relatorio 1 leb 2

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL-REI 
CAMPUS ALTO PARAOPEBA 
CURSO DE GRADUAÇÃO ENGENHARIA DE BIOPROCESSOS 
 
 
 
 
Bárbara Luiza, Rafaela Nogueira, Ruhana Thamara Costa, Thales R. Mota 
 
 
 
EXPERIMENTO 1 – Secagem por Convecção Natural 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ouro Branco, MG. 
2017 
Trabalho apresentado à 
disciplina de Laboratório 
de Engenharia de 
Bioprocessos II, sob 
orientação do Professor 
Boutros Sarrouh. 
2 
 
Sumário 
1. INTRODUÇÃO ...........................................................................................................3 
2. OBJETIVO..................................................................................................................4 
3. MATERIAIS E MÉTODOS .........................................................................................4 
3.1 Materiais.............................................................................................................4 
3.2 Método................................................................................................................4 
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO.................................................................................5 
5. CONCLUSÕES ..........................................................................................................7 
6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................9 
 
 
 
3 
 
1. INTRODUÇÃO 
 Entende-se por Secagem, a operação unitária destinada à remoção de 
um líquido agregado a um sólido para uma fase gasosa insaturada através de 
vaporização térmica. Esta vaporização ocorrendo em uma temperatura inferior 
àquela de ebulição do líquido na pressão do sistema. 1 
Durante a secagem é necessário um fornecimento de calor para 
evaporar a umidade do material e também deve haver um sorvedor de umidade 
para remover o vapor água, formado a partir da superfície do material a ser 
seco.2 
A secagem de um sólido úmido, é feita mediante 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), reduz a 
quantidade de água presente no corpo-sólido 2 
 Esta operação é utilizada para facilitar o manuseio, como carregamento, 
descarregamento, transporte pneumáticode substâncias pulverulentas; para 
baixar o custo de transporte de matérias-primas, sem ignorar o custo da 
secagem; para aumentar o valor de uma commodity ou para cumprir 
especificações a respeito da matéria prima ou de um produto, naturalmente, ao 
se cumprir uma dessas metas, outras podem ser atingidas simultaneamente.3 
 A evolução das transferências simultâneas de calor e de massa no 
decorrer da secagem faz com esta operação seja delineada em sub-curvas, 
denominadas de curva de evolução do teor de água do produto (X), curva de 
sua temperatura (T) e curva da velocidade de secagem (dX/dt), também 
chamada de taxa de secagem, ao longo do tempo, para um experimento 
utilizando ar de propriedades constantes.4 
4 
 
 
Figura 1- Comportamento das curvas de secagem a propriedades constantes . 
 
2. OBJETIVO 
Avaliar a perda de água do algodão para a construção do gráfico de 
massa úmida em função do tempo e a taxa de secagem em função da 
umidade. 
 
3. MATERIAIS E MÉTODOS 
3.1 Materiais 
 Algodão 
 Água 
 Pipeta 
 Régua 
 Bandejas 
 Balança semi-analítica 
 Estufa 
 Cronômetro 
3.2 Método 
Foram cortados 2 pedaços de algodão de aproximadamente 2,5g. 
Primeiro, os pedaços de algodão foram pesados separadamente e então 
colocados em 2 bandejas, onde o conjunto foi pesado em balança semi-
analítica. 
5 
 
A cada pedaço de algodão foram acrescentados 5 ml de água. As 
bandejas com os pedaços de algodão foram pesadas em balança analítica 
após a adição de água. 
As bandejas foram colocadas em estufa de secagem a 
aproximadamente 80° e a cada 2 minutos foram retiradas para pesagem e 
rapidamente recolocadas na estufa. Repetiu-se o processo até se obter peso 
constante. 
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
Durante o processo de secagem por convecção natural foram realizadas 
secagens de algodão, em duplicata, que foram adicionados em duas bandejas, 
as quais as informações necessárias estão listadas na Tabela 1,e secos em 
estufa, afim de verificar a variação da massa ao longo do processo. 
Tabela 1:Informações iniciais da massa seca do algodão e bandejas utilizadas . 
 Massa (g) 
 Bandeja Algodão(Massa seca) Bandeja+Algodão Área (m2) 
1 395,66 3,61 399,27 89,32 
2 394,05 3,12 397,17 73,15 
 
Após a anotação das informações apresentadas na Tabela 1, foram 
adicionados de forma uniforme 3 mililitros de água destilada por toda superfície 
do algodão, que foi novamente pesado com a bandeja, e seguiram para estufa 
à 80°C e passaram por novas pesagens a cada 2 minutos a fim de monitorar a 
perda de umidade até a obtenção de uma massa constante. Os dados 
anotados estão apresentados na Tabela 2. 
Tabela 2: Monitoramento da massa de sólido úmido do algodão no processo de secagem 
em estufa a 80°C. 
 Massa de Sólido Úmido (g) 
Tempo (min) Bandeja 1 Bandeja 2 
0 402,17 400,17 
10 401,06 399,21 
12 400,75 399,87 
6 
 
14 400,5 398,60 
16 400,25 398,35 
18 399,99 398,05 
20 399,78 397,81 
22 399,55 397,55 
24 399,39 397,10 
26 399,24 397,10 
28 399,15 397,10 
 
A partir das informações iniciais e os dados de cinética de secagem 
apresentadas nas Tabelas 1 e 2 foi possível a realização do cálculo do teor de 
umidade (X) e do teor de secagem (R), através das equações 1 e 2, os 
resultados dos cálculos estão listados na Tabela 3. 
 
