OBS.: Os autores agradecem a citação deste documento nas referências bibliográficas.

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1 CONCEITOS DE PROCESSO E EQUIPAMENTOS DE SECAGEM KIL JIN PARK GRAZIELLA COLATO ANTONIO RAFAEL AUGUSTUS DE OLIVEIRA KIL JIN BRANDINI PARK Capinas, Março de 007. OBS.: Os autores agradece a citação deste docuento nas referências bibliográficas.

2 SUMÁRIO NOMENCLATURA...i I. INTRODUÇÃO... II. MATÉRIA PRIMA COMPORTAMENTO BIOLÓGICO Respiração Aeróbica Respiração anaeróbica Fatores que afeta a intensidade da respiração Uidade Teperatura Uidade versus Teperatura Microorganisos Outros Fatores Conseqüências do processo Respiratório Uidificação e Aqueciento Quebra Técnica...7. COMPOSIÇÃO QUÍMICA DOS ALIMENTOS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Peso Hectolitro Ângulo de Repouso Porosidade Condutividade Térica Higroscopicidade....4 LIMPEZA DETERMINAÇÃO DE UMIDADE MÉTODOS PARA A DETERMINAÇÃO DE UMIDADE Métodos Diretos Método da estufa Métodos Indiretos CONTEÚDO DE UMIDADE... 5 III. TRATAMENTOS DO AR PSICROMETRIA Introdução Propriedades do Ar - Vapor de água Teperatura de Bulbo Seco Uidade Absoluta Uidade Relativa Grau de Saturação Teperatura de Orvalho ou Ponto de Orvalho Entalpia Teperatura de Saturação Adiabática Teperatura de Bulbo Úido Volue Específico Construção da Carta Psicroétrica... 3

3 3..4 Utilização da Carta Psicroétrica Identificação Processos do ar Cobinação dos Processos...34 IV. RELAÇÃO ENTRE UMIDADE E SÓLIDO EQUAÇÕES DE ISOTERMAS Modelo de Languir Modelo de BET (Brunauer, Eet e Teller) Modelo de BET linearizado Modelo de GAB (Gugghenhei, Anderson e de Boer) Modelo de Chen Modelo de Chen Clayton Modelo de Chung Pfost (967) Modelo de Halsey Modelo de Osin Modelo de Henderson Modelo de Aguerre Modelo de Peleg V. TEORIA DE SECAGEM PRINCÍPIOS DE SECAGEM MECANISMOS DE MIGRAÇÃO DE UMIDADE EFEITOS COLATERAIS DURANTE A SECAGEM CURVAS TÍPICAS DE SECAGEM CÁLCULO DE CINÉTICA DE SECAGEM Período de Taxa Constante Período de Taxa Decrescente Teoria Difusional Teoria Capilar DADOS EXPERIMENTAIS Medida do Coeficiente de Difusão da água Método estacionário Método não-estacionário Método por identificação Experiento e Trataento dos Resultados Curva Característica de Secage VI. PRÁTICA DE SECAGEM DE ALIMENTOS CURVA DE SECAGEM Uidade do aterial TAXA DE SECAGEM Regressão não Linear DIMENSIONAMENTO DO SECADOR Tepo de secage Período de Taxa Constante Período de Taxa Decrescente DIMENSÕES DO SECADOR... 73

4 6.5 CONSUMO ENERGÉTICO DO PROCESSO Ventiladores Aqueciento do ar Custo de processo VII. MÉTODOS DE SECAGEM SECAGEM POR CONVECÇÃO SECAGEM POR CONDUÇÃO SECAGEM POR RADIAÇÃO SECAGEM DIELÉTRICA SECAGEM POR LIOFILIZAÇÃO SECAGEM POR VAPOR SUPER AQUECIDO SECAGEM EM LEITO FLUIDIZADOS ATIVOS VIII. TIPOS DE SECADORES CRITÉRIOS PARA CLASSIFICAÇÃO SECADORES COM REGIME HIDRODINÂMICO NÃO ATIVO Secadores co leito estacionário, Secadores co leito óvel Secadores co leito de queda livre SECADORES COM REGIME HIDRODINÂMICO ATIVO Secadores co leito fluidizado Secadores co leito agitado Secadores co leito escoante TIPOS DE SECADORES DE GRÃOS Secadores de caada estática (leito fixo) Secadores contínuos SISTEMAS DE SECAGEM PARA GRÃOS Silos secadores Secador óvel co sistea de carga contínuo Secador de torre Seca-aeração PROJETO DE SECADORES... 6 BIBLIOGRAFIA... 8

5 NOMENCLATURA α Constante de fora (equação expandida de Fick) - A Constantes das isoteras - a, b, c Constantes da equação de Nusselt - As Área superficial [ ] a Atividade de água - β coeficiente convectivo de transferência de assa [kg /Pa. s] B Constantes das isoteras - C Constantes das isoteras - C pa Calor específico de ar seco [kcal/kg a ºC] C pv Calor específico de vapor de água [kcal/kg v ºC] dif Difusividade de transferência de assa [ /s] D Constantes das isoteras - Def Difusividade efetiva [ /s] G Coeficiente do odelo de PAGE - h Entalpia por assa unitária [J/kg] H Entalpia [J] h a Entalpia do ar seco [kcal/kg a ] h o Coeficiente convectivo de transferência de calor [W/.o C] h v Entalpia de vapor de água [kcal/kg a ] Hv Entalpia de vaporização [W/kg.o C] i Núero de teros da equação expandida de Fick - K Constantes das isoteras - k e k Constantes das isoteras - k Constante da equação expandida de Fick [/s] L Calor latente de vaporização [kcal/kg v ] l Diensão característica (equação expandida de Fick) [] Vazão ássica [kg a /h] Expoente do odelo de PAGE - M Massa [kg] n Núero de oles = M/pM [kg/ol] N Fluxo de assa [kg /. s] n Núero de caadas (equação de BET) - n e n Constantes das isoteras - Nu Núero de Nusselt - P Pressão [Pa] PM a Peso olecular de ar seco [8, 966 kg/kg ol] PM v Peso olecular de vapor de água [8 kg/kg ol] q Calor transferido por tepo [kcal/h] Q Fluxo de calor por área [W/ ] R Constante universal de gases [834 J/kg ol K ] t Tepo de secage [s] T Teperatura [K ou ºC] T Teperatura do ar de secage [ o C] i

6 UR Uidade relativa [%] ν Volue específico [ 3 /kg a ] v Velocidade [/s] V Volue [ 3 ] W Uidade Absoluta [kg v / kg a ] X Conteúdo de uidade [kg /kg sc ] Y Adiensional de uidade - z Direção de difusão [] Ψ Grau de saturação - SUBSCRITOS 0 inicial a ar seco b baroétrica bs base seca bu base úida cr crítico eq equilíbrio onocaada or orvalho s superfície sat saturação sc seco t total v vapor de água água ii

