Introdução à Secagem e Classificação de Equipamentos

Secagem Universidade de Passo Fundo Disciplina de Operações Unitárias Geankoplis 1998 Cap 9 McCabe Smith e Harinton 1993 Cap 24 Perry e Green 2008 Cap 12 Toledo et al 2019 Cap 12 Prof Dr Jeferson Steffanello Piccin Introdução Secagem Prof Dr Jeferson Steffanello Piccin Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Introdução Secagem B C a Ar quente b Calor é transferido do ar para o sólido c Massa é transferida do sólido para o ar A Geankoplis 1998 Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Secadores Escolha do equipamento pela natureza do produto que vai ser seco pela forma que se deseja dar ao produto processado por fatores econômicos e pelas condições de operações Secagem Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Secadores Classificação dos equipamento de acordo com o fluxo de carga e descarga contínuo ou descontínuo pressão utilizada atmosférica ou vácuo métodos de aquecimento direto adiabático ou indireto de acordo com o sistema de fornecimento de calor convecção condução radiação Tipos de leitos de secagem Métodos de escoamento do ar Secagem Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Secadores Tipos de leito de secagem Secagem Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Secadores Secagem Métodos para escoar o ar de secagem diferentes equipamentos Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Secadores Equipamentos Secador de bandeja Secagem Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Secadores Equipamentos Tipo mais comum de secador Descontínuo Adiabático Secagem de explosivos alimentos e tortas de filtração Secagem Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Secadores Equipamentos Secadores de esteira túneis de secagem Secagem Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Secadores Equipamentos Secadores de esteira túneis de secagem Tipo de derivação dos secadores de bandeja que são transportadas para dentro de um túnel Flexibilidade e alta produção Secagem Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Secadores de esteira Simples passo Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Secadores de esteira Múltiplos passes Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Secadores de esteira Correntes cruzadas Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Secadores Equipamentos Secador Rotativo Secagem Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Secadores Equipamentos Secador Rotativo Secagem de sólidos granulados que tenham certa fluidez Pode ser por aquecimento direto do ar adiabático ou por camisa menos comum Secagem Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Secadores Equipamentos Secadores pulverizadores Spray dried Secagem Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Secadores Equipamentos Secadores pulverizadores Spray dried Sistema contínuo de secagem soluções ou suspensões diluídas Sistema de atomização gera sólidos muito finos pó AltasT de secagem Secagem Secagem de produtos na forma líquida Utilizado para leite em pó café solúvel Atomização ou pulverização do alimento diminutas partículas Tempo curto de exposição 3 a 5 s Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Secadores pulverizadores Spray dried Tempo de secagem extremamente curto 3 a 12 segundos Temp do produto durante o processo é baixa As partículas com diâmetro da ordem de 10 a 200 microns Maior superfície de exposição por umidade de volume do alimento secagem rápida Secagem Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Secadores pulverizadores Spray dried Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Secadores pulverizadores Spray dried Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Spray dried Bicos de atomização Bicos sob pressão pressões da ordem 100 a 600 kgfcm2 Centrífugo disco de atomização Secagem Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Spray dried Bicos de atomização Secagem Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Bicos a alta pressão Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Atomizador à pressão Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Atomizador à centrífugo Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Atomizador à centrífugo Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Partículas secas em spraydryer Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Secadores Equipamentos Secador de leito fluidizado Secagem Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Secadores Equipamentos Secador de leito fluidizado Opera de forma contínua por atomização do produto ou em batelada Contato direto entre o gás de secagem e o material Grande volume de ar para manter a fluidização o que demanda grande quantidade de energia para os sopradores e aquecimento Imita secadores pulverizados baixas T de secagem Secagem Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Secadores Equipamentos Secador de leito fluidizado leite em pó Secagem Propriedades psicrométricas do ar Secagem Prof Dr Jeferson Steffanello Piccin Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Secagem Propriedades psicrométricas do ar Relacionadas à temperatura Relacionadas a umidade Relacionadas ao volume Relacionadas a energia Temperatura de bulbo seco Temperatura de bulbo úmido Temperatura do ponto de orvalho Pressão de vapor Razão de mistura Umidade específica Umidade absoluta Umidade relativa Grau de saturação Volume específico Entalpia Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Secagem Propriedades psicrométricas Temperatura de bulbo seco Tbs É a temperatura que costumamos a relacionar e é medida com um termômetro comum Temperatura de bulbo úmido Tbu É a temperatura mais baixa que pode atingir o ar quando é arrefecido devido a evaporação