Secagem

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Experiência nº01 Secagem De Sólidos
Aline Faria – 19607-1
Amanda Cristine da Silva – 19112-2
Ana Gabriela Assalin – 19122-1
Barbara Lavoura Dizero -19194-0
Ana Paula dos Reis – 19125-4
Leticia Junqueira – 19341-7
Thaís Cristina – 19551-1
Professora: Mônica Maria Gonçalves
Sumário
1. Introdução...............................................................................................3
1.1 Conceitos e mecanismos fundamentais a secagem de sólidos..............3
1.2 Curvas de secagem ................................................................................5
1.3 Equipamentos Industriais.......................................................................7
2. Objetivo......................................................................................................8
3. Materiais e Métodos....................................................................................9
4. Montagem Experimental ............................................................................10
5. Procedimento Experimental .......................................................................11
6. Resultados e discussões................................................................................13
7. Conclusão.......................................................................................................14
6. Anexos............................................................................................................15
7. Referências Bibliográficas...........................................................................16
1.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.
Em uma boa parte das situações é o último processamento do produto antes de sua classificação e embalagem.
A qualidade do produto seco, a quantidade de energia gasta e o tempo utilizado neste processo são parâmetros primordiais para a rentabilidade do bem submetido a esta operação.
1.1Conceitos e mecanismo fundamentais da secagem de sólidos 
A secagem é a remoção de uma substância volátil de um produto sólido.
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 e massa, reduz a quantidade de água presente no corpo-sólido.
Dessa forma, observa-se que dois fenômenos ocorrem simultaneamente quando um sólido úmido é submetido á secagem.
Transferência de energia (calor) do ambiente para evaporar a umidade superficial.
Transferência de massa (umidade) do interior para a superfície do material e sua subsequente evaporação devido ao primeiro processo.
Esse processo manifesta –se sob um comportamento típico, que pode ser observado na curva de secagem.
Cada solido possui uma curva característica.
Os sólidos, em geral, possuem uma curva de secagem bem definida, decrescente ao longo período da secagem, como ilustrado na figura 1.
Figura 1- Curva típica de secagem em condições constantes de secagem; teor de umidade em função do tempo.
Interpretação do gráfico
Trecho AB: A T do solido é menor que a T do ambiente.
Trecho BC: Período de taxa constante. A T do solido e igual a T do ambiente.
Trecho CDE: Período de taxa decrescente. Inicia quando a umidade do sólido atinge um valor determinado chamado umidade critica. Este trecho pode ser definido em duas zonas:
Zona de superfície de secagem não saturada e zona em que o fluxo interno de água controla o processo.
Xe (PontoE): 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.
Trecho CD e DE:
 Zona de superfície de secagem não saturada (trechoCD): Segue-se imediatamente a umidade critica. Neste estágio, a superfície do sólido apresenta áreas secas que se ampliam na proporção em que a secagem prossegue.
Zona de fluxo interno de água controla a operação (Trecho DE):
Caracteriza-se pelo fato de que o fluxo interno de água controla a taxa de secagem
1.2 Curvas de secagem
A evolução das transferências simultâneas de calor e de massa no decorrer da secagem faz com que esta operação seja delineada em sub-curvas, denominadas de curva de evolução do teor da 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.
A curva (a) representa a diminuição do teor de água do produto durante a secagem (conteúdo de umidade do produto, X=Xbs, em relação à evolução do tempo de secagem t), isto é, a curva obtida pesando o produto durante a operação numa determinada condição de secagem.
Figura 2.
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 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 três períodos de secagem:
Figura 2- Comportamento das curvas de secagem/tempo durante um experimento a propriedades constantes
Período 0
O período de indução ou o período de se entrar em regime operacional. No começo, o produto é geralmente mais frio do que o ar, e a pressão parcial de vapor da água na superfície do produto (p) é débil, e por consequência a transferência de massa e a velocidade de secagem também são débeis. O calor chegando em excesso acarreta uma elevação da temperatura do produto ocorrendo um aumento de pressão e da velocidade de secagem. Este fenômeno continua até que a Transferência de calor compense exatamente a Transferência de Massa. Se a temperatura do ar for inferior
aquela do produto esta última diminuirá até atingir o mesmo estado de equilíbrio. A duração
Deste período é insignificante em relação ao período total de secagem.
