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Relatório 1 Secagem de Argila Final

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO 
CENTRO UNIVERSITÁRIO NORTE DO ESPÍRITO SANTO 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA E TECNOLOGIA 
 
 
 
 
 
 
CINÉTICA DE SECAGEM DE ARGILA 
EM UM SECADOR DE BANDEJAS 
 
 
 
Grupo: 
Felipe FioresiDalvi 
Fernando Baptista Neto 
Gustavo GabrielMolino Rodrigues 
Thiago PavesiGuignone Santos 
Thiago Peixoto Nunes Ramos 
Vinícius Gomes Morgan 
ViníciusMolini Benedito 
 
 
 
São Mateus 
2016 
 
 
FELIPE FIORESI DALVI 
FERNANDO BAPTISTA NETO 
GUSTAVO GABRIEL MOLINO RODRIGUES 
THIAGO PAVESI GUIGNONE SANTOS 
THIAGO PEIXOTO NUNES RAMOS 
VINÍCIUS GOMES MORGAN 
VINÍCIUS MOLINI BENEDITO 
 
 
 
 
 
 
CINÉTICA DE SECAGEM DE ARGILA EM UM SECADOR 
DE BANDEJAS 
Trabalho apresentado à disciplina 
Operações Unitárias III de Engenharia 
Química do Centro Universitário do Norte 
do Espírito Santo, como requisito para 
avaliação. 
Prof.: Paulo Sérgio da Silva Porto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
SÃO MATEUS 
2016 
 
 
Sumário 
 
1. Introdução .......................................................................................................................... 3 
2. Objetivos ............................................................................................................................. 4 
2.1 Objetivos Gerais ............................................................................................................... 4 
2.2 Objetivos específicos ...................................................................................................... 4 
3. Materiais e Métodos ......................................................................................................... 4 
3.1 Materiais ............................................................................................................................ 4 
3.2 Métodos ............................................................................................................................. 5 
4. Resultados e Discussão ................................................................................................. 5 
5. Conclusão .......................................................................................................................... 9 
6. Referências Bibliográficas ........................................................................................... 10 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
1. Introdução 
 
A secagem é o processoresponsável pela retirada da água de diversos 
tipos de materiais e de vasta aplicação industrial, usada em materiais 
cerâmicos, alimentos, grãos em geral e até mesmo em produtos agrícolas. Esta 
etapa é uma das mais essenciais do processo produtivo, tanto do ponto de 
vista econômico quanto da qualidade final da peça produzida, pois durante 
essa etapa surgem elevados gradientes de umidade e temperatura no interior 
do sólido. Com isso, simultaneamente, são geradas tensões térmicas e 
hídricas, que podem causar defeitos irreversíveis na peça produzida, 
diminuindo a produtividade do processo e aumentando custos operacionais 
quando a produção acontece em escala industrial, devido ao elevado consumo 
da energia ao longo do processo produtivo. O consumo de energia térmica e 
elétrica representauma grande parcela do custo total de produção na 
atualidade, sendo a secagem umadas etapas que mais consomem energia1. 
Na fabricação de produtos cerâmicos a transferência de calor e massa e 
provoca o encolhimento de corpos porosos2.Durante a secagem de sólidos 
ocorre o fenômeno de encolhimento do corpo de prova, alterando, por 
consequência, as dimensões do sólido e a cinética de secagem. Este 
fenômeno acontece simultaneamente com o transporte de umidade e é mais 
intenso em materiais cerâmicos com umidade inicial alta, principalmente se 
apresentarem granulação fina. Dependendo das condições de secagem, da 
estrutura do material e da geometria do produto, o fenômeno de encolhimento 
pode causar rachaduras, deformações e até mesmo fraturas dentro dos 
sólidos, sendo o parâmetro principal para se obter um ótimo processo de 
secagem é a taxa de secagem. A importância deste tema justifica a grande 
quantidade de estudos encontrados na literatura3-8. 
Os materiais cerâmicos têm ampla utilização na construção civil e são 
fabricados a partir de matérias-primas classificadas em naturais e sintéticas. 
Utilizando-se de um processamento adequado, suas propriedades químicas e 
fases cristalinas podem ser alteradas. Durante a fabricação de peças 
cerâmicas, é fundamental observar as etapas de exploração das jazidas, 
tratamento prévio das matérias-primas, homogeneização, secagem e queima. 
Deve-se ressaltar que para alcançar as características de plasticidade e facilitar 
 