 
 
 (1) 
 
 
 
 (2) 
Tabela 3: Dados de teor de umidade e secagem para as bandejas 1 e 2. 
X - Teor de Umidade (kg de água 
evaporada/kg de massa seca) 
 
R - Teor de Secagem (kg/h.m2) 
Bandeja 1 Bandeja 2 Bandeja 1 Bandeja 2 
0,803324 0,961538 0 0 
0,495845 0,653846 0,013994 0,015202 
0,409972 0,865385 0,018365 0,004906 
0,34072 0,458333 0,022172 0,026543 
0,271468 0,378205 0,026187 0,031846 
0,199446 0,282051 0,030566 0,038441 
0,141274 0,205128 0,034478 0,044403 
0,077562 0,121795 0,038919 0,051222 
0,033241 -0,02244 0,04256 0,062462 
-0,00831 -0,02244 0,046273 0,065111 
-0,03324 -0,02244 0,04925 0,067996 
7 
 
 
 
A partir dos dados coletados e de todos os parâmetros apresentados nas 
Tabelas 2 e 3, torna-se possível a construção dos gráficos da figura 1 e 
2.Mostrando que os resultados obtidos experimentalmente assemelham-se aos 
resultados esperados. 
Figura 1: Massa do sólido úmido da bandeja 1 em gramas, em função do tempo, em horas. 
 
Figura 2: Massa do sólido úmido da bandeja 2 em gramas, em função do tempo, em horas. 
 
 
y = -0.112x + 6.4402 
R² = 0.9909 
0
1
2
3
4
5
6
7
0 5 10 15 20 25 30
M
a
ss
a
 d
e 
Só
li
d
o
 Ú
m
id
o
 (
g)
 
Tempo(h) 
y = -0.1287x + 6.438 
R² = 0.9048 
0
1
2
3
4
5
6
7
0 5 10 15 20 25 30
M
a
ss
a
 d
e 
só
li
d
o
 Ú
m
id
o
 (g
) 
Tempo(h) 
8 
 
Também foi traçada a curva referente a taxa de secagem em função da 
umidade, representados na figura 3. Curva em que na bandeja 1 pode-se 
observar o comportamento semelhante ao teórico, observados na literatura, 
quando comparado com a figura 4. Porém na bandeja 2 esse comportamento 
não é observado,devido a prováveis erros ocorridos durante o experimento. 
Figura 3: Curva da taxa de secagem em função da taxa de teor de umidade 
 
Figura 4: Taxa de secagem (R), dada em quilogramas por hora por metro quadrado em função 
da umidade de sólido em base seca (X), dada em massa de água evaporada pela massa seca 
 
-0.05
-0.04
-0.03
-0.02
-0.01
0
0.01
-5 0 5 10 15
R
 -
 T
a
xa
 d
e 
Se
ca
ge
m
 
X - Umidade de sólido em base seca 
Bandeja 1
Bandeja 2
9 
 
 
CONCLUSÕES 
O experimento ocorreu de forma satisfatória considerado que o 
equipamento é de baixo custo e de fácil utilização, porém, o processo é 
lento e depende das condições externas do ambiente. Durante o 
procedimento verifico-se a importância da dimensão superficial do algodão, 
pois quanto maior for sua área mais eficiente será a transmissão de calor por 
convecção natural, que, por sua vez, ocorre nas vizinhas da superfície 
da corpo. Assim, as diferenças encontradas nas amostras, fez com que 
optássemos em tratar os dados relacionando uma duplicata com uma amostra 
única. 
Acredita-se que se conseguiu atingir o objetivo do experimento que foi o 
de observar os fenômenos de transferência de massa e calor durante o 
processo de secagem. 
6.REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
[1] Curso em Especialização de Papel e Celulose. Disponível em: 
http://sites.poli.usp.br/d/pqi2530/alimentos/pacheco_secagem_cap_1.pdf 
acesso em 15/04/2017 as 17:05. 
[2] FOUST, A.S., et al. Princípios das Operações Unitárias. 2ª Ed, Rio de 
Janeiro, Ed. Guanabara Dois, 1982. 
[3] ENG06632-Metalurgia Extrativa dos Metais Não-Ferrosos II-A Nestor Cezar 
Heck - DEMET / UFRGS. Disponível em: 
http://www.ct.ufrgs.br/ntcm/graduacao/ENG06632/Secagem.pdf Acesso em 
15/04/2017 as 17:10. 
[4] PARK, K.J.; ANTONIO, G.C.; OLIVEIRA, R.A.; PARK, K.J.B. Apostila de 
conceitos de processo e equipamentos de secagem , Campinas, CT&EA – 
Centro de Tecnologia e Engenharia Agroindustrial, 2007.