7 I. INTRODUÇÃO O objetivo áxio de qualquer processaento é a anutenção das qualidades do produto. Portanto, para o diensionaento e controle ótios de processos e equipaentos de processaento é necessário quantificar a deterioração de qualidade do aterial que está sendo anuseado. A qualidade de u produto depende no uso final do produto que, por sua vez, dirá qual a característica necessária da qualidade que deverá ser conservada. Assi, é o critério de conservação de qualidade que dita o nosso processo de secage. A secage de sólidos é ua das ais antigas e usuais operações unitárias encontradas nos ais diversos processos usados e indústrias agrícolas, cerâicas, quíicas, alientícias, faracêuticas, de papel e celulose, ineral e de políeros. É tabé ua das operações ais coplexas e enos entendida, devido à dificuldade e deficiência da descrição ateática dos fenôenos envolvidos de transferência siultânea de calor, assa e quantidade de oviento no sólido. Assi a secage é u conjunto de ciência, tecnologia e arte, ou seja, u kno-ho baseado e extensiva observação experiental e experiência operacional (MENON MUJUMDAR, 987). As razões para a secage são tantas quantos são os ateriais que pode ser secos. KEEY (978) descreve que u produto te que estar capacitado para u processo subseqüente ou para ser vendido. Assi, existe ateriais que necessita de ua deterinada uidade para podere ser prensados, oídos ou peletizados. Pós necessita ser secos a baixos conteúdos de uidade, peritindo u arazenaento satisfatório. Custos de transportes tabé são reduzidos pela reoção de grande parte de água contida no produto. Vegetais desidratados possue u sabor enriquecido e são tabé utilizados e pratos rápidos (fast food) e caros (PAN et al., 997). Segundo KEEY (97), a secage durante uitos séculos foi realizada co étodos totalente se técnica. Durante a Revolução Industrial na França foi descrita ua das prieiras técnicas de secage de papel e folhas e ua sala co circulação de ar. U século depois, outra técnica foi descrita e Londres na Grande Exibição, tabé para a secage de papel e cilindros aquecidos. Leite e vegetais tabé era secos através de u pequeno aqueciento. Fornos siples era usados para a secage de aido e porções de sal. A partir daí ua série de novos étodos de secage fora surgindo, devido à crescente necessidade de étodos ais eficientes e rápidos. Apesar desta evolução na arte da secage, étodos coplexo de secage coeçara a ser propostos só no fi do século 9, coo por exeplo patentes de secador a radiação térica e secador à vácuo. Estas inovações fora gradualente sendo proliferadas e incorporadas pela indústria. A secage é a reoção de ua substância volátil (couente, as não exclusivaente, água) de u produto sólido. E a quantidade de água presente no sólido é chaada de uidade. Esta definição de secage exclui a concentração de ua solução e a reoção ecânica de água por filtrage ou centrifugação. Exclui tabé étodos téricos relatados à destilação. Durante a secage é necessário u forneciento de calor para evaporar a uidade do aterial e tabé deve haver u sorvedor de uidade para reover o vapor água, forado a partir da superfície do aterial a ser seco (Figura ).

8 Fonte de Calor Transferência de Calor Sorvedor de Uidade Transferência de Massa Material a ser seco Figura : Diagraa do processo de secage Fonte: ALONSO (998) É este processo, de forneciento de calor da fonte quente para o aterial úido que prooverá a evaporação da água do aterial e e seguida a transferência de assa arrastará o vapor forado. Do ponto de vista de forneciento de calor, os ecanisos básicos de transferência de calor epregados indica os possíveis equipaentos necessários. A retirada do vapor de água forado na superfície do aterial é analisada do ponto de vista de oviento do fluido, indicando tabé os possíveis equipaentos para esta finalidade. Assi, observa-se que dois fenôenos ocorre siultaneaente quando u sólido úido é subetido à secage: Transferência de energia (calor) do abiente para evaporar a uidade superficial. Esta transferência depende de condições externas de teperatura, uidade do ar, fluxo e direção de ar, área de exposição do sólido (fora física) e pressão. Transferência de assa (uidade), do interior para a superfície do aterial e sua subseqüente evaporação devido ao prieiro processo. O oviento interno da uidade no aterial sólido é função da natureza física do sólido, sua teperatura e conteúdo de uidade.

9 II. MATÉRIA PRIMA. COMPORTAMENTO BIOLÓGICO Os produtos agrícolas são classificados e grandes grupos do ponto de vista de perdas após a sua colheita. Os grãos são classificados coo deterioráveis, pois se enquadra nos produtos que deteriora lentaente. E, portanto, não necessita de sisteas sofisticados para a sua conservação. Os produtos que deteriora rapidaente são classificados coo produtos perecíveis. Estes produtos exige baixas teperaturas para a sua conservação, isto é, +5 a +5ºC para produtos pouco perecíveis; +5 a 5ºC para produtos edianaente perecíveis; e abaixo de 0ºC para produtos altaente perecíveis. Os produtos agrícolas que fornece alientos necessários à vida. E são classificados de acordo co a função no organiso huano: Plásticos ou construtores - responsáveis pelo cresciento e renovação das células (proteínas); Energéticos - fornece energia necessária para a existência e anutenção da vida (carboidratos); Reguladores - regula o funcionaento dos diversos órgãos (vitainas, sais inerais, enzias e horônios). Após a colheita, a atéria pria continua sofrendo transforações que altera a qualidade original. Para os organisos vivos, a respiração é necessária para que as células se antenha vivas. Assi teos dois iportantes tipos:.. RESPIRAÇÃO AERÓBICA A respiração aeróbica é aquela que, ocorrendo na presença de oxigênio do ar atosférico, oxida os carboidratos e gorduras, produzindo gás carbônico, água e libera energia na fora de calor. O processo forulado por eio de GLICOSE, coo produto que é desdobrado por ua copleta cobustão, é apresentado pela seguinte equação: C 6 H O O 6 CO + 6 H O + calor 80 g + 34,4 l 34,4 l + 08 g + 677, cal g + 0,747 l 0,747 l + 0,6 g + 3,76 cal 3

