SECAGEM 06/11/17 DEFINIÇÃO DE SECAGEM OBJETIVOS ASPECTOS PRÁTICOS FUNDAMENTOS DA DESIDRATAÇÃO. Armazenamento a temperatura ambiente

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1 DEFINIÇÃO DE SECAGEM Remoção de água de um material a forma de vapor de água SECAGEM para uma fase gasosa isaturada, por meio de um mecaismo de vaporização térmica FBT FÍSICA INDUSTRIAL 2016 OBJETIVOS ASPECTOS PRÁTICOS Coservação dos produtos Redução da atividade de água Dimiuição a velocidade de reações de deterioração Processos químicos de escurecimeto Oxidação Atividade ezimática Iibição do crescimeto de microrgaismos deteriorates Redução de peso e volume Coveiêcia e praticidade o mauseio Redução de custos de trasporte, embalagem e armazeameto Armazeameto a temperatura ambiete Após a reidratação, o produto recupera boa parte de suas características origiais. Praticidade e diversidade a oferta de produtos FUNDAMENTOS DA DESIDRATAÇÃO FENÔMENOS DE TRANSPORTE ENVOLVIDOS NOS PROCESSOS DE SECAGEM Diagrama de fases da água Poto crítico (374 C e 218 atm) Trasferêcia de calor Calor latete de vaporização ou sublimação (liofilização) da água Trasferêcia de massa Poto triplo Movimeto da água ou do vapor d água através do material Arraste do vapor d água do ambiete do material Gráfico sem escala 1

2 ATIVIDADE DE ÁGUA EXEMPLOS DE Aw Em relação à Umidade Relativa de Equilíbrio do produto (U RE ): U RE a w = 100 Uma vez alcaçado o equilíbrio A temperatura costate ISOTERMAS DE SORÇÃO ISOTERMAS DE SORÇÃO Zoa C: São gráficos que relacioam quatidade de água x a w Água meos ligada e mais móvel Dispoível para m.o. e reações químicas Poto de cogelameto um pouco reduzido Retida fisicamete em membraas, capilares Facilmete elimiada 0,8 < aw < 0,99 ISOTERMAS DE SORÇÃO ISOTERMAS DE SORÇÃO Zoa B: Camada de hidratação dos costituites solúveis Ligada por potes de H e iterações dipolo-dipolo Retida fisicamete em microcapilares Poto de cogelameto e capacidade solvete muito reduzidos 0,2 < a w < 0,8 Zoa A: Água mais fortemete ligada e meos móvel Camada moomolecular fixa aos grupos polares Muito difícil de extrair Não cogela Não atua como solvete ou meio reacioal aw < 0,3 2

3 HISTERESE TRANSFERÊNCIA DE MASSA NA SECAGEM Para uma mesma a w : U (adsorção) < U (dessorção) ou Para uma mesma U: a w (adsorção) > a w (dessorção) Por quê? 1. Itesidade da ligação da água Dessorção: perda de água ligada Adsorção: iterações dos costituites, água livre 2. Capilaridade Dessorção: obstrução ou dimiuição do diâmetro dos capilares Adsorção: dificuldade para etrar; mais água fora dos capilares que detro Movimeto da água o iterior do produto, até atigir a superfície Por forças capilares primeiro deslocameto da água livre Por difusão de líquidos difereças de cocetração desloca-se também água ligada Por difusão de gases alimeto praticamete desidratado águas ligada e livre evaporam sob a superfície vapor passa através dos poros formados Por retração do sólido cotração do produto (espoja) Fase A-B Coveções Correte de ar paralela à superfície T e U ar costates Período de estabilização ou adaptação Equilíbrio etre as codições da superfície do sólido com o ar de secagem Geralmete de proporção desprezível Três períodos Velocidade crescete Velocidade costate Velocidade decrescete Curva de velocidade de secagem, mostrado a velocidade de remocao de umidade em fucao do tempo (RAO, Curva de secagem, mostrado teor de umidade em fucao do tempo (RAO, Velocidade de secagem em fucao do teor de umidade (RAO, RIZVI & Fase B-C Período de velocidade costate Superfície do sólido saturada de água líquida Velocidade da água do iterior para a superfície = velocidade de evaporação a superfície Água que evapora: água livre reovada por movimeto capilar Vapor d água desde a superfície saturada de umidade camada limite de ar estático correte pricipal de ar de secagem A secagem ocorre a temperatura de bulbo úmido do ar Camada limite de ar: pricipal resistêcia à trasferêcia de vapor Poto de umidade crítica (C): teor de umidade do material quado termia a fase de velocidade costate Curva de secagem, mostrado teor de umidade em fucao do tempo (RAO, Velocidade de secagem em fucao do teor de umidade (RAO, RIZVI & Curva de secagem, mostrado teor de umidade em fucao do tempo (RAO, Velocidade de secagem em fucao do teor de umidade (RAO, RIZVI & 3

