Trabalho de Secagem

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Estes são alguns exemplos de produtos comercializáveis que são obtidos através da secagem. Este processo, ainda é amplamente utilizado para adequar um material a um processamento subsequente. Existem materiais que necessitam de uma determinada umidade para poderem ser prensados, moídos ou peletizados. Além disso, muitos necessitam ser secos a baixos conteúdos de umidade para permitirem um armazenamento satisfatório, visto que passam a ocupar volumes consideravelmente menores, o que reduz também os custos de transportes. (PAN et al., 1997). “Apesar desta evolução na arte da secagem, métodos complexos começaram a ser propostos só no fim do século 19, como por exemplo, patentes de secador a radiação térmica e secador à vácuo. Estas inovações foram gradualmente sendo proliferadas e incorporadas pela indústria.” (PARK et al., 1997, p. 1).

A secagem acontece através de fornecimento de calor da fonte quente para o material úmido que promoverá a evaporação da água do material e em seguida o arrastamento do vapor formado. “A fase gasosa chamada de meio de seca deve ser insaturada para que possa receber a umidade como vapor.” (PACHECO, 2003). Assim, observa-se que dois fenômenos ocorrem, simultaneamente, quando um sólido úmido é submetido à secagem: Transferência de calor do ambiente para evaporar a umidade superficial, que depende de condições externas de temperatura, umidade do ar, fluxo e direção de ar, área de exposição do sólido (forma física) e pressão e transferência de massa (umidade) do interior para a superfície do material. O movimento interno da umidade no material sólido é função da natureza física do sólido, sua temperatura e conteúdo de umidade. (PARK et al., 2007).

“Normalmente, caracteriza-se um sólido como algo com forma definida, no entanto, a alimentação do secador pode ser feita também de uma pasta ou uma suspensão de sólidos ou ainda uma solução.” (PACHECO, 2003). Assim, a forma como a água interage com o sólido será uma consideração muito importante na definição das condições que a secagem deverá ocorrer. Os materiais são comumente classificados como higroscópicos e não higroscópicos. Sendo a higroscopicidade a propriedade do material de conter umidade ligada e, portanto, a secagem mais difícil de se promover. Essa relação umidade-sólido, assim como o a temperatura e umidade do ar de secagem e o teor de umidade em equilíbrio do sistema vão ditar a máxima eficiência possível para a secagem do respectivo sólido.

- FUNDAMENTOS FENOMENOLÓGICOS

A secagem como um fenômeno físico-químico pode ser analisada quanto à transferência de calor e massa entre o sólido e o ar de secagem, além do estabelecimento de mecanismos de migração interna de umidade. Portanto, a diferença de temperatura e do conteúdo de umidade inicial do material e do conteúdo de umidade de equilíbrio representam as forças motrizes para o processo. Em virtude disto, os fatores que governam os fenômenos de transporte servem para fundamentar a Secagem.

As forças motrizes que promovem a remoção de umidade do sólido podem surgir de forma natural, caracterizando o processo de secagem natural, ou de forma artificial (induzida), que implica no uso de equipamentos e condicionamento do ar de secagem pelo controle da temperatura, umidade relativa e velocidade do ar. A secagem artificial é o método utilizado nos processos industriais. Nela as condições do ar de secagem não dependem das condições climáticas, o que favorece a obtenção de um produto de qualidade superior e um menor tempo de processamento.

2.1. Transferência de Calor e Massa

O princípio básico é baseado em um fornecimento de calor para evaporar a umidade do material e também da presença de um sorvedor de umidade para remover o vapor d’água formado na superfície do material a ser seco (PARK et al., 2007). Processo apresentado na figura 1.

[pic 1]

Figura 1: Diagrama do Processo de Secagem.

Fonte: ALONSO (1998)

Existem muitos métodos de se transferir calor para um sólido. O método mais adequado para determinada aplicação industrial dependerá de fatores como: necessidade do produto final, demanda energética, custos, disponibilidade de recursos e também de características do material (porosidade do material, granulometria, umidade, higroscopia, entre outras). Estas características ditam a forma como o material se comporta diante do fenômeno de transferência de calor, pois influenciam sua condutibilidade térmica. A condutibilidade térmica é uma propriedade termo-física, que descreve a taxa na qual o fluxo de calor passa através do mesmo sob a influência de uma diferença de temperatura. “O calor é transmitido no corpo sólido pela transferência física de elétrons livres e pela vibração de átomos e moléculas e cessa quando a temperatura em todos os pontos do corpo for igual à temperatura do meio em que se encontra, isto é, atinge-se o equilíbrio térmico.“ (PARK et al., 2007, p. 12). No caso de um metal, por exemplo, o calor se distribui rapidamente e uniformemente em todas as direções, principalmente, pela condução térmica. Isso se dá devido ao fato de que o metal é um elemento consideravelmente maciço. Entretanto, uma massa de sólidos porosa apresenta uma condição diferente. O calor se propaga de um ponto para outro por condução, convecção e irradiação. A convecção é o processo de transporte de calor decorrente da movimentação do fluido por diferença de densidades ou agitação. Na radiação o calor é transferido mesmo quando os corpos estão separados. Neste caso o calor é transmitido pela propagação de ondas eletromagnéticas e luminosas. A condução é um processo pelo qual o calor flui de uma região de alta temperatura para outra de mais baixa temperatura dentro de um meio (sólido, líquido ou gasoso) ou, entre meios diferentes em contato físico direto. (ÇENGEL, 2012). “O calor em uma massa de grãos é propagado por condução de grão para grão que se encontra em contato, é também conduzido por micro-convecção, em decorrência do fluxo de ar intergranular que se desloca.” (D`ARCE. 2011). A porosidade é menor em grãos de maior tamanho, porém as dimensões dos poros são maiores, e como consequência é mais fácil escoar o ar. Geralmente, os grãos úmidos apresentam maior volume e, portanto, maior dimensão dos poros. Dessa forma, a condutividade térmica dos grãos aumenta com o aumento de conteúdo de umidade.

A higroscopicidade do material está relacionada à forma como