secagem de sólidos - equipamento, Esquemas de Fenômenos de Transporte

Baixe secagem de sólidos - equipamento e outras Esquemas em PDF para Fenômenos de Transporte, somente na Docsity! FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE TOCANTINS – UFT CURSO DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS OPERAÇÕES UNITARIAS III ALICYA OLIVEIRA NETO SECAGEM DE SÓLIDOS Palmas – TO 2024 CONCEITO A secagem da umidade presente no sólido ocorre por meio do processo de evaporação da água, que é facilitado pela transferência de calor de uma fonte externa, geralmente um gás aquecido. Neste processo, o calor é transferido do gás para o sólido, aumentando a temperatura do material e da água nele contida. À medida que a temperatura da água atinge seu ponto de ebulição, ela começa a evaporar. O vapor de água resultante é então removido do entorno do sólido pelo fluxo do gás, o que facilita a continuidade da evaporação e promove a secagem eficiente do sólido. PROCESSOS DE TRASFERÊNCIA DE CALOR Os processos de transferência de calor podem ocorrer de várias maneiras, cada uma com características específicas:  Convecção: Neste processo, o calor é transferido através do movimento de um fluido, que pode ser um gás ou um líquido. O fluido aquecido se move, levando consigo o calor para outras partes do sistema. Por exemplo, em um forno, o ar quente circula, transferindo calor aos alimentos.  Condução: A condução envolve a transferência de calor através de um material sólido sem que haja movimento do material. O calor se propaga por meio da vibração e colisão das moléculas do material. Um exemplo clássico é uma panela no fogão: o calor se move do fundo quente da panela para os alimentos.  Radiação: A transferência de calor por radiação ocorre através de ondas eletromagnéticas, como os raios solares UV, lâmpadas infravermelhas, superfícies refratárias incandescentes e micro-ondas. Não necessita de um meio material para ocorrer, sendo capaz de transferir calor até no vácuo. Por exemplo, o calor do sol chega à Terra por radiação.  Congelamento (Liofilização): A liofilização é um processo de remoção de água que combina congelamento e sublimação. Primeiramente, o material é congelado, transformando a umidade em gelo. Em seguida, a pressão é reduzida e o gelo sublima, passando diretamente do estado sólido para o gasoso. Este método é amplamente utilizado nas indústrias farmacêutica e alimentícia para preservar produtos.  Fórmula: Teor de Sólidos TS = massa do sólido seco (ms) massa total (ma + ms) Esta medida indica a quantidade de material seco presente em relação à massa total do material, sendo importante para processos onde a concentração de sólidos é essencial para a eficiência e qualidade do produto final. Umidade do Sólido 1. Total:  Definição: A quantidade total de água contida no sólido.  Importância: Saber a umidade total é fundamental para entender o comportamento do material em processos de secagem e armazenamento. 2. Livre:  Definição: A água livre é a fração de água que pode ser facilmente removida do sólido.  Exemplo: Decantadores por gravidade.  Detalhes: Essa água não está ligada à estrutura do sólido e pode ser separada sem a necessidade de processos complexos. 3. Intracelular (Água de Hidratação):  Definição: É a água que faz parte da estrutura celular do sólido.  Importância: Esta água está integrada na matriz do material e requer processos mais específicos para ser removida. 4. Superficial:  Definição: Água adsorvida na superfície do sólido.  Detalhes: Esta água adere à superfície externa do sólido e pode ser removida com mudanças de estado, como evaporação. 5. Tanto água intracelular quanto superficial somente podem ser removidas por mudança de estado:  Detalhes: Processos de secagem geralmente envolvem a transformação de água líquida em vapor para efetivamente remover estas formas de umidade do sólido. 6. Intersticial:  Definição: Água presente nos interstícios (espaços entre as partículas) do sólido, mantida por forças capilares.  Remoção: Pode ser removida por forças mecânicas fortes (exemplo: centrífuga) ou pela adição de químicos.  Detalhes: Esta água está presa nas pequenas lacunas dentro da estrutura do sólido e requer técnicas específicas para ser extraída eficazmente. Diagrama Explicativo:  Água Livre: Localizada fora das células e facilmente removível.  Água Intracelular: Contida dentro das células, sendo parte integral da estrutura celular.  Água Superficial: Adere à superfície externa do material sólido.  Água Intersticial: Presa nos espaços entre as partículas do sólido. DIAGRAMA UMIDADE DE EQUILÍBRIO Este diagrama representa a relação entre a umidade do sólido (Wd) e a umidade relativa do ar (Wr) em diferentes condições de equilíbrio. Ele é utilizado para entender como a umidade é retida em materiais sólidos e como ela interage com o ambiente. Tipos de Umidade: 1. Não Ligada (Unbound)  Intersticial: Refere-se à umidade presente nos espaços intersticiais ou vazios dentro da estrutura do material. 2. Ligada (Bound)  Intracelular: Umidade contida dentro das células do material.  Superficial: Umidade presente na superfície externa do material. Curva Experimental: A curva experimental no diagrama mostra como a umidade do sólido varia em relação à umidade relativa do ar.  Eixo Vertical (Wd): Representa a umidade do sólido em kg de água por kg de material seco.  Eixo Horizontal (Wr): Representa a umidade relativa do ar em porcentagem. Pontos Importantes no Diagrama:  AD - Total: Representa a umidade total no material.  AC - Livre (Total - Equilíbrio): Quantidade de umidade livre, ou seja, a umidade que não está em equilíbrio com o gás saturado.  