Período 1
O período de velocidade (taxa) constante de secagem. Durante este período, como no anterior, a quantidade de água disponível dentro do produto é bem grande. A água evapora-se como água livre. A pressão de vapor de água na superfície é constante e é igual à pressão de vapor de água pura à temperatura do produto. A temperatura do produto, por sua vez, é também constante e é igual à temperatura de bulbo úmido, característica do fato de que as transferências de calor e de massa se compensam exatamente (lembre-se da psicrométrica). A velocidade de secagem é, por conseguinte, constante. Este período continua, enquanto a migração de água do interior até a superfície do produto seja suficiente para acompanhar a perda por evaporação de água na superfície. É bom ressaltar que para os materiais biológicos é difícil a existência deste período, pois as condições operacionais de secagem são tais que, as resistências de transferências de massa encontram-se essencialmente no interior do produto, fazendo com que a taxa de evaporação da superfície ao ambiente seja bem superior à taxa de reposição de umidade do interior à superfície do material.
Período 2
O período de velocidade (taxa) decrescente de secagem. Desde o momento em
que a água começa a ser deficiente na superfície, a velocidade de secagem diminui.
Apesar de alguns autores definirem o valor de teor de água do produto no ponto de transição entre os períodos 1 e 2 como sendo o teor de água crítico (Xc), é conveniente denominar este ponto como o ponto de inflexão (transição) de taxa constante à taxa decrescente de secagem, pois este ponto, longe de ser uma propriedade física do material, é um ponto que depende inclusive das condições operacionais de secagem. Durante este período, a troca de calornão é mais compensada, consequentemente, a temperatura do produto aumenta e tende assintoticamente à temperatura do ar. Durante todo este período o fator limitante é a migração interna de água. Esta redução da taxa (ou velocidade) de secagem é às vezes interpretada como uma diminuição da superfície molhada no período 2, mas a interpretação mais frequente é pelo abaixamento da pressão parcial de vapor de água na superfície. No final deste período o produto estará em equilíbrio com o ar (X = Xe)
e a velocidade de secagem é nula.
1.3 Equipamentos indústrias 
Os primeiros secadores industriais utilizados foram os de bandejas, os de túnel e os de rolos de secagem.
A segunda geração de secadores foi composta pelos atomizadores desenvolvidos para a secagem de líquidos.
A terceira geração é composta pela liofilização, desenvolvida para superar danos estruturais e perdas de compostos voláteis.
Portanto, a escolha de um método de secagem deve ser baseada inteiramente no processo, na matéria prima, produtos intermediários, especificações e características do produto final claramente definidas.
2.OBJETIVO 
O presente estudo tem como objetivo verificar o comportamento de diferente material frente à operação unitária de secagem e através dela, a construção da curva de velocidade de secagem do processo.
{\displaystyle {\frac {1}{2g}}\;(\alpha {\bar {v}}^{2})\;=\;{\frac {1}{2g}}\;\left(N_{l1}{\bar {v}}_{1}^{2}\;+\;\left(1\;-\;{\frac {A_{1}}{A_{2}}}\;-\;N_{c}\right)\alpha _{1}{\bar {v}}_{1}^{2}\;+\;\alpha _{2}{\bar {v}}_{2}^{2}\right)}{\displaystyle \Delta H\;=\;{\frac {p_{2}\;-\;p_{1}}{\rho _{0}}}\;=\;{\frac {\Delta p}{\rho _{0}}}}
3.MATERIAIS E MÉTODOS
Materiais	
Reagentes: Água destilada, amostra de carvão.
Vidraria: vidro relógio tamanho grande (2): proveta de 10 Ml (1).
Aparelhagem: balança analítica de quatro casas decimais e estufa
Procedimento Experimental
a) pesar o vidro relógio e medir o diâmetro, a fim de calcular a área de secagem.
b) pesar o sólido seco.
c) adicionou-se água sobre o sólido.
d) colocar em estufa com temperatura de 190-200ºC.
e) pesar a amostra de 8 em 8 minutos, cinco vezes, totalizando 40 minutos.
 
4-Montagem Experimental
A medida de vazão do gás é feita por um rotâmetro calibrado.
A medida de pressão de alimentação do gás é feita com o auxílio de um, manômetro, tipo Bourdon.
A medida da vazão de água é feita por intermédio de um tanque calibrado, com o auxílio de uma balança eletrônica digital e de um cronômetro.
São utilizados também, quatro transdutores de temperatura, tipo PT100, interconectados a um mostrador digital através de uma chave multipontos. As medidas de temperatura são efetuadas conforme segue:
Linha de alimentação de gás;
Gases de exaustão, produtos da combustão;
Temperatura inicial da água (ao entrar no aquecedor).
Temperatura final da água (ao sair do trocador de calor).
 
 
5-Procedimento Experimental
Antes de iniciar os testes, observe o modelo em corte, notando os dispositivos de segurança a disposição dos fluxos de água, de gases quentes e do trocador de calor do sistema.