10 Pela equação acia, para cada volue de oxigênio absorvido há u volue desprendido de dióxido de carbono. A razão destes dois volues é denoinada de quociente respiratório. No presente caso da glicose teos o quociente respiratório igual a. Para os valores édios de quociente para os substratos ais couns teos: 0,7 a 0,8 para lipídios; 0,8 a 0,9 para protídios e,3 a,5 para ácidos orgânicos. Por exeplo, apresentando a oxidação de u lipídeo teos: (C 5 H 3 COO) 3 C 3 H 5 + 7,5 O 5 CO + 49 H O + 667, cal Portanto, o quociente respiratório é (5/7,5) = 0,7.. RESPIRAÇÃO ANAERÓBICA A respiração anaeróbica é aquela que ocorre na ausência de oxigênio, efetuada por icroorganisos. Os processos de respiração anaeróbica são denoinados de ferentações. Os produtos finais desta respiração são gás carbônico e copostos orgânicos siples. Utilizando novaente a GLICOSE para apresentar alguas reações, teos: C 6 H O 6 C H 5 OH + CO + cal C 6 H O 6 3CH 3 COOH + 5 cal C 6 H O 6 CH 3 CHOHCOOH +,5 cal (álcool etílico) (ácido acético) (ácido lático) Observe que na respiração anaeróbica, a quantidade de calor liberado por unidade de substrato consuido é consideravelente enor que nos processos aeróbios (5 a,5 calorias coparadas co 677 calorias)...3 FATORES QUE AFETAM A INTENSIDADE DA RESPIRAÇÃO Os principais fatores que afeta a intensidade de respiração, alé do substrato que é consuido, são uidade e teperatura. horas. A velocidade respiratória é avaliada pela quantidade de gás carbônico eliinada a cada 4 4

11 ..3. Uidade O conteúdo de uidade do produto deterina o tepo de conservação de acordo co o abiente e que está arazenado. Grãos arazenados secos co % de uidade respira pouco. Se tivere co ais de 3%, a respiração é acelerada consideravelente. A respiração auenta exponencialente, co o acréscio da uidade. E este processo causará deterioração do grão e e caso de seentes, co alto conteúdo de uidade perde o poder gerinativo e vigor. Coo exeplo, Tabela, teos a variação da velocidade respiratória (g CO/00g 4h) de grão de trigo co vários teores de uidade. Tabela : Intensidade do processo respiratório e colônias de fungos a diferentes níveis de uidade do trigo. Uidade do grão g CO / 4h Colônias de fungos,3 0,07 0,5 3,6 0, 0, 3,8 0,3 0, 4,5 0,57 0,4 5,4,53 4,8 6,3 3,35 09,0 6,8 3,35 396,0 8,5,00.75,0 0,8 604,90.300,0 5,.8, ,0 30,5.74, ,0 Para frutas e hortaliças, a conservação está associada ainda co o tipo de respiração: aquelas e que o aadureciento e envelheciento ocorre co grande deanda de energia, responsável pela alta taxa de respiração (cliatéricos) ou aqueles que necessita u longo período de aadureciento (não-cliatéricos). Os produtos perecíveis, por conter altos valores de conteúdo de uidade, necessita de processaentos que diinua esta quantidade de água para peritir ua conservação por aior tepo se a necessidade de conservação a frio ou de atosfera odificada...3. Teperatura A respiração auenta rapidaente para o auento da teperatura, e decresce nas teperaturas altas. Este decréscio é explicado pela inativação das enzias a altas teperaturas. No entanto, altas teperaturas causa injúrias na atéria pria. 5

12 A influência da teperatura sobre a respiração da soja co alto teor de uidade (8,5%) e sob condições de aeração é ostrada na Tabela. Tabela : Respiração de soja co 8,5% de uidade Teperatura ( o C) Respiração (g CO /00g MS. 4h) 5 33, ,7 35 7, ,7 45 3, Verificaos que a respiração auentou rapidaente para o auento da teperatura de 30 para 40 o C, e decresceu violentaente na teperatura de 45 o C. Este decréscio é explicado pela inativação das enzias a altas teperaturas Uidade versus Teperatura Apesar do teor de uidade ser o fator que governa a conservação, a conjugação do auento da teperatura co alto teor de uidade pode acelerar a respiração. O processo respiratório nos produtos arazenados é acelerado pela própria reação, a qual auenta o teor de uidade (transpiração) do produto e teperatura (reação). O auento da teperatura pela liberação de calor faz co que o ar no espaço interparticular tenha ais condições de reter a uidade pela água liberada durante a respiração. Portanto, os produtos secos e frios antê elhor a qualidade original do produto Microorganisos A possibilidade de deterioração icrobiana cessa para abientes de uidades relativas enores que 60%. As bactérias são usualente ais exigentes quanto à disponibilidade de água livre e relação a bolores e leveduras Outros Fatores Os grãos oleaginosos (linho) respira co aior intensidade que os grãos ailáceos. Grãos ais ricos e albuina respira co ais intensidade que os carentes (OBS: as proteínas são encontradas arazenadas e todas as seentes; a proporção e seentes de leguinosas é uito aior do que nas graíneas). 6

13 A coposição do ar abiente de arazenaento (taxa de oxigênio e gás carbônico) afeta o processo respiratório de ua assa de grão, assi coo os produtos quíicos, tais coo etileno, acelera a respiração e aadureciento dos produtos de respiração cliatérica. Os danos causados na colheita tabé acelera a deterioração da qualidade...4 CONSEQÜÊNCIAS DO PROCESSO RESPIRATÓRIO..4. Uidificação e Aqueciento Coo já vios, quanto ais elevado o teor de uidade ou teperatura, ais intenso é o processo respiratório, o qual provoca o consuo de substâncias orgânicas; ais rápida será a deterioração do produto e, conseqüenteente, verifica-se a perda de peso da atéria seca. Respiração e aqueciento de ua assa são considerados e conjunto, porque são partes de u eso processo biológico que produz uedeciento e auenta rapidaente a teperatura, podendo até ocorrer cobustão após u tepo deorado...4. Quebra Técnica O consuo de ateriais orgânicos do grão (substrato) durante o processo respiratório reduz o peso do grão. Esta quebra de peso é denoinado de quebra técnica. Devido aos inúeros fatores que afeta a respiração, é uito difícil edir co exatidão a quebra técnica. Para quantificá-la na prática, unidades arazenadoras usa dados de observações epíricas. A perda de atéria seca dos grãos arazenados está ilustrada na Tabela 3 e refere-se a grãos e condições aericanas. Tabela 3: Perda de atéria seca por dia e grãos arazenados. Teperatura oc % de perda por dia 5% uidade 0% uidade 5% uidade 30% uidade 4,5 0,0003 0,0033 0,0098 0,073 5,5 0,000 0,006 0,03 0,0553 6,5 0,0034 0,0338 0,0994 0,766 38,0 0,00 0,074 0,365 0,56 Grãos oleaginosos não segue esta tabela. Havendo até 0% de grãos co injúrias ecânicas, ultiplicar a porcentage de perda por,3. Entre 0 e 0% de danificados, ultiplicar por,67. Entre 0 e 30%, ultiplicar por,7. Para frutas e vegetais, esta conseqüência é notada pela perda de vigor. 7