 
4 
 
a modelagem das peças, a água é adicionada à argila na fase de 
homogeneização1. 
A composição química da argila também é uma informação crucial, pois 
altera as propriedades químicas, físicas e mecânicas do material. A tabela a 
seguir apresenta uma composição típica da argila comumente utilizada na 
indústria2. 
Tabela 1: Composição química de uma argila típica². 
Componentes SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO Na2O K2O 
Composição Química (%) 52,70 7,58 23,97 0,56 4,04 0,62 1,25 
 
2. Objetivos 
 
2.1 Objetivos Gerais 
 
Obter o comportamento da curva cinética de secagem de argila em um 
secador de bandejas a 50ºC. 
 
2.2 Objetivos específicos 
 
a) Avaliar a cinética de secagem do corpo de prova através das curvas de 
secagem de umidade versus tempo (adimensional de umidade (X/X0) 
versus tempo e curva da taxa de secagem); 
b) Monitorar os parâmetros do ar de entrada (temperatura de bulbo úmido 
e bulbo seco); 
c) Realizar o ajuste dos dados experimentais utilizando modelos clássicos 
da literatura para calcular a constante de secagem; 
d) Explorar os resultados obtidos, comparando com a literatura. 
 
3. Materiais e Métodos 
 
3.1 Materiais 
 
Os principais materiais e equipamentos utilizados no experimento de 
secagem de argila estão dispostos na tabela 2 a seguir. 
Tabela 2: Lista dos principais materiais a serem utilizados no experimento. 
Acessórios e equipamentos Materiais 
Secador de bandejas Bandeja 
Balança analítica Cadinho 
Psicrômetro Béquer 
Termo-anemômetro Bastão de vidro 
 
 
5 
 
3.2 Métodos 
 
Primeiramente, fez-se uma mistura de argila e água, até que esta 
adquirisse consistência. Posteriormente, a mistura foi modelada, ficando com a 
forma de um pequeno cilindro, sendo este o objeto de estudo. 
O procedimento de secagem foi realizado em uma estufa com 
temperatura de bulbo seco igual a 50ºC e temperatura de bulbo úmido de 
20,50ºC. A massa do corpo de prova foi, então, pesada numa balança analítica 
previamente calibrada em intervalos de 10 minutos durante uma hora e após 
24 horas para obter a massa da argila seca. 
 
4. Resultados e Discussão 
 
 No experimento de secagem, foram pesadas as massas do corpo de 
prova em intervalos de tempo pré-estabelecidos. Os dados obtidos 
experimentalmente estão indicados na tabela 3. A massa do vidro de relógio 
utilizado foi de 41,4025g, a temperatura de secagem foi de 50°C (temperatura 
de bulbo seco) e a temperatura de bulbo úmido foi de 20,5 °C. 
Tabela 3: Dados experimentais da massa de corpo de prova ao longo do tempo. 
Tempo 
(min) 
Massa Total (CP e VR) 
(gramas) 
Massa do Corpo de Prova 
(gramas) 
0 50,0045 8,6020 
10 49,9588 8,5563 
20 49,9078 8,5053 
30 49,8589 8,4564 
40 48,8210 8,4185 
50 49,7725 8,3700 
60 49,7272 8,3247 
1440 48,0493 6,6468CP- Corpo de Prova; VR- Vidro de relógio. 
Com os dados obtidos na tabela 3, calculou-se as umidades em base 
seca do corpo de prova ao longo do tempo (X(t)) utilizando a equação 1. 
𝑋(𝑡) =
𝑚 𝑡−𝑚𝑏𝑠
𝑚𝑏𝑠
 (1) 
Sendo mt a massa do corpo de prova ao longo do tempo e mbs é a massa do 
corpo de prova após o tempo de 24 horas, sendo neste tempo 48,0493 g. 
A partir dos valores de umidade, calculou-se a razão de umidade do 
sólido (Xf) por meio da equação 2. 
 
