Secagem

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ENG06632-Metalurgia Extrativa dos Metais Não-Ferrosos II-A 
Nestor Cezar Heck - DEMET / UFRGS 
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1 SECAGEM 
 
1.1 INTRODUÇÃO 
A secagem é o tratamento de remoção da água ‘livre’ (ligada ‘físicamente’, 
‘fracamente’) a uma substância (não estão compreendidos na secagem os processos de 
remoção da água por meios mecânicos do tipo centrifugação ou prensagem; estes são melhor 
descritos pela expressão deságue). 
A secagem é utilizada para facilitar o manuseio (carregamento, descarregamento, 
transporte pneumático) de 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). 
 
1.2 TERMODINÂMICA DA SECAGEM 
A secagem pode ser compreendida com a ajuda de um diagrama de equilíbrio de um 
único componente, a água1. Segundo a regra das fases de Gibbs: 
P + F = C + 2 ; 
onde P é o número de fases, F é o número de graus de liberdade e C é o número de 
componentes. Neste caso, a substância H2O é tomada como sendo o (único) componente do 
sistema, então C = 1. 
As fases estáveis desse sistema podem ser vistas em um diagrama que as apresenta em 
função da pressão e da temperatura, Figura 1.1. Com as três fases em equilíbrio – o ‘ponto 
tríplice’ da água (ponto O, Fig. 1.1) – tanto a pressão quanto a temperatura ficam previamente 
determinadas e fogem, portanto, do livre arbítrio. Com duas fases em equilíbrio – por 
exemplo: água e vapor – pode-se escolher ou a temperatura ou a pressão; quando uma dessas 
variáveis tem um valor finito, o valor da outra fica automaticamente definido. 
O valor da pressão parcial do vapor d’água, em função da temperatura T, para o 
equilíbrio: 
H2O(l) = H2O(g) , 
é a variável termodinâmica mais importante da secagem, e pode ser determinado com a ajuda 
da seguinte expressão: 
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
+−= 16,273
54227316,14expOH2 T
p , 
com pH2O dado em [atmosferas] e T em [graus Celcius]; esse valor corresponde à linha O-A, 
Fig. 1.1. 
Ela nos diz que é vantajoso secar uma substância em uma temperatura acima daquela 
do ambiente, pois, nas condições de equilíbrio, a fase gasosa admite uma pressão parcial de 
vapor d’água mais elevada. A água contida na substância úmida, ao tentar estabelecer essa 
pressão, se evapora, e a substância, por consequência, seca! 
Como o ar da atmosfera não é seco (isento de água), essa condição desse ser 
considerada. Assim, a expressão do quociente entre a pressão parcial da água existente na 
atmosfera (de secagem) e a pressão parcial do equilíbrio água-vapor d’água, a uma mesma 
temperatura, dada em termos percentuais, é conhecida pelo nome de umidade relativa. Sua 
importância está na capacidade de revelar o quanto o sistema está afastado do seu estado de 
 
1 Este modelo, embora simples, não é óbvio; vale lembrar que componentes de sistemas termodinâmicos são 
normalmente espécies atômicas como: carbono, oxigênio, etc. Usando-se H2O, nesta análise, desconsidera-se 
a existência das espécies químicas H2 e O2; esta aproximação, para temperaturas ‘baixas’, contudo, pode ser 
considerada razoável. 
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equilíbrio. Ela é um fator importante não somente na determinação da quantia de água que 
pode ser absorvida pela atmosfera, quanto na avaliação da cinética da secagem – pois 
representa a força motriz do processo. 
A secagem é um processo endotérmico; o valor da entalpia da evaporação pode ser 
apresentado como uma função da temperatura T, segundo: 
∆HºT [J / mol] = 22.136,8 - 45,47⋅T + 5,36E-3⋅T 2 + 3,349E 4⋅T -1 . 
Esta equação mostra, curiosamente, que ela é maior à 25°C do que à 95°C! Ao calor latente 
necessário para a vaporização da água deve-se adicionar o calor sensível, necessário para 
elevá-la à temperatura de vaporização (ou de ebulição). 
Quando a energia é muito cara em relação ao valor da mercadoria ou o tempo 
necessário para a secagem não é um fator importante, faz-se a secagem do material pela sua 
exposição ao ar, à temperatura ambiente. Senão, são necessários métodos mais eficientes. 
 
 
Fig.1.1: Diagrama esquemático P-T das fases estáveis da água (sistema unário) 
 
1.3 CINÉTICA DA SECAGEM 
Sempre que a pressão parcial da água em equilíbrio no sistema superar a pressão do 
ambiente (do reator, ou total), a taxa de transferência da água, do estado líquido para o 
gasoso, aumenta consideravelmente, tornando-se violenta; diz-se, neste caso, que a água entra 
em ebulição. À temperatura de 100ºC, o valor da pressão do vapor d’água é de 1 atmosfera; 
por esta razão, 105ºC é uma temperatura muito empregada na secagem. 
Pode-se ver – com a ajuda da Figura 1.1 – que é possível fazer a água entrar em 
ebulição em qualquer temperatura – basta mantê-la num reator cuja pressão total seja menor 
do que aquela preconizada pelo equilíbrio água–vapor d’água na temperatura da secagem; 
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tecnicamente, no entanto, essa técnica exige a utilização de bombas de vácuo. 
Conforme foi sugerido, a força motriz da secagem depende do gradiente de 
concentração da água na atmosfera: entre aquela que envolve o material a ser secado e a 
atmosfera do ambiente (trata-se, na realidade, de uma diferença no potencial químico da água 
entre os dois pontos). A secagem, portanto, para ser eficiente, exige o uso de gases com baixa 
pressão parcial de água (gases secos) ou gases quentes (onde o valor da pressão parcial da 
água no equilíbrio é elevada). Isto sugere um cuidado especial na escolha do combustível; 
gases quentes gerados pela combustão de hidrocarbonetos, por exemplo, contêm água! 
A fase gasosa normalmente é responsável tanto pelo transporte do calor até o ponto 
onde está o material, quanto pelo arraste do vapor d’água desprendido por ele durante a 
secagem. Logo, a taxa de renovação da atmosfera pode ser de vital importância na secagem (é 
importante lembrar, contudo, que o arraste de substâncias pulverulentas pode ser um grande 
empecilho na otimização dessa variável). 
Como as taxas de transferência são proporcionais à área de troca, é importante contar 
com uma grande área de contato entre a substância úmida e a fase gasosa. 
 
1.4 PROBLEMAS 
Possíveis complicações durante a secagem estão relacionadas com o aparecimento de 
reações químicas indesejadas – que podem produzir gases, calor (com o perigo de incêndio) e 
até provocar a transformação da substância original em outra – e com o arraste pneumático de 
material em processamento – no caso de substâncias pulverulentas. 
Os mecanismos associados ao transporte de massa e de calor podem apresentar 
resistências significativas, capazes de controlar a taxa da secagem. A resistência à passagem 
de calor nas camadas superficiais, já secas, da substância, por exemplo, pode ser muito maior 
do que aquela da substância úmida. 
A condensação da água em partes mais frias do material (ou equipamento) também 
podem limitar a eficiência do processo. 
 
1.5 REATORES 
A secagem é realizada em reatores de leito fixo, leito fluidizado e em forno rotativo.