14 . COMPOSIÇÃO QUÍMICA DOS ALIMENTOS Os alientos fornece energia ao organiso para o etaboliso de descanso, síntese de tecidos (cresciento, anutenção, gravidez, lactação), atividades físicas, processo de excreção e anutenção do balanço térico. Quiicaente os alientos são constituídos principalente de carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. Os coponentes dos alientos que possue valor nutritivo são: proteínas, carboidratos, gorduras, vitainas, sais inerais e água. Os valores de referência para cada produto são dados iportantes quando se trata da produção e conservação de produtos agrícolas. A Tabela 4., ostra a coposição édia de alguns grãos cultivados. Tabela 4: Valor nutritivo de alguns grãos e 00g de atéria seca Grãos Caloria Proteína (g) Gordura (g) Carboidrato (g) Cálcio (g) Ferro (g) Milho 363 0,0 4,5 7,5 (inteiro) Arroz benf. 35 7,0 0,5 80 5,0 Sorgo 355 0,4 3, ,5 (inteiro) Trigo 344,5, ,5 (inteiro) Feijão 36 0,0, ,0 Aendoi 579 7,0 45,0 7 50,5 Soja ,0 8, ,5 As principais reservas arazenadas pelos grãos são carboidratos, gorduras e proteínas, que se localiza e grande parte do endospera, u pouco no ebrião e raraente no teguento. De acordo co o tipo de substâncias de reservas acuuladas no endospera ou no ebrião, os grãos pode ser classificados e: AMILÁCEOS ALEURO-AMILÁCEOS OLEAGINOSOS -quando as substâncias arazenadas copõe-se principalente de carboidratos (exeplo: arroz, ilho, sorgo). -quando as substâncias arazenadas copõe-se principalente de carboidratos e proteínas (exeplo: ervilha, feijão). -quando as substâncias arazenadas copõe-se principalente de óleos (exeplo: aona). ALEURO-OLEAGINOSOS -quando as substâncias arazenadas copõe-se principalente de óleos e proteínas (exeplo: aendoi). 8

15 CÍRNEAS PROTÉICAS -quando as substâncias arazenadas copõe-se principalente de celulose (exeplo: café). -quando as substâncias arazenadas copõe-se principalente de proteínas (exeplo: soja). A Tabela 5 ostra valores referentes à coposição quíica de alguns alientos. Tabela 5: Coposição quíica de alguns alientos (g/00g). Aliento Carboidratos Proteína Gordura Cinzas Água Arroz 79,0 6,7 0,7 0,6 3,0 Batata 8,9,0 0,,0 78 Banana 4,0,3 0,4 0,8 73,5 Laranja,3 0,9 0, 0,5 87,0 Maçã 5,0 0,3 0,4 0,3 84,0 Melão 6,0 0,6 0, 0,4 9,8 Para se conhecer os valores referentes à coposição quíica de u produto são feitas deterinações analíticas (análises). A AOAC (Association of Official Analytical Cheists) é ua associação de cientistas e organizações dos setores público e privado, que proove a validação de étodos e edidas de qualidade nas ciências analíticas. Essa associação publica ua coletânea de étodos de análise e procedientos obtidos por estudos sisteáticos interlaboratoriais de vários países. São étodos oficiais válidos e todo o undo. Os étodos estão descritos e dois volues, nos quais estão descritos, para cada tipo de produto, os procedientos recoendados para o preparo e as deterinações analíticas subseqüentes. Essas publicações são constanteente atualizadas..3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS.3. PESO HECTOLITRO Medida de capacidade, e assa, equivalente e 00 litros. O peso hectolitro pode ser correlacionado co o peso específico, que é a assa de 000 litros, isto é, dez vezes o peso hectolitro é igual ao peso específico. O peso hectolitro de ua assa de grão será enor quanto aior for o conteúdo de uidade do eso. Na Tabela 6, apresentaos alguns valores dos pesos específicos de grãos, a 3% de uidade. 9

16 Tabela 6: Valores de peso específico a 3% de uidade Grãos Peso específico (kg/ 3 ) Arroz co casca 580 a 60 arroz descascado 750 a 80 aendoi descascado 340 a 40 aveia 4 café beneficiado 600 a 680 café e coco 340 a 40 centeio 78 cevada 65 feijão 750 a 800 girassol 4 ilho debulhado 750 soja 750 a 840 sorgo 64 trigo 750 a 840 juta 760 alva 630 a 660 O peso hectolitro te várias aplicações práticas, entre eles a ais conhecida é a fixação do preço ínio de trigo feito para u peso hectolitro de 78 co 3% de uidade..3. ÂNGULO DE REPOUSO É o ângulo áxio, forado entre o talude do aterial aontoado e o plano horizontal. Este ângulo existe devido ao coeficiente de fricção, entre as partículas do aterial granular. Existe os ângulos de repouso estático e dinâico. O estático é o ângulo de fricção de aterial granular sólido quando desliza sobre si próprio. O dinâico é aquele que aparece quando de u lote de aterial granular está e oviento, coo a descarga de silos ou oegas. A variação do ângulo de repouso ocorre da seguinte aneira: - quanto ais esférico for o grão, enor o ângulo. - quanto aior o grão, enor o ângulo. - quanto enor a superfície lisa do grão (aior rugosidade, pêlo, etc.), aior o ângulo. - aior teor de uidade, aior o ângulo (este auento é acentuado acia de 0% de uidade na base seca). - ipurezas geralente auenta o ângulo. A Tabela 7. ostra alguns valores de ângulo de repouso. Tabela 7: Ângulo de repouso 0

17 Material Ângulo [grau] arroz co casca 3-36 arroz se casca 4-3 aveia 6-3 café beneficiado 7-30 centeio 6-37 cevada 6-6 ervilha 4-6 farinha de ilho fubá 38 farinha de ilho flocos 35 farinha de andioca torrada 34 feijão 7-3 alho e grão 6-9 soja 9 sorgo 33 trigo 5-8 pelets 45 O ângulo de repouso deterina o volue do cone na parte superior do silo, inclinação do fundo do silo para a descarga natural, inclinação de dutos de transporte por gravidade e capacidade de transporte nas correias transportadoras..3.3 POROSIDADE É o espaço vazio ocupado pelo ar existente dentro de ua assa de grãos. A porosidade influi na facilidade de escoaento do ar, alé de influenciar na capacidade do silo. A porosidade de ua assa de grãos varia de 30 a 50%, confore tipo, teor de uidade e quantidade de grãos quebrados. A Tabela 8 ostra alguns valores de porosidade. Tabela 8: Porosidade de alguns grãos Grão % uidade b.s. % porosidade arroz 4, 46,5 aveia 0,9 47,6 centeio 0,8 4, ilho 9,9 40,0 sorgo 0,5 37,0 soja 7,4 36, trigo 0,9 40, A porosidade é enor e grãos aiores, poré as diensões dos poros são aiores, e coo conseqüência é ais fácil escoar o ar.