 
6 
 
𝑋𝑓 =
𝑋(𝑡)
𝑋𝑜
 (2) 
Sendo Xo a umidade do corpo de prova no tempo inicial (1,9552 g). Os dados 
calculados encontram-se na tabela 4. 
Tabela 4: Umidade e razão de umidades do sólido do corpo de prova ao longo do tempo. 
Tempo (min) X(t) (% em base seca) Xf (adimensional) 
0 29,41566 1 
10 28,72811 0,976626 
20 27,96082 0,950542 
30 27,22513 0,925532 
40 26,65493 0,906148 
50 25,92526 0,881342 
60 25,24373 0,858173 
1440 0 0 
A partir dos dados obtidos na tabela 4 para o tempo de uma hora, foi 
obtida a reta apresentada na figura 1, cuja regressão linear apresenta 
excelente linearidade, visto pelo coeficiente de correlação (R²) de 0,99891. A 
equação da reta é apresentada pela equação 3, com a qual se determina a 
umidade do corpo de prova. 
𝑋 = −0,06938. 𝑡 + 29,38917 (3) 
 
Figura 1: Gráfico da umidade versus tempo. 
A curva obtida incluindo o tempo de 24 horas é apresentada na figura 2. 
O modelo experimental alcançado pelo ajuste exponencial dos dados é 
ilustrado pela equação 4, cujo coeficiente de correlação foi de 0,99998. 
𝑋𝑓 = 1,03025 ∗ exp 
−t
406,05406
 − 0,0297 (4) 
 
 
 
7 
 
 
Figura 2: Ajuste exponencial dos dados experimentais. 
Os valores da razão de umidade do sólido (Xf) foram aplicados a três 
modelos clássicos da literatura para comparação dos resultados, sendo estes o 
modelo de Brooker et al. (1974)9, Page (1949)10 e Henderson et al. (1968)11. As 
equações dos modelos estão apresentadas na tabela 5. 
Tabela 5: Modelos clássicos da literatura. 
Modelos Referência 
Xr = exp(-Kt
n) Page (1949) 
Xr = cexp(-Kt)
 Brooker et al. (1974) 
Xf = c[exp(-Kt)+(1/9)exp(-9Kt)] Henderson et al. (1968) 
c e n são parâmetros dos modelos, e K é a constante de secagem. 
Utilizando os dados da tabela 4 e as equações da tabela 5, foram 
alcançadas as curvas ilustradas nas figuras 3, 4 e 5. 
 
Figura 3: Ajuste dos dados experimentais utilizando o Modelo de Page (1949)
11
. 
 
 
8 
 
 
Figura 4: Ajuste dos dados experimentais utilizando o Modelo de Brooker et al. (1974)
9
. 
 
Figura 5: Ajuste dos dados experimentais utilizando o Modelo de Henderson et al. (1968)
10
. 
Os modelos da literatura aplicados apresentaram boa concordância 
entre si e excelente ajuste aos dados experimentais, como pode ser visto pelos 
coeficientes de correlação obtidos dispostos na tabela 6 juntamente com 
valores dos parâmetros daqueles modelos. 
Tabela 6: Ajustes dos dados experimentais aos modelos da literatura. 
Modelo 
Parâmetros 
C K N R2 
Page (1949)11 - 0,00169 1,10537 0,99988 
Brooker et al. (1974)9 1,0065 0,00275 - 0,99927 
Henderson et al. (1968)10 0,92267 0,00216 - 0,99534 
Como pode ser visto na tabela 6, os valores dos coeficientes de 
correlação (R²) foram próximos de 1, indicando confiabilidade, sendo que o 
modelo de Page (1949) apresentou o melhor ajuste. Comparando os valores 
obtidos para a constante de secagem (K) dos três métodos, pode-se perceber 
uma boa proximidade entre eles e com o modelo exponencial obtido 
experimentalmente, o que indica precisão no experimento realizado. 
 