da água A Tbs e a Tbu se equivalem somente quando o ar está completamente saturado senão TbsTbu Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Secagem Propriedades psicrométricas Temperatura de ponto de orvalho Tpo É a temperatura em que a pressão parcial de vapor de água no ar é igual a pressão de vapor saturante ou seja quando o ar úmido se torna saturado e ocorre a condensação do vapor Pressão de vapor pv É a pressão parcial exercida pelo vapor em relação à pressão total Razão de mistura w Relação entre a massa de água e massa de ar seco em um determinado volume Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Secagem Propriedades psicrométricas Umidade relativa UR Razão entre a pressão parcial de vapor dágua no ar pv e a pressão de saturação de vapor pvs na mesma temperatura normalmente sendo expressa em Volume específico ve É definido pelo volume por unidade de massa ocupado pelo ar seco e expresso normalmente em m3 por kg Entalpia h É a energia contida no ar úmido por unidade de massa de ar seco Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Secagem Carta psicrométrica Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Secagem Carta psicrométrica Tbs24C Tbu17C UR Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Secagem Carta psicrométrica Tbs24C Tbu17C UR50 w95 gkg Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Secagem Carta psicrométrica Tbs24C Tbu17C UR50 w95 gkg h Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Secagem Carta psicrométrica Tbs24C Tbu17C UR50 w95 gkg h48Jg v Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Secagem Carta psicrométrica Tbs24C Tbu17C UR50 w95 gkg h48Jg v0854m3 kg Equilíbrio de secagem Secagem Prof Dr Jeferson Steffanello Piccin Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Conceitos importantes Umidade de equilíbrio Quando a pressão de vapor no sólido é igual a pressão parcial de vapor no gás de secagem Umidade livre É aquela umidade que excede a umidade de equilíbrio e pode ser removida através da secagem Inclui a umidade ligada e não ligada Secagem Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Conceitos importantes Atividade de água Aw Água disponível no substrato para viabilizar as reações químicas e bioquímicas dos microorganismos assegurando seu crescimento bactérias 091 leveduras 085 fungos 080 bactérias halófilas 075 fungos xerófitos 065 leveduras osmófilas 060 Secagem Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Conceitos importantes Umidade vs Atividade de água Aw Isotermas de secagem Informações sobre as propriedades do material Informações sobre condições de armazenamento Secagem 100 Aw UR Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Isotermas de secagem Secagem 000 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 0000 0200 0400 0600 0800 1000 1200 Ue aw 5C 25C 15ºC Umidade de equilíbrio de ricora seca a 60C Pasqualoto Grasselli 2013 Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Isotermas de secagem Secagem Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Isotermas de secagem Secagem Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Isotermas de secagem Secagem Cinética de secagem Secagem Prof Dr Jeferson Steffanello Piccin Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Comportamento geral da secagem AB Inicio da secagem BC Taxa constante CD Taxa decrescente D Fim da secagem Secagem Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Comportamento geral da AB Inicio da secagem Período transiente do sistema Pode haver retirada de água por gravidade Calor transferido para o sólido é maior que o calor retirado pela evaporação da água BC Taxa constante CD Taxa decrescente D Fim da secagem Secagem Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Comportamento geral da AB Inicio da secagem BC Taxa constante Fluxo no sólido igual ao fluxo do sólido para o gás de secagem A superfície do material está completamente umedecida garantindo o fluxo de água Por esse motivo a temperatura do sólido é mantida à temperatura de bulbo úmido e praticamente constante CD Taxa decrescente D Fim da secagem Secagem Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Comportamento geral da AB Inicio da BC Taxa constante CD Taxa decrescente I Período de secagem não saturada Umidade não é suficiente para manter a superfície do sólido umedecida Resistência interna é maior que a resistência externa Temperatura do sólido sobe pois não se mantém mais saturado com água Tbu D Fim da secagem Secagem Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Comportamento geral da AB Inicio da BC Taxa constante CD Taxa decrescente I D Fim da secagem Fluxo interno domina o processo Difusão de vapor de níveis internos do sólido Velocidade do ar não tem mais importância Temperatura do sólido se aproxima da temperatura de secagem Tbs Secagem Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Comportamento geral da secagem Secagem 00 01 02 03 04 05 06 07 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 X gH2Ogss tempo min Secagem de farinha de milho em secador descontínuo Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Comportamento geral da secagem Secagem Secagem de farinha de milho em secador descontínuo 00000 00005 00010 00015 00020 00025 00030 00 01 02 03 04 05 06 07 R gH2Omincm2 X gH2Ogss Taxa secagem Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Comportamento geral da secagem Secagem Secagem de ricota em secador descontínuo 00000 00003 00005 00008 00010 00013 00015 00018 00020 00023 00025 00028 00030 00033 00035 000 025 050 075 100 125 150 175 200 225 250 275 300 Taxa de secagem gH2Omin cm² Umidade em base seca gH2OgSS Secagem de ricota 60C v 10 ms Tela Bandeija Prof Jeferson Piccin jefersonpiccinupfbr Comportamento geral da secagem Secagem