18 Grãos quebrados auenta a porosidade, as diinue as diensões dos poros dificultando o escoaento do ar. As ipurezas finas preenche os espaços vazios, diinuindo a porosidade. Grãos úidos possue aior volue, portanto apresenta enor porosidade co aior diensão dos poros e relação aos grãos secos..3.4 CONDUTIVIDADE TÉRMICA A condutividade térica é ua propriedade tero-física do aterial, que descreve a taxa na qual o fluxo de calor passa através do eso sob a influência de ua diferença de teperatura. O calor é transitido no corpo sólido pela transferência física de elétrons livres e pela vibração de átoos e oléculas e cessa quando a teperatura e todos os pontos do corpo for igual à teperatura do eio e que se encontra, isto é, atinge-se o equilíbrio térico. No caso dos grãos, devido à baixa condutividade térica dos esos, teos u bo isolaento térico. Ua caada de c de espessura de trigo te ua capacidade equivalente a 9 c de concreto. E grandes silos, de diâetro ou altura acia de 5, variações de 0oC de teperatura abiental causa oc a cada 0 c de profundidade. Devido a este isolaento térico, qualquer foco de aqueciento que ocorre no interior do silo pode não ser detectado e tepo hábil para a sua correção. A condutividade térica dos grãos auenta co o auento de conteúdo de uidade. Coo u exeplo, apresentando ua equação epírica para a predição de condutividade térica para o sorgo, SHARMA e THOMPSON (973), teos: k = 0, ,000858M sendo que k é obtida na unidade de (Btu/h pé o F) e M variou de,0 a,5% de uidade na base úida..3.5 HIGROSCOPICIDADE Ua substância é denoinada higroscópica, se a esa pode conter a uidade ligada. A uidade ligada nu sólido é o líquido cuja pressão de vapor é enor que a do líquido puro na esa teperatura. O líquido pode estar ligado por retenção e pequenos poros capilares, por soluções e paredes de células ou de fibras, por soluções hoogêneas no sólido, ou por adsorsão física ou quíica nas superfícies sólidas. Portanto, os ateriais biológicos são ateriais higroscópios.

19 Os grãos expostos e u abiente absorve ou perde água, até entrar e equilíbrio co o abiente. Este equilíbrio depende da teperatura e da uidade relativa do ar, assi coo do tipo de grão. Os grãos ricos e óleos possue enor teor de uidade de equilíbrio e relação aos grãos ailáceos nas esas condições de teperatura e de uidade relativa do ar. Vereos co ais detalhe no tópico de ATIVIDADES DE ÁGUA/ SECAGEM..4 LIMPEZA Lipeza é a operação que visa eliinar os fragentos do próprio produto, detritos vegetais, torrões da terra, etc., existentes na assa de grãos. A lipeza da assa de grãos é ua operação fundaental. A deterioração de ua assa de grãos, depositada na célula de u silo freqüenteente te seu início nas regiões de acúulo de ipurezas. As ipurezas e ua assa de grãos dificulta as operações de secage, aeração e expurgo. Confore visto na seção sobre porosidade, eso as ipurezas que auenta a porosidade dificulta o escoaento do ar pela diinuição das diensões dos poros. A assa de grãos contendo ipurezas é portadora de grande quantidade de icroorganisos, portanto proporciona condições que acelera a deterioração do produto. As ipurezas sepre apresenta atividade de água aior que a do produto, assi oferece condições favoráveis para o desenvolviento de icroorganisos. Não se pode desprezar a desvalorização coercial causada pelas ipurezas..5 DETERMINAÇÃO DE UMIDADE A preservação de u aliento entre outros fatores, depende da quantidade da água presente no eso. Existe uitos étodos para deterinar a uidade e alientos. A escolha do étodo vai depender da fora a qual a água está presente na aostra, a natureza da aostra, da quantidade relativa de água, rapidez desejada na deterinação e equipaento disponível. A água pode estar presente na aostra sob duas foras: Água livre: é a água que está siplesente adsorvida no aterial, e a ais abundante. É perdida facilente às teperaturas e torno da ebulição. Água ligada: É a água da constituição, que faz parte da estrutura do aterial, ligada a proteínas, açúcares e adsorvida na superfície de partículas coloidais, e necessita de níveis elevados de teperatura para sua reoção. Dependendo da natureza da aostra, requer teperaturas diferentes para a sua reoção, que freqüenteente não é total e e alguns casos não é eliinada ne a teperaturas que carboniza parcialente a aostra. 3

20 O aqueciento da aostra pode causar a caraelização ou decoposição dos açúcares, perda de voláteis ou ainda a oxidação dos lipídeos. Portanto, é iportante ua avaliação criteriosa e cuidadosa para a escolha do étodo ais adequado e conveniente à aostra e disponibilidade do laboratório. Na deterinação de uidade e atérias-prias deve ser considerado e relação à natureza da aostra:- Produto perecível ou - Produto deteriorável Observação: os étodos noralente utilizados ensura apenas a água livre pela faixa de teperatura prevista nos esos..6 MÉTODOS PARA A DETERMINAÇÃO DE UMIDADE Os étodos de deterinação de uidade pode ser classificados e diretos e indiretos (WEBER, 995). Nos étodos diretos, a uidade de ua aostra é reovida e a deterinação é feita pela pesage. Nos étodos indiretos, as deterinações são feitas ensurando características físicas do aterial relacionadas ao teor de uidade. Por exeplo, edidores de uidade que ede a resistência elétrica do produto e a relaciona co o teor de uidade do produto. Os étodos indiretos deve ser calibrados por u étodo direto oficial..6. MÉTODOS DIRETOS Nos étodos diretos a água é retirada do produto, geralente por processo de aqueciento, e o teor de uidade é calculado pela diferença de peso das aostras no início e no final do processo. Devido a sua aior confiabilidade, os étodos diretos são epregados coo padrão para a aferição de outros procedientos. Por exigir u tepo relativaente longo para sua execução, às vezes representa ua desvantage do étodo, por exeplo quando se necessita de resposta iediata no controle de ua deterinada operação. Coo étodos diretos te-se: Estufa, Destilação e Infraverelho..6.. Método da estufa Neste étodo, a uidade corresponde à perda de peso sofrida pelo produto quando aquecido e condições nas quais a água é reovida. O aqueciento direto da aostra a 05ºC é o processo ais usual. No caso de aostra de aliento que se decopõe, ou sofre transforações a esta teperatura, deve ser aquecidas e estufas a vácuo, onde se reduz a pressão atosférica e se anté a teperatura de 70ºC. 4

