A Secagem de Sólidos

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A condição necessária e suficiente para que um produto seja submetido ao fenômeno de secagem é que a pressão parcial do vapor d’água sobre a superfície do produto, pw0, seja maior do que a pressão parcial do vapor d’água no ar, pw. Se ambas forem iguais, não há secagem, e sim, equilíbrio higroscópico entre o produto e o ar. Se a pressão parcial do vapor d’água do meio for maior do que pw0 ocorrerá a adsorção de umidade pelo produto, até que o equilíbrio seja atingido.

Na secagem, dois processos ocorrem simultaneamente:

- Transferência de energia (calor) das redondezas (ambiente) para evaporar a umidade superficial:

- Transferência interna de umidade para a superfície do sólido e subsequente evaporação, devido ao processo 1.

No Processo 1 a remoção de umidade (água) como vapor, da superfície do material, depende de condições externas, como: temperatura, umidade do ar e do fluido, superfície exposta à secagem e

pressão.

No Processo 2 a movimentação interna de umidade (dentro do sólido) é função da natureza física do sólido, da temperatura e do seu conteúdo de umidade.

CINÉTICA DE SECAGEM

A cinética de secagem de um determinado produto está relacionada com as mudanças no conteúdo de umidade e na temperatura média com o tempo. O estudo da cinética de secagem permite encontrar uma série de parâmetros importantes para o controle do processo de secagem, destacando-se a quantidade de umidade evaporada, o tempo de secagem e o consumo de energia.

As mudanças no conteúdo de umidade e na temperatura do material são usualmente controladas por transferência de calor e massa entre a superfície sólida, nas vizinhanças do sistema e dentro do material submetido à secagem.

Os efeitos dos parâmetros de secagem sobre a taxa de secagem podem ser observados por meio de um modelo simplificado, considerando que todo o calor fornecido (por convecção) para promover a secagem de um sólido esférico é consumido na evaporação da umidade existente em sua superfície. Através de um balanço de energia mostra-se que a taxa de secagem é diretamente proporcional à temperatura e velocidade do gás e inversamente proporcional ao diâmetro da partícula, parâmetro este que influencia mais significativamente a taxa de secagem.

Assim, a equação do balanço de energia pode ser escrita na forma:

πd3

hπd ψ T -T =N2p g s [pic 2]p ρ ΔHs (1)

6

Rearranjando-se, o parâmetro N (intensidade de secagem, 1/s) é dado por:

6hψ T -T g s

N= [pic 3] (2) ρ d ΔHs p

na qual: - fator de forma; adimensional. H - calor latente de vaporização, J/kg h – coeficiente de transferência de calor, W/m2K

Tg – temperatura do gás, K

Ts – temperatura da superfície, K

s – massa específica do sólido, kg/m3 dp – diâmetro da partícula, m.

A velocidade do agente de secagem ug depende também de dp e de Tg. Então, a partir da Equação 3, empregada para estimar a transferência de calor gás-partícula, obtém-se uma relação de proporcionalidade dada pela Equação 4.

hdkp 0,5Pr0,33 (3) [pic 4]

Nu= =2+0,55Re

u0g,5

h~[pic 5]d0p,5 (4)

que substituída na Equação 2 fornece:

u0g,5

N~Tg [pic 6]d1p,5 (5)

Desta forma, observa-se pela Equação 5, a forte influência que o diâmetro da partícula exerce sobre a intensidade de secagem, sendo esta também afetada por impurezas contidas no líquido, uma vez que as propriedades físico-químicas do material afetam a interação entre a superfície do material e o líquido, e a pressão de vapor saturado sobre a superfície líquida diminui de acordo com a Lei de Raoult, a qual causa uma diminuição da umidade transferida da superfície do material para o agente de secagem. Constata-se que, sob influência das condições externas (processo 1), a intensidade de secagem é diretamente proporcional à temperatura e velocidade do gás e inversamente proporcional ao diâmetro da partícula.

Um processo de secagem pode ser ilustrado graficamente na forma de:

- Curva de secagem – que representa um gráfico do conteúdo de umidade na ordenada e o tempo de secagem na abscissa.

- Curvas de taxa de secagem – representam a taxa de secagem na ordenada e o conteúdo de umidade do material ou o tempo na abscissa.

- Curvas de temperatura – são representadas pela variação da temperatura do produto na ordenada e o teor de umidade do mesmo ou o tempo de secagem na abscissa.

A velocidade na qual o líquido evapora de um sólido sob um dado conjunto de condições, normalmente não pode ser prevista teoricamente. Para se verificar a influência das condições externas no processo de secagem deve-se então recorrer à experiência, com o material na forma apropriada, e para determinadas condições de processo e obter inicialmente dados relacionados aos teores de umidade do sólido e ao tempo de secagem. A partir desses dados, podem ser construídas curvas de secagem que são representações gráficas do conteúdo de umidade livre contra o tempo e curvas de taxa de secagem, derivadas das primeiras que indicam a variação do fluxo de água no material em função de sua umidade livre ou do tempo.

Com os valores do decréscimo da massa do sólido úmido com o tempo, durante o processo em condições constantes, os teores de umidade do material em base seca e úmida e a taxa de secagem em base seca, podem ser estimados pelas Equações 6, 7 e 8, respectivamente.

mmss

Xbs [pic 7]mss (6)

Xbu [pic 8]mmmi ss (7)

mss dX (8) [pic 9]

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