Definição de Secagem. Secagem e Armazenagem de Grãos e Sementes. Importância da Secagem. Aula 05

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1 Aula 05 Secagem e Armazenagem de Grãos e Sementes Importância e princípios pios da secagem de grãos e sementes: Definição ão; Importância; Princípios gerais ; Movimentação de água no grãos; Cinética ; Modelagem do processo. Definição de Secagem É definido como sendo o processo de transferência de calor e de massa entre o produto e o ar, tendo por finalidade reduzir o teor de umidade do produto a nível dequado a sua armazenagem por um período prolongado Importância da Secagem Permite antecipar a colheita; Permite a armazenagem por períodos mais longos, sem o perigo de deterioração do produto; O poder germinativo é mantido por longos períodos; Impede o desenvolvimento de microorganismos e insetos; Minimiza a perda do produto no campo. 1

2 Princípios Princípio: Durante a secagem, a retirada da umidade é obtida pela movimentação da água, decorrente de uma diferença a de pressão de vapor d água d entre a superfície do produto a ser secado e o ar que o envolve. Princípios de Secagem Condição para haver secagem: Pg > Par Princípios Condições: P vg A condição para que um produto seja submetido ao processo é que a pressão de vapor sobre a superfície do produto (P vg ) seja maior do que a pressão de vapor d água d no ar de secagem (P var ), ou seja: vg > P var P vg vg < P var P vg vg = P var var Ocorre a secagem do produto; var Ocorre o umedecimento do produto; var Ocorre o equilíbrio higroscópico. 2

3 Princípios Velocidade: A velocidade de um produto depende, além m do sistema, das caracte risticas risticas do grão individualmente. Para grãos pequenos, a velocidade de secagem é maior que para grãos de grandes dimensões. Esta característica se estende em função da sua cobertura protetora. Velocidade Histerese: 3

4 Estudo da cinética Conteúdo de umidade O conteúdo de umidade do produto em base seca (X), em relação à evolução do tempo (t), isto é,, a curva obtida pesando o produto durante a secagem numa determinada condição. Cinética Representa a velocidade (taxa) do produto, variação do conteúdo de umidade do produto por tempo, dx/dt dt em relação à evolução do tempo (t). 4

5 Temperatura do produto Variação da temperatura do produto (T) em relação à evolução do tempo t), isto é, é a curva obtida medindo a temperatura do produto durante a secagem. Períodos 1 Período Representa o início da secagem. Ocorre uma elevação gradual da temperatura do produto e da pressão de vapor de água. Essas elevações têm prosseguimento até o ponto em que a transferência de calor seja equivalente à transferência de massa (água).( 5

6 2 Período Caracteriza-se pela taxa constante. A água evaporada é a água livre. A transferência de massa e de calor é equivalente e a velocidade é constante. Enquanto houver quantidade de água na superfície do produto suficiente para acompanhar a evaporação, a taxa será constante. 3 Período A taxa é decrescente. A quantidade de água presente na superfície do produto é menor, reduzindo-se, a transferência de massa. A transferência de calor não é compensada pela transferência de massa; O fator limitante nessa fase é a redução da migração de umidade do interior para a superfície do produto. 3 Período A temperatura do produto aumenta, atingindo a temperatura do ar. Quando o produto atinge o ponto de umidade de equilíbrio em relação ao ar de secagem, o processo é encerrado. O terceiro período é quase sempre o único observado para a secagem de produtos agrícolas e alimentícios. 6

7 Estudo da secagem Pesquisadores prepuseram numerosas teorias e múltiplas m fórmulas f empíricas para predizer a taxa : Teoria capilar; Teoria difusional; Teoria de Luikov; Teoria de Philip & de Vries; Teoria de Krisher - Berger & Pei; Teoria da condensação - evaporação. Teoria capilar Existem várias v hipóteses para a movimentação de água durante a secagem, sendo a mais aceita a do movimento capilar (gargalo): Teoria capilar O processo que ocorre no interior do produto e pode ser dividido em dois períodos odos: Um denominado Período de razão constante ; Outro denominado Período de razão decrescente,, podendo ser caracterizado por mais períodos 7

8 Teoria capilar Processo Período de razão constante Primeiro, Segundo e Terceiro Períodos de razão decrescente. - Ocorre no início da secagem com o produto completamente úmido. - Água escoa na fase líquida l sob um gradiente hidráulico. - A temperatura do produto se iguala a temperatura de bulbo molhado. - Ocorre um decréscimo no volume do produto igual ao volume de água evaporada. - Quando a secagem passa pelo ponto de umidade crítica, o teor de umidade decresce e a água na fase líquida faz a ligação entre as partículas sólidas, formando pontes líquidas. -Apesar de poder ocorrer escoamento de água na fase de vapor, o escoamento é predominantemente capilar. -A temperatura do produto atinge valores superiores à temperatura de bulbo molhado. 8

9 - A água dos gargalos dos poros pode migrar ou evaporar e condensar. - A pressão parcial de vapor decresce. - Ocorre secagem no interior do produto. - O teor de umidade de equilíbrio é atingido. Teoria difusional Se apóia exclusivamente sobre a lei de Fick, que expressa que o fluxo de massa por unidade de área é proporcional ao gradiente de concentração de água. Utilizando a lei de Fick,, na equação de balanço o de massa de água no interior do produto, vem: 9

10 Teoria difusional Para o caso em sistemas de coordenadas cartesianas, com direção unidirecional em uma placa de espessura 2L: A equação com as seguintes condições inicial e de contorno: E aplicando: Teoria difusional Torna-se: Teoria difusional Onde: D ef = difusividade efetiva (m 2 /s); Y = conteúdo adimensional de umidade (adimensional.); = conteúdo médio de umidade (kg água / kg massa seca ); X eq = conteúdo de umidade de equilíbrio (kg água / kg massa seca ); X o = conteúdo de umidade no instante inicial (kg água / kg massa seca ); i = número de termos na série; t = tempo (s); L = comprimento característico, semi-espessura da amostra (m); z = direção da transferência (m). 10

11 Modelagem do processo de secagem Apesar de inúmeros esforços os no sentido de se obter um modelo teórico para o processo, os dados experimentais ainda têm um papel importante no estudo da secagem Expressando o conteúdo de umidade em termos de Razão de Umidade (RU): Modelagem do processo de secagem Para a representação das curvas de secagem, diversos modelos são propostos, e ajustados por regressão não linear mediante o programas computacionais Modelagem do processo de secagem Outros modelos: 11

12 Modelagem do processo de secagem Curvas obtidas: Modelagem do processo de secagem Curvas obtidas: Secagem e Armazenagem de Grãos e Sementes Aula 06 Sistemas de Secagem e secadores: Sistemas ; Operação e monitoramento da secagem; Classificação dos secadores; Análise do consumo energético tico. 12