21 .6. MÉTODOS INDIRETOS Nestes étodos o teor de uidade é estiado e função das propriedades elétricas do produto e ua deterinada condição. Os dois princípios epregados são o da resistência elétrica e o da edida da constante dielétrica (capacitância)..7 CONTEÚDO DE UMIDADE O conteúdo de uidade de u produto é a proporção direta entre a assa de água presente no aterial e a assa de atéria seca. O conteúdo de uidade é a quantidade de água, que pode ser reovida do aterial se alteração da estrutura olecular do sólido, e pode ser expressa de duas aneiras: Base Seca (X bs) E relação à assa seca do produto. M W X bs = ( ) M MS Base Úida (X bu ) - E relação à assa total do produto. M Xbu (%) = 00 ( ) M t A deterinação da uidade dos grãos (deterioráveis) pelo étodo de estufa é baseado na secage de ua assa conhecida de grãos, calculando-se o teor de uidade ensurando a assa de água perdida no processo. (ASAE, 99 a) Para frutas e hortaliças (perecíveis) utiliza-se estufas a vácuo. A alta teperatura acelera ua série de reações quíicas nas frutas e hortaliças que pode alterar a assa seca do produto, ou, que pode reter a uidade no produto, ascarando o conteúdo de uidade no produto. (AOAC, 990) Exeplo: E u arazé te-se.000 ton de ilho, co 0% de uidade, e deseja-se arazená-lo co % de uidade. Qual a quantidade de água a ser retirada na secage? Xbu M t =.000 ton {( 00 ton => M ) e (800 ton => M sc - cte)} = M 00 M + M M = 00 sc M M = 09 ton Portanto : retirar na secage: = 9 ton água Utilizações couns: X bu : designações coerciais, arazenaento, etc. X bs : e trabalhos de pesquisa, equações de secage. 5

22 MUDANÇA DE BASE a) Passar de BU para BS Xbu (%) Xbs (%) = 00 ( 3 ) 00 Xbu (%) Ex.: X bu = 3% 3% X bs (%) = 00 = 4,9% 00 3% b) Passar de BS para BU Xbs (%) Xbu (%) = 00 ( 4 ) 00 + Xbs (%) Ex.: X bs = 3% 3% X bs (%) = 00 =,5% 00 3% 6

23 III. TRATAMENTOS DO AR 3. PSICROMETRIA 3.. INTRODUÇÃO O estudo das isturas de gás e vapor de u líquido denoina-se psicroetria. A istura gasosa de aior iportância na indústria alientícia é o ar, sendo que sua utilização pode ser facilente visualizada nas operações industriais que exige o seu trataento, tais coo: secage, arazenaento, condicionaento de ar e geral, etc. Ao olharos a coposição do ar seco (Tabela 9), verificaos que as aiores frações são dos gases de oxigênio e nitrogênio sendo o seu peso olecular de aproxiadaente 9. Tabela 9: Coposição do ar seco. Coponente Peso Molecular (PM) Fração Molar PM Parcial Oxigênio (O ) ,095 6,704 Nitrogênio (N ) 8,06 0,7809,878 Argônio (A) 39,944 0,0093 0,37 Dióxido de Carbono (CO ) 44,00 0,0003 0,03 TOTAL,0000 8,966 Coo a psicroetria de nosso interesse é a istura ar - vapor de água (peso olecular de água = 8) definireos alguas propriedades desta istura. 3.. PROPRIEDADES DO AR - VAPOR DE ÁGUA 3... Teperatura de Bulbo Seco É a teperatura indicada pelo terôetro cou Uidade Absoluta É a relação entre a assa de vapor de água e a assa de ar seco nu eso volue de istura. Alguns autores refere-se a esta uidade absoluta coo sendo a razão de uidade ou uidade específica. E condições de pressão atosférica, a istura de ar seco e vapor de água pode ser considerada ideal, portanto, podeos aplicar a lei para gases ideais. 7

24 P + ( 5 ) b = P a Pv PV = nrt ( 6 ) V Ma Pa = RT ou Pa = RT ( 7 ) Ma PMa V PMa V Ma Pv = RT ou Pv = RT ( 8 ) M v PM v V PM v Dividindo os teros u pelo outro, teos: P v M v PM = a Pa Ma PM v P P v a E por definição: M v /M a = W, portanto: = W PM v Pa W = PMa Pv PM PM a v Da equação: P b = P a + P v P a = P b - P v, Substituindo te-se: PM v P W = v ( 9 ) PM a Pb Pv Pv W = 0.6 ( 0 ) Pb Pv Quando a pressão parcial de vapor de água nua dada teperatura, for igual a pressão de vapor de equilíbrio (P sat ), o ar está saturado e a uidade nestas condições denoina-se de uidade de saturação (W sat ) Uidade Relativa Define-se coo sendo a relação entre a fração olar do vapor de água na istura e a fração de vapor de água nua istura saturada à esa pressão e teperatura. Coo sabeos que a istura ar-vapor de água à pressão atosférica (considerada de baixa pressão) pode ser considerada u gás perfeito, definios a uidade relativa coo sendo a razão entre a pressão parcial do vapor na istura (P v ) e a pressão do vapor saturado (P sat ) à esa teperatura. 8

25 P UR(%) = v 00 ( ) Ps A uidade relativa ostra a capacidade que o ar possui de absorver a uidade. Isto é, quanto enor a uidade relativa, aior a capacidade do ar e absorver a uidade. O ar está saturado quando sua uidade relativa é de (ou 00%). A uidade relativa é u dos parâetros que influe no conforto das pessoas e alé disso é u parâetro iportante no ar de secage Grau de Saturação É a relação entre a uidade absoluta real do ar e a uidade absoluta do ar saturado à esa teperatura. Isto é: Grau de saturação: X 0.6 Ψ = real = b v = v b s = UR b s sat P ( ) X s Ps Pb Pv Pb Pv 0.6 P P b P v P P s P P P P P Teperatura de Orvalho ou Ponto de Orvalho É a teperatura na qual ua dada istura de ar-vapor de água é saturada, isto é, a teperatura na qual a pressão parcial real do vapor de água corresponde ao valor de pressão de saturação. Coo é a teperatura na qual ocorre condensação do vapor de água existente no ar, ela representa a teperatura ínia que a istura pode sofrer de resfriaento se haver a precipitação (condensação) de uidade Entalpia É a quantidade de energia relativa contida na istura a ua teperatura assuida coo referencial. Por conveniência expressaos as entalpias por assa unitária, isto é: H = H a = H v ( 3 ) H a ha + v h v = ( 4 ) H v = h = h a + h v ( 5 ) a a 9

26 Toando a teperatura referencial coo sendo 0ºC podeos expressar: ha ( T 0) = 0,4 T = Cpa T = Cpa ( 6 ) h v = L(0º C) + Cpv T = ,45 T ( 7 ) Substituindo na equação da entalpia, teos: ( ,45 T) W h = 0,4 T + ( 8 ) Denoinaos de calor específico do ar úido, a relação: Cp ar úido = 0,4 + 0,45 W ( 9 ) Resultando e: h = Cpar úido T W ( 0 ) Teperatura de Saturação Adiabática Ar úido T, W e P b Água a T Ar Saturado T, W e P b Considere u duto suficienteente longo que recebe o ar úido não saturado a pressão Pb, a teperatura T e a uidade absoluta W, sendo o duto suficienteente longo, de fora a conseguir o equilíbrio terodinâico no processo; o ar na saída estará saturado a teperatura T co a uidade absoluta W. Isolando-se tericaente o duto, a teperatura da saída (T ) denoina-se teperatura de saturação adiabática (T sat ). Fisicaente, tudo se passa coo se o ar se resfriasse fornecendo o calor para a água que se evapora saturando o ar. Para que esta situação ocorra, a teperatura da água deve estar perto de T s, as pode-se supor que e equilíbrio a teperatura da água tenha atingido a teperatura liite de T. Efetuando o balanço teos: (Entalpia da entrada do ar) + (Entalpia de H0) = (Entalpia de saída ar) (ha + Whv) + (hl(w - X)) = ha + Whv) Wh - WhL = (ha - ha) + Whv - WhL 0

