Relatorio secagem de sólidos (1)

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Secagem de Sólidos
Amanda Anielly Mói, 19111-4
Beatriz Caroline da Costa, 19196-5
Bruna Ferraz Tonholo, 19198-1
Gustavo Dutra de Sa Benini,19330-0
João Paulo Correa, 19333-4
Mariah Sanches Freitas, 19549-5
Profª Dr.ª Mônica Maria Gonçalves
Engenharia Química, 9º Semestre 
São João da Boa Vista – 12 de abril de 2017
sumÁrio
1.	Objetivo	3
2.	Introdução	3
3.	Fundamentação teórica	3
4.	Materiais e Métodos	6
4.1.	Materiais	6
4.2.	Métodos/Procedimento	7
5.	Resultados e discussão	7
5.1.	Discussão dos resultados.	9
6.	Conclusão	9
7.	Referências Bibliográficas	10
1. Objetivo
O presente estudo tem como objetivo verificar o comportamento de diferentes materiais frente à operação unitária de secagem e através dela, a construção da curva de velocidade de secagem do processo.
2. Introdução
A secagem de sólidos é uma das mais antigas e usuais operações unitárias encontradas nos mais diversos processos usados em indústrias agrícolas, cerâmicas, químicas, alimentícias, farmacêuticas, de papel e celulose, mineral e de polímeros. É também uma das operações mais complexas e menos entendida, devido à dificuldade e deficiência da descrição matemática dos fenômenos envolvidos de transferência simultânea de calor, massa e quantidade de movimento nos sólido, baseado em extensiva observação experimental e experiência operacional.
3. Fundamentação teórica
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.
Dessa forma, observa-se que dois fenômenos ocorrem simultaneamente quando um sólido úmido é submetido à secagem:
Transferência de energia (calor) do ambiente para evaporar a umidade superficial. Esta transferência depende de condições externas de temperatura, umidade do ar, fluxo e direção de ar, área de exposição do sólido (forma física) e pressão.
Transferência de massa (umidade) do interior para a superfície do material e sua subsequente evaporação devido ao primeiro processo. O movimento interno da umidade no material sólido é função da natureza física do sólido, sua temperatura e conteúdo de umidade.
Esse processo manifesta-se sob um comportamento típico, que pode ser observado na curva de secagem. Cada sólido possui uma curva característica.
Os sólidos, em geral, possuem uma curva de secagem bem definida, decrescente ao longo do período da secagem, como o ilustrado na figura 1.
Figura 1. Curva típica de secagem em condições constantes de secagem, teor de umidade em função do tempo.
Na interpretação do gráfico, tem-se:
Trecho AB: A T do sólido é menor que a T ambiente. O calor transferido do ar para o sólido é maior do que o calor retirado do sólido para evaporar água;
Trecho BC: Período de taxa constante. A T do sólido é igual a T ambiente. É caracterizado pela velocidade de secagem ser inalterada com a diminuição do teor de umidade. Em linhas gerais, a temperatura do sólido e a velocidade de secagem podem aumentar ou diminuir para chegarem às condições de regime permanente.
Trecho CDE: período de taxa decrescente. Inicia quando a umidade do sólido atinge um valor determinado chamado umidade crítica. Este trecho pode ser dividido em duas zonas: zona de superfície de secagem não saturada e zona em que o fluxo interno de água controla o processo.
XE (Ponto E): A taxa de secagem aproxima-se de zero, num certo teor de umidade de equilíbrio, que é o menor teor de umidade atingível no processo de secagem.
Curvas de secagem
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.
Figura 2. Comportamento das curvas de secagem/tempo durante um experimento a propriedades constantes.
A curva (a) representa a diminuição do teor de água do produto durante a secagem (conteúdo de umidade do produto, X = X BS,em relação à evolução do tempo de secagem t), isto é, é a curva obtida pesando o produto durante a operação numa determinada condição de secagem.
A curva (b) representa a velocidade (taxa) de secagem do produto (variação do conteúdo de umidade do produto por tempo, dX/dt em relação à evolução do tempo t), isto é, é a curva obtida diferenciando a curva (a) .
A curva de velocidade de secagem resulta da derivação da curva de secagem em relação à quantidade de umidade, e pode ser dividida em período de taxa constante de secagem e período de taxa decrescente de secagem.
Verificam-se os dois períodos de secagem:
Período de taxa constante de secagem: é o representado pelo segmento “1”. No período de taxa constante, a superfície do material é mantida num nível de umidade tal que a secagem ocorre como se fosse água pura evaporando. Se o sólido for poroso, a maioria da água evaporada no período de taxa constante é proveniente do interior do sólido. Este período só continua desde que a água seja provida à superfície tão rápido quanto é evaporada.
