EXPERIMENTO DE SECAGEM EM TÚNEL DE VENTO

EXPERIMENTO DE SECAGEM EM TÚNEL DE VENTO

C. M. MACHADO1, E. ALEXANDRE2, J. COMIM3, K. M. BENEDET e M. SCHUH

RESUMO – Este artigo tem por objetivo determinar as curvas cinéticas de secagem em um corpo de alumina submetido a diferentes temperaturas do ar, determinar os coeficientes de transferência de massa, entender as demais variáveis envolvidas em um processo de secagem e a partir dos parâmetros obtidos, compará-los com a literatura. Uma esfera de alumina refratária foi submetida a um processo de secagem em túnel de vento, sob duas condições de temperatura do ar quente, 80 e 89ºC, para uma mesma velocidade de escoamento. Como esperado, obteve-se um maior desempenho de fluxo de secagem para a condição de maior temperatura.

Palavras-chave: secagem, transferência de massa, curvas de secagem, umidade.

1. INTRODUÇÃO

A secagem é uma das operações unitárias mais antigas encontradas nos mais diversos processos usados em industrias agrícolas, cerâmicas, químicas, alimentícias, entre outros. Consiste na remoção de uma substância volátil (comumente, mas não exclusivamente, água) de um produto sólido ou semissólido, e a quantidade de água presente é chamada de umidade.

O processo de secagem de um sólido úmido é feito mediante a passagem de uma corrente de ar atmosférico aquecido pelo sólido úmido a uma temperatura e umidade fixas, por uma combinação de transferências de calor (para evaporar o líquido) e massa (para remover a umidade de dentro do sólido), reduzindo a quantidade de água presente no corpo sólido (FOUST, 1982).

Quando um sólido é submetido a uma secagem térmica ocorre simultaneamente transferência de calor e massa, e manifesta-se sob um comportamento típico, que pode ser observado na curva de secagem. Cada sólido possui uma curva característica (PERRY, 2008). Entretanto, em geral, possuem uma curva de secagem bem definida, decrescente ao longo do período de secagem, como ilustrado na Figura 1.

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Figura 1 – Curva típica de secagem em condições de secagem, teor de umidade em função do tempo.

        Para um melhor entendimento do processo é necessário conhecer alguns termos citados por Perry (2008):

• Umidade absoluta: razão entre a massa de vapor d’água transportado e massa de ar seco;
• Umidade relativa: razão entre a massa de água contida no ar e entre a massa que o ar poderia receber àquela temperatura;
• Temperatura de bulbo úmido: temperatura de equilíbrio de um sistema indicada por um termômetro em contato com uma superfície molhada;
• Temperatura de bulbo seco: temperatura de equilíbrio do ambiente.

        Ao secar um sólido úmido com ar quente, o ar deve fluir paralelamente a superfície a ser seca, para que a temperatura e a umidade do ar sobre a superfície, se mantenha constante durante todo o ciclo de secagem e que todo o calor necessário seja levado ao produto. A quantidade de calor necessária para a evaporação do líquido deve ser igual à quantidade de calor fornecida pelo ambiente para que ocorra a secagem. Esse calor é transferido essencialmente por convecção. E a medida que o produto seca, a umidade torna-se progressivamente mais difícil de remover (PERRY, 2008).

        Conforme Costa (2011), também é preciso considerar que a velocidade de secagem está intimamente ligada ao tamanho do objeto a ser seco, ou seja, quanto menor o objeto, maior a velocidade de secagem.

2. MATERIAIS E MÉTODOS

O experimento foi realizado no Laboratório de Operações Unitárias da UNESC – Iparque.

2.1 Equipamento

O equipamento de secagem utilizado foi um túnel de vento constituído por:

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Figura 2 – Equipamento utilizado no experimento de secagem.

1. Soprador centrífugo; 
2. Câmara de secagem com suporte para pendurar o corpo de prova ou bandeja;  
3. Sistema de pesagem composto por suporte e balança semi-analítica;
4. Psicrômetro;
5. Medidor de velocidade/ vazão (tipo anemômetro);
6. Sistema de Aquecedores do ar (resistências elétricas);
7. Termopares ligados a um Mostrador digital;
8. Corpo de prova - Esfera de alumina refratária com 0,0559 m de diâmetro médio.

2.2 Materiais

Utilizou-se como equipamentos auxiliares os seguintes materiais:

• Corpo de alumina;
• Água;
• Termômetro.

2.3 Procedimento Experimental

O procedimento experimental decorreu da seguinte forma:

• Ligou-se a chave geral do soprador;
• Regulou-se a vazão do ar para 11,3 m/s com o auxílio de um anemômetro;
• Ligou-se o sistema de aquecimento do ar até a temperatura de 80ºC;
• Mediu-se as áreas iniciais do corpo de prova de alumina refratária e pesou-se numa balança;
• Mergulhou-se o corpo de prova em um béquer com água para que este se apresentasse úmido;
• Pendurou-se então o corpo de prova úmido sob a área da bandeja no interior do secador;
• Registrou-se rapidamente o peso inicial do conjunto (bandeja mais corpo de prova). Realizando-se leitura de peso a cada minuto nos primeiros 10 minutos, e após a cada 5 minutos. A cada 20 minutos o corpo de prova no interior do secador era girado 180º.
• Após o término do experimento, desligou-se primeiramente o sistema de aquecimento até que a temperatura do ar fique menor que 50ºC. Em seguida, foram desligados os demais componentes elétricos.  O experimento foi repetido então para uma temperatura do ar de 89ºC.

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Na primeira parte do experimento foi secado o material à uma temperatura de 80ºC e no segundo dia, o mesmo procedimento com temperatura de 89ºC. As curvas obtidas são apresentadas simultaneamente na Figura 2:

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Figura 3: Curva Típica de Secagem do Teor de Umidade do Sólido em Função do Tempo

Analisando o gráfico obtido na Figura 3 e comparando com a Figura 1, observasse um comportamento similar, porém no intervalo entre 10 e 25ºC ocorre uma leve interferência no comportamento da curva experimental, tal fato pode ser associado ao movimento de rotação realizado no corpo sólido a fim de garantir uma secagem uniforme. No intervalo CD a curva experimental retoma o comportamento padrão característico do processo. O comportamento mencionado acima, é recorrente em todo intervalo experimental.

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