BD - Ligada: Quantidade de umidade ligada, que está em equilíbrio com o gás saturado.  AB - Não Ligada: Quantidade de umidade não ligada que está em equilíbrio com o gás saturado. Esta é a umidade excedente da umidade ligada. Notas Adicionais:  A região entre os pontos A e B representa a umidade não ligada que pode ser removida com mais facilidade, pois não está fortemente ligada ao material.  A região entre os pontos B e D representa a umidade ligada que está em equilíbrio com o ambiente e é mais difícil de remover.  O ponto C indica a umidade em equilíbrio residual total, onde toda a umidade está em equilíbrio com o ar circundante. CLASSIFICAÇÃO DOS SECADORES Os secadores podem ser classificados com base no regime de operação, o que determina como o processo de secagem é conduzido e a capacidade de produção. A seguir estão as principais classificações: 1. Contínuo  Características: Operação em que o material a ser seco é continuamente alimentado e retirado do secador.  Capacidade de Produção: Alta, geralmente superior a 900 kg/h.  Aplicações: Ideal para processos de grande escala e produção em massa, onde a operação ininterrupta é vantajosa. 2. Batelada (Batch)  Características: Operação em que o material é carregado, seco e descarregado em lotes.  Capacidade de Produção: Menor, tipicamente menos de 230 kg/h.  Aplicações: Adequado para a produção de vários produtos diferentes, permitindo maior flexibilidade e controle sobre cada lote. 3. Semi-Batelada ou Semi-Contínuo  Características: Combinação de ambos os métodos, onde a operação pode parar ocasionalmente. Em alguns casos, a alimentação de gás é contínua enquanto o líquido no reator é alimentado por bateladas.  Vantagens: Flexibilidade para ajustar a produção conforme necessário, mantendo alguns dos benefícios da operação contínua.  Aplicações: Usado em processos onde é vantajoso ter uma alimentação contínua de gás, mas com a possibilidade de introduzir líquidos em bateladas, permitindo uma operação intermediária entre os modos contínuo e batelada. Transferência de Calor por Contato 1. Direto  Definição: Ocorre o contato físico do sólido com o gás evaporado.  Mecanismo de Transferência: Convecção.  Tipo de Secador: Secador Adiabático.  Detalhes: Nesse tipo de secador, o calor é transferido diretamente do gás quente para o sólido, promovendo a evaporação da umidade contida no sólido. 2. Indireto  Definição: O contato do sólido é com as paredes do secador que estão aquecidas.  Mecanismo de Transferência: Condução. Secador Esteira ou Túnel:  Descrição: Este tipo de secador utiliza uma esteira transportadora para movimentar o material a ser seco através de um túnel onde ocorre a secagem.  Energia Mecânica: Consome uma quantidade significativa de energia mecânica.  Funcionamento: A esteira agita o sólido, transporta-o e promove a secagem. Secador de Leito: i. Fixo:  Descrição: Neste tipo, o leito onde o material é colocado não se move.  Desempenho: Não seca de forma eficiente. As partículas tendem a ser mais compactas e o contato entre o material e o ar não é ideal. ii. Fluidizado:  Descrição: O leito é agitado para manter as partículas em movimento, criando um efeito de "fluidização".  Desempenho: O leito é mais solto e proporciona uma secagem mais eficiente do que o leito fixo. O espaço entre as partículas é maior, melhorando o contato e, consequentemente, a eficiência da secagem. Secador Pulverizador (Spray Dryer):  Descrição: Utiliza um sistema de atomização para pulverizar o material líquido em pequenas gotículas, que são então secas por contato direto com gás quente.  Funcionamento i. Força Centrífuga: Um disco atomizador centrífugo é utilizado para pulverizar o sólido e aspergir as gotículas para dentro da câmara de secagem. ii. Processo: É um processo rápido onde ocorre contato direto entre as gotículas e o gás quente. Secador de Bandeja (Tray Dryer):  Descrição: É o secador mais antigo e mais comum utilizado para operações em batelada.  Funcionamento: i. Estrutura: Pode utilizar um prato perfurado para suportar o material a ser seco. ii. Gás de Secagem: O gás pode ser introduzido de forma direta ou indireta, com o fluxo de ar sendo cruzado. iii. Aplicações: Usado normalmente para secar leguminosas, frutas e hortaliças. iv. Exemplos: Desidratação de maçãs, tomates secos, figos secos e bananas passas. 2. Calor Indireto Turbo-Dryer  Descrição: Secador com agitador de turbina rotativa e pás.  Funcionamento: i. Agitação e Centrifugação: As pás agitam e centrifugam o material sólido dentro do secador, garantindo uma mistura homogênea e transporte eficaz. ii. Camisa de Vapor: Possui uma camisa para circulação do gás, que aquece indiretamente o material.  Diagrama: Componentes principais: eixo de acionamento (shaft drive), agitadores (paddles), entrada de alimentação (feed), filtro de vapor (vapor filter), ejetor de vapor (vapor ejector), produto final (product). Secador de Rosca  Descrição: Utiliza uma rosca transportadora para movimentar o material sólido através do secador.  Funcionamento: i. Rosca Transportadora: O material úmido é transportado por uma rosca enquanto é aquecido indiretamente por vapor circulando através de uma camisa ao redor da rosca. ii. Condensado: O vapor se condensa, transferindo calor para o material sólido, que é então secado e transportado para a saída.  Diagrama: Componentes principais: sólidos úmidos (wet solids), vapor (steam), condensado (condensate), sólidos secos (dry solids). REFRENCIA Operação Unitária - Aula 1 - Secagem de sólidos – Conceito. Disponível: https://www.youtube.com/watch?v=Kubt3E8wVds&list=PL-Gyu3wAdxyTh9rV6p2j4m- wWIeuZn0Va. Aula 2 - Secagem - Secadores Térmicos: Disponível: https://www.youtube.com/watch?v=zuHw1do7Uk4.