SECAGEM E PSICROMETRIA OPERAÇÕES UNITÁRIAS 2. Profa. Roberta S. Leone

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1 SECAGEM E PSICROMETRIA OPERAÇÕES UNITÁRIAS 2 Profa. Roberta S. Leone

2 SECAGEM Definição: Secagem é a remoção de pequenas quantidades de líquido, geralmente água, de um sólido. O objetivo é reduzir o teor de umidade até certo valor aceitável, dependendo da aplicação do material. Secagem: pequenas quantidade de água. Para grandes quantidades se utiliza evaporação. Transferência de calor e massa simultâneos: transferência de massa (água do sólido para a fase vapor) e transferência de calor (do meio de aquecimento para o sólido). Sal: 05% umidade; caseína: 8% umidade. Variáveis que influenciam a secagem: - formato do material a ser seco (flocos, grãos, pós, folhas contínuas); - local onde a água se encontra (superfície ou no interior do sólido); - meio de secagem (velocidade do ar de secagem, temperatura, umidade inicial, sentido do fluxo).

3 CONSIDERAÇÕES INICIAIS Umidade de equilíbrio: Quando um material é exposto a uma corrente de ar numa dada temperatura e umidade, esse material vai perder ou ganhar umidade até que certo valor de umidade de equilíbrio seja atingido. Esse valor varia com o tipo de material, temperatura e umidade do ar. Umidade livre: é definida como o teor de umidade da amostra acima da umidade de equilíbrio.

4 CONSIDERAÇÕES INICIAIS Umidade ligada e umidade livre: Para a lã, se umidade relativa for 35%, a umidade de equilíbrio será 10%. Se o sólido contiver 30% umidade, 20% é considerada umidade livre.

5 DEFINIÇÕES DE UMIDADE Na secagem, a retirada da água do sólido é feita por ar quente ou outro gás. A habilidade de retirar água depende da umidade e temperatura desse gás. No sistema ar-água, as seguintes definições são importantes. Definições de umidade: Umidade; Umidade do ar saturado; Umidade percentual; Temperatura de ponto de orvalho; Temperatura de bulbo úmido;

6 DEFINIÇÕES DE UMIDADE Umidade (H): massa de água por unidade de massa de ar seco. Como: onde P w é a pressão parcial do vapor de água no ar e P é a pressão total do sistema.

7 DEFINIÇÕES DE UMIDADE Umidade do ar saturado (H 0 ): é a umidade do ar quando ele está saturado com vapor de água. O ar está então em equilíbrio com água numa dada temperatura e pressão. Umidade percentual (%): Temperatura do ponto de orvalho: é a temperatura em que inicia a condensação de água quando o ar é resfriado.

8 EXERCÍCIO Geankoplis O ar em uma sala está a 23,6 C (P ws =3,5 kpa), sob pressão de 101,325 kpa e contém vapor de água com pressão parcial P w =2,76 kpa. Calcule: a) Umidade H b) Umidade de saturação (H s ) e Porcentagem de umidade (H p ) c) Umidade relativa (UR) Profa. Roberta S. Leone

9 DEFINIÇÕES DE UMIDADE Temperatura de bulbo úmido (T w ): é a temperatura, no estado estacionário, em condições de não equilíbrio que uma pequena quantidade de água alcança quando está imersa numa corrente de ar em condições adiabáticas. Ela é determinada cobrindo-se o bulbo de um termômetro com um pano com água e passando uma corrente de ar nele.

10 DEFINIÇÕES DE UMIDADE Temperatura de bulbo úmido (T w ): Ar tem umidade e temperatura T; Como o ar não está saturado, parte da água evapora; O calor latente de evaporação é suprido pelo resfriamento da água; Na medida em que a temperatura da água se torna menor que a do gás, calor sensível é transferido do ar para o líquido; Estado estacionário: o calor latente necessário para a evaporação da água e o aquecimento desse vapor até a temperatura do ar é balanceado pelo calor sensível que flui do ar para a água; A temperatura atingida nesse estado estacionário é a temperatura de bulbo úmido.

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12 CARTA PSICROMÉTRICA Profa. Roberta S. Leone

13 EXERCÍCIO PSICROMETRIA Utilizando a carta psicrométrica, calcular os seguintes parâmetros: 1. A umidade absoluta do ar possuindo uma UR de 50% e uma temperatura de bulbo seco de 60 C 2. A temperatura de bulbo úmido nessas condições 3. A UR do ar com uma temperatura de bulbo úmido de 45 C e de bulbo seco de 75 C 4. O ponto de orvalho de ar resfriado adiabaticamente desde uma temperatura de bulbo seco de 55 C e UR de 30 C 5. A mudança na UR de ar com uma temperatura de bulbo úmido de 39 C, aquecido desde uma temperatura de bulbo seco de 50 C até uma temperatura de bulbo seco de 86 C 6. A mudança na UR de ar com uma temperatura de bulbo úmido de 35 C, resfriado adiabaticamente desde uma temperatura de bulbo seco de 70 a 40 C Profa. Roberta S. Leone

14 DEFINIÇÕES DE UMIDADE Temperaturas de saturação adiabática: Mistura ar-vapor de água em contato com gotas de água líquida; Processo adiabático; Ar sai com umidade e temperatura diferente da entrada; Água é recirculada (com pequena reposição);

15 DEFINIÇÕES DE UMIDADE Equacionando, temos: Essa equação é a linha de saturação adiabática e coincide para o vapor de água com a linha de bulbo úmido Onde: c s = calor úmido kj/kgk T= temperatura do ar T s = temperatura de saturação adiabática H= umidade do ar H s = umidade de saturação λ s = calor latente de vaporização

16 EXERCÍCIO Geankoplis O ar que entre em um secador tem a temperatura de 60 C (bulbo seco) e ponto de orvalho de 26,7 C. Usando a carta psicrométrica, determine a umidade (H), a porcentagem de umidade (H p ) e o calor úmido (c s ). Profa. Roberta S. Leone

17 EXERCÍCIO Geankoplis Uma corrente de ar a 87,8 C tem umidade de 0,030 kg H 2 O / kg de ar é resfriada em um saturador adiabático com água. O ar é resfriado e umidificado a 90 % de saturação: a) Quais são os valores finais de H e T? b) Para 100 % de saturação, quais deveriam ser os valores de H e T? Profa. Roberta S. Leone