Abrir a válvula de bloqueio de água do sistema;
Abrir a válvula de bloqueio de gás do sistema;
Abrir totalmente a válvula de regulagem de água do equipamento;
Acionando a válvula de regulagem de gás do equipamento, o queimador irá acionar automaticamente: caso isto não ocorra, feche o gás, aguarde alguns instantes, verifique a linha de gás e retome o procedimento a partir deste ponto;
Mantendo a vazão de água constante, inicie o teste ajustando a vazão de gás para valores próximos do mínimo da escala.
Aguarde cerca de cinco minutos e anote os dados experimentais;
Repita os dois passos anteriores passando o fluxo de gás por mais cinco estágios, até atingir a vazão máxima permitida pelo sistema;
Ao final de cada corrida, cronometre o tempo necessário para obter certo volume de água no tanque graduado. Cheque este valor com a vazão do início da corrida.
Repita o procedimento para mais duas vazões de água.
6- Resultados e discussões	
Os resultados obtidos com a secagem da amostra de carvão estão expressos na tabela abaixo. Os cálculos desenvolvidos que descrevem os resultados obtidos da umidade e taxa de secagem estão em anexo.
	Tempo (t)
	Amostra carvão
	Perda de umidade
	Taxa secagem (R)
	Min
	estufa (g)
	carvão (x)
	g/cm².min
	0
	68,85
	1,08
	0
	8
	68,15
	0,66
	0,001672759
	17
	66,90
	-0,07
	0,002638213
	25
	66,69
	-0,19
	0,000491499
	34
	66,69
	-0,19
	2,11057E-06
	42
	66,68
	-0,20
	2,13695E-05
Resultados obtidos com a secagem da amostra de carvão.
Gráfico perda de umidade do carvão (x) em função ao tempo (t).
Gráfico 1: Perda umidade amostra x tempo
Pode-se observar que a curva característica 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. É possível visualizar que a amostra de carvão atinge o teor de umidade crítico aos 17 minutos e o teor de umidade de equilíbrio aos 25 minutos. 
Gráfico Taxa de secagem do carvão (R) em função tempo (t).
Gráfico2: Taxa secagem x tempo
Analisando o gráfico acima pode-se observar que entre 17 e 25 minutos a taxa de secagem se mantém constante devido a grande quantidade de água presente na superfície da amostra. Ao diminuir a quantidade de água da superfície a taxa de secagem decresce, pois, o tempo de transferência de massa da umidade presente na amostra será maior, uma vez que, a umidade é retirada do interior pela difusão das moléculas entre os poros da amostra, até que chegue a superfície.
7- Conclusão:
O objetivo do experimento foi atingido com sucesso, graficamente foi possível observar todas as fases da curva de perda de umidade e da taxa de secagem do material.
 Os fenômenos de transferência de calor e massa caracterizam a operação unitária de secagem, por isso, é importante ressaltar que cada material tem sua particularidade. Os ensaios laboratoriais são de grande importância para o estudo das propriedades e comportamento desses materiais frente as operações físicas, identificando assim a curva típica da perda de umidade e a taxa de secagem de cada um.
A operação unitária de secagem é relativamente simples, porém, os fatores de teor de umidade crítico, teor de umidade de equílibrio, taxa de secagem constante e a taxa de secagem decrescente são parâmetros que devem ser controlados afim de evitar danos a amostra, mantendo assim as especificações técnicas desejadas. Dessa forma pode-se projetar uma operação unitária de secagem mais eficiente.
8- Anexos:
Dados coletados:
Vidro de relógio: 65,318 g
Diâmetro vidro de relógio: 11,8 cm
Amostra seca carvão: 1,703 g
Amostra úmida carvão: 3,537 g
Umidade carvão (antes de ser colocado na estufa): 1,08
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)
9. Bibliografia
Roteiros dos experimentos da disciplina Laboratório de Engenharia Química I 
Fox, Mc Donald, Pritchard, Introdução a Mecânica dos Fluidos, 8° edição.
Merle C. Potter, Bassem H Ramadan and David C. Wiggert, Mecânica Dos Fluidos, 4° edição.
https://pt.wikibooks.org/wiki/Mec%C3%A2nica_dos_fluidos/C%C3%A1lculo_da_perda_de_carga_em_tubula%C3%A7%C3%B5es
https://moodle.ufsc.br/pluginfile.php/1160682/mod_resource/content/1/Roteiro-Pratica-PerdaCargaAcessoriosHidraulicos-EQA-UFSC-ECOEDucacional-2014.pdf
Engenharia Química
9° Semestre
São João da Boa Vista - 2017
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