27 W (hv - hl) = (ha - ha) + W (hv - hl) Coo o ar sai saturado, teos: W (h v - h Ls ) = (h a - h a ) + W sat (Ls) ( Ts T) Cpa + Wsat (Ls) W = ( ) h v h LS No processo de saturação adiabática, o tero de variação da entalpia devido a água (h L (W - W)) é desprezível, portanto, o balanço entálpico fica sendo: ha + W h v = ha + W h v ( ) Teperatura de Bulbo Úido É a teperatura indicada por u terôetro cujo bulbo está coberto por ua echa de pano ebebido e água. Deve-se fazer passar sobre o bulbo úido u fluxo de ar co a velocidade ao redor de 4,5 /s. Quando o ar úido não saturado escoa através da echa de pano ebebido e água, esta se evapora. E para que ocorra esta evaporação, há a necessidade de calor latente da vaporização de água. Esta necessidade de calor é fornecida pelo ar insaturado na fora de calor sensível, que por sua vez faz co que a teperatura indicada pelo terôetro do bulbo úido seja inferior à teperatura do bulbo seco. A diferença entre a teperatura de bulbo seco e a teperatura de bulbo úido denoina-se depressão de bulbo úido. Coo esta depressão é de calor sensível, a transferência de calor por ecaniso de radiação deve ser desprezível. Quanto enor a uidade relativa do ar, aior será a depressão do bulbo úido. Considerando o ar saturado, a depressão do bulbo úido é nula. Para a istura do ar-vapor de água subetida á pressão próxia da atosférica e à teperatura inferior a 00ºC (caso geral), as teperaturas de saturação adiabática e de bulbo úido são coincidentes. Noralente nos referios à teperatura de saturação adiabática coo sendo a teperatura do bulbo úido terodinâico e, teperatura do bulbo úido coo sendo a teperatura de bulbo úido psicroétrico Volue Específico Define-se coo sendo o volue ocupado pela istura por unidade de assa de ar seco. A densidade específica é igual ao inverso do volue específico.

28 Da Equação 7 teos: M a V P a RT = V PM a M a RT PM a Pa = ( 3 ) Substituindo a Equação 5 na equação 3 teos: V RT ν = ( 4 ) M a PM a ( Pb Pv ) Ou, da Equação 8: M v V RT P v = RT Pv = ( 5 ) V PM v M v PM v Sabeos que: V M v W = V M a V M v = V M a W Substituindo na Equação 5 teos: V Ma V P v = M a W V RT P a = Ma PMa ( P + P ) v a RT PM RT RT = W + PM v PMa a ou seja: ν RT RT W + PM v PM = a ( 6 ) Pb

29 3..3 CONSTRUÇÃO DA CARTA PSICROMÉTRICA Apresentaos a seguir os passos para a construção da carta psicroétrica: a) Definir dois eixos de teperatura e uidade absoluta nas faixas que necessitaos e estabelecer a escala nas coordenadas correspondentes; W (kg /kg a ) T (ºC) b) Utilizando a tabela de vapor de água saturada, podeos encontrar as pressões de vapor de água para as teperaturas que quereos. Estas pressões, são pressões e equilíbrio, denoinadas pressões de saturação (P sat ). c) Utilizando a equação 0 calcular as uidades absolutas (W) obtendo os pontos no gráfico (T; W) d) Unindo os pontos obtidos no procediento anterior obteos ua curva que representa a uidade relativa igual a (00%). e) Utilizando a definição da uidade relativa (equação, podeos ultiplicar as pressões da tabela (procediento (b) por 0,9; 0,8; 0,7; e assi por diante obtendo P v para 0 = 0,9; 0 = 0,8; 0 = 0,7; etc.; utilizando os procedientos (c) e (d) conseguindo, assi todas as curvas de uidade relativa. f) Utilizando a equação 8, calcula-se a entalpia (h ) para u ponto aleatoriaente escolhido. De posse desta entalpia (h ), escolhe outra teperatura e calculo o valor de W para localizar outro ponto co o eso valor de (h ). Unindo estes dois pontos obteos ua reta de entalpia constante co o valor nuérico de (h ). g) Repetindo esta operação para outro valor nuérico de entalpia (h ) acabaos obtendo a reta correspondente a (h ). h) As retas correspondentes aos valores de (h ) e (h ) são paralelas. O intervalo destas retas corresponde a diferença de entalpia dadas pelas retas (h ) e (h ). i) Podeos traçar retas paralelas, quantas fore necessárias, atribuindo os valores pela aplicação de soa ou diferença, confore a direção da escala no gráfico, obtendo assi as retas isoentálpicas. j) Utilizando a equação 6 obtereos as retas para o volue específico UTILIZAÇÃO DA CARTA PSICROMÉTRICA Pela construção da carta, podeos notar que necessitaos de duas propriedades quaisquer do ar para deterinar o estado da istura ar-vapor de água, e ua certa pressão. Quaisquer das duas propriedades são suficientes. A partir destas duas propriedades todas as deais pode ser encontradas na carta (Figura ). 3

30 Ua vez localizado (identificado) o estado inicial do ar prosseguios, verificando a alteração que o eso sofre pela sua utilização nas operações industriais ou pelo trataento que quereos dar para utilizá-lo. Próxio passo: entender a identificação do ar, assi coo os processos que o eso sofre, utilizando exeplos. Figura : Diagraa psicroétrico Identificação a) A teperatura do bulbo seco do ar úido é de 6ºC. Levando-se e conta que a pressão é a pressão atosférica e que a teperatura do orvalho é de 6ºC, calcule: ) A pressão parcial do vapor de água ) A pressão parcial do ar seco 3) A uidade relativa 4) A uidade absoluta Solução: ) T bs = 6ºC W = 0,04 kg /kg a. 4

31 W = 0,6 P v Pb P v = 0,6 P v 760 P v W 0,04 (760 - Pv) = 0,6 Pv (0,04) (760) = (0,6 + 0,04) Pv Pv = 3,7 ( Hg) Da tabela de vapor saturado P sat a 6ºC = 3,6 Hg ) P a = P b - P v = 760-3,7 = 746,3 (Hg) 3) Pv UR = no presente caso P v = P sat a 6ºC Psat P sat = P sat a 6ºC ou encontraos P sat a 6ºC na tabela de vapor, ou calculaos analogaente a (), e teos P sat = 5, (Hg) 5