Período de Taxa Decrescente de Secagem: Este período compreende o segmento “2”.
Quando a quantidade de água na superfície do produto começa a diminuir há o abaixamento progressivo da pressão parcial de vapor da água na superfície e, consequentemente, a velocidade de secagem também diminui, até que, ao final desse período, o produto esta em equilíbrio com o ar (igualdade de pressões parciais de vapor) e a velocidade de secagem torna-se nula.
A curva (c) representa a variação da temperatura do produto durante a secagem (variação da temperatura do produto, T em relação à evolução do tempo t), isto é, é a curva obtida medindo a temperatura do produto durante a secagem.
Equipamentos Industriais
A investigação da secagem e o cálculo das dimensões do equipamento de secagem devem levar em conta uma multidão de problemas nas áreas de mecânica dos fluidos, da química das superfícies e da estrutura dos sólidos, além dos problemas de velocidade de transferência de energia.
Em muitos casos, o projeto perfeitamente cotado do secador é impossível, pois estes fenômenos físico-químicos são muito complicados e imperfeitamente incompreendidos.
Os primeiros secadores industriais utilizados foram os de bandejas, os de túnel e os de rolos de secagem. O ar quente fluía sobre uma extensa área do produto e era usado para remover a água superficial, tornando esses tipos de secadores muito úteis para a desidratação de grãos. Ainda são empregados tanto em processos contínuos quanto em bateladas.
4. Materiais e métodos
4.1. Materiais
Água destilada
Amostra de sal grosso
2 Vidros de relógio tamanho grande P
Proveta de 10 mL
Balança analítica de quatro casas decimais 
Estufa
4.2. Métodos/ Procedimento	
Pesou-se o vidro de relógio e medir o diâmetro, a fim de calcular a área de secagem.
Pesou-se o sólido seco.
Adicionou-se água sobre o sólido.
Colocou-se em estufa com temperatura de 190-200°C.
Pesou-se a amostra de 8 em 8 minutos, cinco vezes, totalizando 40 minutos.
5. Resultados e discussão
Os resultados obtidos após a secagem da amostra de carvão são explanados na tabela abaixo. 
Exemplo de cálculo:
	Vidro de relógio (g)
	65,318
	Diâmetro vidro de relógio (cm)
	12,000
	Amostra seca carvão (g)
	1,462
	Amostra úmida carvão (g)
	3,450
	Umidade carvão (antes de ser colocado na estufa) (g)
	1,850
	Peso total (g)
	68,768
Cálculo área do vidro de relógio:
Os cálculos a seguir foram feitos para o primeiro intervao de tempo da amostra de carvão na estufa (8 minutos), à 190 °C. Os mesmos cálculos foram aplicados para os demais intervalos.
Cálculo umidade do carvão (Xcarvão)Cálculo Taxa de secagem (R)
	Amostra carvão estufa (g)
	Valor da amostra bruta
	Perda de umidade carvão (x)
	Taxa secagem (R) g/cm².min
	68,76
	3,442
	1,98
	-0,016129407
	68,1
	2,782
	1,32
	-0,01691321
	67,1
	1,782
	0,32
	-0,016129407
	66,8
	1,482
	0,02
	-0,01691321
	66,8
	1,482
	0,02
	-0,016129407
	66,78
	1,462
	3,33067E-15
	-0,024527302
Tabela 1. Resultados obtidos.
Gráfico 1. Variação da umidade em função do tempo.
Gráfico 2. Variação da taxa de umidade em função do tempo.
5.1. Discussão dos resultados
Pode-se observar que a curva do teor de umidade decresce com o passar do tempo. A perda de umidade do sólido ocorre pela transferência de calor, devido a diferença de temperatura entre o ar quente e a amostra. 
	Observa-se que a taxa é negativa devido a perda de umidade.
6. Conclusão
O objetivo do experimento foi atingido, já que no término do processo foi possível determinar a curva de umidade da amostra e esta se assemelha a curva padrão esperada.
A operação unitária de secagem é relativamente simples, porém, deve-se ter cuidado ao manusear a amostra e ao observar os dados, pois erros referentes a esse tipo de análise são frequentes.
7. Referências bibliográficas
BROWN, T. L., LEMAY, H. E. JR., BURSEN, B., E. Química - A Ciência Central. 9ª edição. Editora Pearson, São Paulo, 2005. 
Foust A.S. et al, Princípios das operações unitárias. 2ª edição. Editora LTC, São Paulo, 1982.