 
 
 
9 
 
5. Conclusão 
 
Os resultados alcançados apresentaram excelente linearidade na 
primeira hora de secagem. O gráfico obtido da umidade pelo tempo permitiu 
modelar a cinética de secagem do material de estudo e forneceu um confiável 
coeficiente de correlação de 0,99891. 
Os dados experimentais foram, ainda, aplicados a três modelos da 
literatura (Brooker et al. (1974)9, Page (1949)10 e Henderson et al. (1968)11), 
que apresentaram boa concordância entre si, apresentando R2 de 0,99927, 
0,99988 e 0,99534, respectivamente. Todos os modelos tiveram excelente 
ajuste aos dados experimentais, sendo o modelo de Page aquele de melhor 
resultado comparado ao modelo experimental. 
Assim, pode-se afirmar que o experimento realizado foi bem executado e 
permitiu aplicar na prática a teoria vista em sala de aula, fornecendo um maior 
entendimento a cerca do processo de secagem. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10 
 
6. Referências Bibliográficas 
 
1. SILVA, L. D.; SILVA, W. P.; SILVA, C. M. D. P. S.; FARIAS, V. S. O. 
Descrição da secagem de placas cerâmicas por meio de um modelo de 
difusão. Cerâmica, 59, 409 – 416, 2013. 
 
2. BATISTA, V. R.; NASCIMENTO, J. J. S.; LIMA, A. G. B. Secagem de queima 
de tijolos cerâmicos maciços e vazados incluindo variações dimensionais de 
danos estruturais. Revista Eletrônica de Materiais e Processos, 3, 46 – 61, 
2008. 
 
3. LOSS, R. D.; SANTOS, I. P.; MUNIZ, E. P.; PROVETI, J, R, C.; PORTO, P. 
S. S. Finite difference solutions for heat transfer during drying of cubic papaya 
particles. Procedia Food Science,1, 753 – 761, 2011. 
 
4. Medeiros, B.L. Secagem de Argila com Ar Quente Produzido por Radiação 
Solar, Tese de Mestrado, Universidade Federal da Paraíba, João Pessoa - PB, 
Brasil, 1977. 
 
5. Fricke J. A Cerâmica, Ed. Presença Ltda., Lisboa, 1981, 152p. 
 
6. Reed, J. S., Principles of Ceramics Processing, 2 ed, chapter 27: Drying,, 
John Wiley & Sons, Inc., New York, USA, Wiley Interscience, 1995. 
 
7. Ketelaars, A. A. J., Jomaa, W., Puiggali, J. R., Coumans, W. J. Drying 
Shrinkage and Stress. In: International Drying Symposium, Part A, pp. 293-303, 
1992. 
 
8. Hasatani, M., Itaya, Y., Deformation Characteristic of Ceramics During 
Drying, In: International Drying Symposium, (Part A), pp. 190-199, Montreal, 
1992. 
 
9. Brooker, D.B.; Bakker-Arkema, F.W.; HALL, C.W. Drying cereal grains. The 
Avi Publishing Company, Inc, Westport, 1974. 
 
10. Henderson, J.M.; Henderson, S.M. A computacional procedure for deep-
bed drying analysis. Journal Agric. Eng. Res. v.13, p.87-95, 1968. 
 
11. Page, G.E. Factors influencing the maximum rates of air drying shelled 
corn in thin-layer. Indiana, 1949. Dissertation (M.Sc.), Purdue University, USA, 
1949.

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