32 Pv 3,6 UR = = = 0,54 (confere co a carta) Psat 5, 4) pela carta W = 0,4 kg /kg a Pv W = 0,6 utilizando Pv = P S a 6 o C Pb Pv 3,6 W = 0,6 = 0,04 (kg /kg a ) 760 3,6 b) Para ua certa quantidade de ar úido, teos a teperatura de bulbo seco de 30ºC e a teperatura de bulbo úido de 0ºC. Se a pressão baroétrica é de at, deterine a teperatura de orvalho, a uidade absoluta e a uidade relativa. Solução: W UR = 40% T or = 4,8ºC W = 0,005 kg /kg a 6

33 c) Encontre as propriedades da istura do ar - vapor de água a teperatura de bulbo seco de 0ºC e UR = 60%. Calcule a entalpia e copare co o valor do gráfico. h cal = 0,4 T + (0,45T + 597) W h = 0,4 (0) + [(0,45) (0) + 597] (0,0087) h = 4,8 + ( ) (0,0087) = 0, (kcal/kg a ) h gráfico = 4,5 h calculado = 0, h gráfico - h calculado = 4,4 Deveos lebrar que a entalpia é u valor relativo ao referencial. A equação utilizada para calcular h assue o valor de h = 0 para t = 0 e W = 0. Olhando a carta, para t = 0 e W = 0 teos h = 4,4 kcal/kg a. Portanto o h calculado deve sofrer a adição de 4,4 para poder ser coparado aos valores referenciais colocados nos esos. 7

34 3..4. Processos do ar Nas operações industriais noralente analisaos ua situação sob os seguintes aspectos: o que teos e o que quereos para daí verificar o elhor cainho para atingir as etas. E teros da utilização do ar, noralente o que teos é a condição inicial do ar e o que quereos é a condição de ar tratado (condição interediária ou final do ar). O ar tratado entra no processo industrial e sofre as odificações, portanto, dependendo do nosso interesse, a condição final poderá ser o ar de saída do processo industrial. As odificações que o ar inicial sofre até as condições do ar final (ou interediária) são chaadas de processo de ar. Seguindo abordareos alguas foras de alterar o estado do ar. a) Aqueciento O aqueciento do ar é indicado para aqueles trataentos que auenta a teperatura do ar úido se alterar o conteúdo de uidade absoluta. Este aqueciento é feito através de trocadores de calor indireto. Ua certa quantidade do ar necessária para o processo é chaada de vazão ássica ou fluxo de ar. Este fluxo é expresso e teros de quantidade de ar seco por tepo (kg ar seco/h). A quantidade de calor transferido ao ar no aqueciento (udança do ar do estado para ) pode ser calculada co a seguinte fórula: ( h h ) = Cp ( T ) q = T ( 7 ) b) Resfriaento É o trataento inverso do anterior, isto é, e vez de aquecer o ar, o trocador resfria o ar se alterar o conteúdo de uidade absoluto do eso. 8

35 Para que esta situação ocorra, deveos ter cuidado co a teperatura da superfície do trocador, que deve ser aior que a teperatura do orvalho (é evidente que a teperatura da superfície do trocador deve ser enor que a teperatura do bulbo seco do ar) para que não haja condensação da água na superfície do eso. A quantidade de calor retirado do ar será: ( h h ) = Cp ( T ) q = T ( 8 ) Baseado no eso esquea utilizado no ite anterior, no presente caso o ar passará do estado para o estado. c) Resfriaento co Desuidificação Neste processo, o ar inicialente no estado diinuirá sua teperatura e sua uidade absoluta para chegar ao estado. W W W3 U exeplo típico seria o do ar condicionado, que resfria o ar abiente alé de desuidificá-lo. Devido a este otivo, nossa pele resseca quando peraneceos por uito tepo nu abiente co o ar condicionado ligado. A teperatura de superfície do trocador é uito enor do que a teperatura de orvalho do ar. A prieira pergunta seria: por que o ar não resfria co a uidade absoluta constante (isto é, idêntico ao ite anterior) para depois resfriar ais até condensar a água (linha de uidade relativa igual a ) atingindo T sat (ou T perto de T sat )? O otivo pelo qual não ocorre esta situação, é que a vazão do ar é uito grande, não peritindo que todo o ar entre e contato direto co a superfície do trocador. E outras palavras, a quantidade de ar que entra e contato co a superfície do trocador sai co T sat e sofre ua istura co a quantidade de ar que não entra e contato co a superfície do trocador, resultando no estado. Coo vereos ais adiante a istura de dois ares situa-se no eio da reta que une os estados dos referidos ares. 9

36 A razão da assa de ar que não entra e contato e relação à assa total do ar define o nosso estado (FBP = o fator de "by pass" do trocador), isto é: FBP W X = nãocontato = s = s ( 9 ) total W X s h h s h h Percebeos facilente que quanto enor o FBP, ais próxio o estado estará do estado (s). O calor retido neste processo será: q = (h - h ) A água que condensa, ou a água retirada do ar, será: ( W W ) água = ( 30 ) É iportante perceber que apesar do auento da uidade relativa do ar, neste processo, ele sofreu desuidificação (W < W ). Se a teperatura da superfície for aior que 0ºC, a superfície do trocador estará coberta co água (ex: ar condicionado). Se a teperatura da superfície for enor que 0ºC, a superfície do trocador estará coberta co gelo (ex: geladeira). d) Resfriaento Evaporativo Este processo é conhecido tabé coo sendo o processo de uidificação adiabática ou uidificação do bulbo úido. Quando fazeos co que o ar entre e contato co a água através de pulverização da esa, a uidade relativa e a uidade absoluta do ar auenta; ao passo que a sua teperatura diinui. Coo neste processo ocorre entalpia constante, a teperatura de água tenderá à teperatura do bulbo úido. O ar dificilente atinge 00% de uidade relativa e virtude de não conseguiros u contato ideal de ar-água na prática. O fluxo de água evaporada, ou seja, a quantidade de água a ser fornecida ao ar, será representado por: ( W W ) água = ( 3 ) Esta esa situação pode ser vista e secage de ateriais considerados uito úidos. O ar que entra e contato co o aterial uito úido sofrerá processo descrito acia (ex: secage de roupa). A secage de ateriais de baixa uidade será enfocada e aulas sobre o referido tópico. 30

37 3 e) Mistura de Duas Correntes de Ar A corrente do (ar ) ( ) istura-se co a corrente do (ar ) ( ). Coo esta istura é considerada ua ocorrência adiabática, referio-nos a este processo coo sendo a istura adiabática de dois ares. ) A assa total do ar (3) será: 3 + = ( 3 ) ) A quantidade de água do ar (3) será: = ( 33 ) 3) A entalpia do ar 3 será: 3 3 h h h + = ( 34 ) Co as equações 3, 33 e 34 podeos deduzir as relações necessárias neste processo. ) Na equação 33, substituindo 3 da equação 3 teos: ( ) 3 + = = + ( ) ( ) 3 3 =