4 Fase C-D Fase D-E Primeiro período de velocidade decrescete Segudo período de velocidade decrescete A superfície começa a secar Parte da água é evaporada a superfície e parte é evaporada o iterior do material Vapor começa a se difudir pelo iterior do material até a superfície A elimiação de água ocorre só por difusão do vapor, desde o iterior do material até a superfície A superfície do material está seca Curva de secagem, mostrado teor de umidade em fucao do tempo (RAO, Velocidade de secagem em fucao do teor de umidade (RAO, RIZVI & Curva de secagem, mostrado teor de umidade em fucao do tempo (RAO, Velocidade de secagem em fucao do teor de umidade (RAO, RIZVI & VELOCIDADE DA SECAGEM MÉTODOS DE DESIDRATAÇÃO Parâmetros de processo que podem ser ajustados para alterar a velocidade da secagem Aumeto da superfície do material Aumeto da temperatura Velocidade do ar Umidade relativa do ar 1. AR QUENTE Túeis Sistemas de leito fluidizado Atomizadores 2. CONTATO COM SUPERFÍCIE QUENTE Tambores ou rolos 3. ENERGIA ELETROMAGNÉTICA Ifravermelho Microodas Aquecimeto dielétrico 4. EVAPORAÇÃO SÚBITA Correte de ar calor sesível e calor latete de vaporização covecção trasporte de vapor d água Velocidade de processo/características do produto movimeto relativo do ar e do produto Fluxo co-correte Fluxo cotra-correte Fluxo com evacuação cetrar de ar Fluxo trasversal Fluxo co-correte Produto e ar a mesma direção e o mesmo setido Desidratação iicial rápida Retração míima Baixa desidade do produto fial Desvatagem Dimiuição progressiva de desidratação Produtos fiais com altos coteúdos de umidade 4

5 06/11/17 Fluxo cotra-correte Produto e ar a mesma direção, mas em setidos opostos Desidratação iicial muito leta Retração acetuada Desidade fial mais elevada Maior risco de alteração do produto Produto fial Quatidade de água muito baixa Maior risco de superaquecimeto Fluxo trasversal Fluxo com evacuação cetral de ar Combiação dos dois sistemas ateriores Primeiro fluxo co-correte Segudo fluxo cotra-correte Vatages Ar mais quete e maior velocidade Ar mais frio e seco Melhor cotrole de codições de processo Meores tempos de secagem Maior capacidade produtiva Secadores de túel Equipameto de maior complexidade Movimeto do ar perpedicular ao do produto Custo mais alto Até 24 m de comprimeto, 2 x 2 m de largura Operação cotíua ou semi-cotíua Camadas uiformes de produto em badejas Badejas em vagoetes ou carros Vetiladores e aquecedores Fluxos de ar Melhor cotrole de processo Vários aquecedores as diversas zoas Movimeto do ar muda várias vezes de direção ao logo do equipameto Umidade mais homogêea o produto fial Meor tempo de secagem SECADOR DE TÚNEL Secador trasportador Esteiras rolates Carga e descarga automáticas Movimeto do ar geralmete trasversal Ascedete o iício Descedete o fial Secagem mais rápida Camadas de meor espessura Elevado cotato com o ar Combiação com outros métodos mais simples Produtos sólidos, como frutas e hortaliças picadas 5

6 06/11/17 SECADOR DE ESTEIRA Secadores de leito fluidizado Ar quete Meio de desidratação Trasporte através de uma placa perfurada Velocidade do ar: partículas em agitação cotíua Secadores de leito fluidizado Velocidade de secagem mais rápida Aplicável apeas a sólidos particulados suscetíveis à fluidização Produtos resistetes de tamaho pequeo e homogêeo Ervilhas Cereais Cubos de care Atomizador (spray dryer) SECADOR DE LEITO FLUIDIZADO Secagem de líquidos Aspersão de um líquido em uma correte de ar quete Velocidade de desidratação muito alta Baixo risco de superaquecimeto Três elemetos Atomizador Câmara de secagem Sistema para recolhimeto das partículas secas Diversas cofigurações de equipametos Bioprodutos sesíveis ao calor, líquidos ou pastosos Secagem de materiais termossesíveis Alteração do estado físico do material para icorporação em cápsulas ou comprimidos Microecapsulação de drogas Vatages Alta qualidade dos produtos Alta velocidade de secagem Alta produtividade (até 80 T/dia) Meor custo de mão-de-obra Simplicidade de operação e mauteção Desvatages Alto custo do equipameto Alto custo de operação Necessidade de alto teor de água iicial o produto 6

7 06/11/17 SPRAY DRYER SPRAY DRYER DESIDRATAÇÃO POR CONTATO COM SUPERFÍCIE QUENTE DESIDRATAÇÃO POR CONTATO COM SUPERFÍCIE QUENTE TC por codução Maior eficácia térmica Pressão atmosférica: T pode ser > 100 C Pressão reduzida para produtos termossesíveis Exclusão de oxigêio para produtos suscetíveis à oxidação Secadores de tambor ou rolos Cilidros metálicos ocos que giram Iterior: meio de aquecimeto T a superfície = C Produto forma uma fia película extera Produtos que suportam aquecimeto horizotalmete Camada de produto deve ser muito fia Farihas lácteas, leite, soro Corretes de ar para elimiar o vapor que se desprede do produto Flocos de batata, sopas, cereais SECADOR DE ROLOS Ecoomia e produtividade DESIDRATAÇÃO POR EVAPORAÇÃO SÚBITA Puff dryig Produtos parcialmete desidratados até 15 35% de umidade Câmara com P e T seguido de descompressão imediata Vatagem Redução do tempo de processameto Coservação de características origiais Produtos Cereais matiais Frutas e hortaliças Peças relativamete grades 7

8 Uma secagem bem feita resulta em... Produto de boa qualidade Míima degradação química e bioquímica Remoção seletiva de água, evitado perda de sais e substâcias voláteis Coservação da estrutura do produto Reidratação ou redispersão simples e rápidas Ecoomia de processo Perdas míimas de produto Alta velocidade de remoção de água juliaaract@usp.br Fote de eergia de custo reduzido 8