SECAGEM Profa. Kelly Tafari Catelam Operações Unitárias Tecnologia em Biocombustíveis IFSP Matão

Mecanismo de Secagem

Secagem A secagem tem a finalidade de eliminar um líquido volátil contido num corpo não volátil, através de evaporação. Portanto, a secagem de nosso interesse é caracterizada pela evaporação da ÁGUA do material biológico. Durante a secagem é necessário um fornecimento de calor para evaporar a umidade do material Este processo, de fornecimento de calor da fonte quente para o material úmido que promoverá a evaporação da água do material e em seguida a transferência de massa arrastará o vapor formado.

Ar de Secagem Paralelo ao leito de secagem Perpendicular ao leito de secagem

Como consequências... Conservação do produto através da eliminação de água Redução das taxas das reações químicas e microbiológicas Redução custo de embalagem e transporte Longos períodos de estocagem Diferentes métodos Características finais dos produtos como sorção de água, porosidade e cor dependem do método de secagem utilizado.

Bagaço de cana  caldeira Secagem de biomassa (cavacos de madeiras, resíduos florestais, turfa, etc)  secador de discos Secagem de óleos  para produção de biocombustíveis Secagem de sementes de mamona Obtenção de biomassa de microalgas Conservação Ruptura celular das microalgas para liberação de metabólitos de interesse. Spray dryer (muito caro) Secador de tambor Liofilização (escala laboratorial – testes) Secagem ao sol (mais comum) etc.

Mecanismo de Secagem Transferência de massa do PRODUTO para o AR Transferência de calor do meio circundante para o PRODUTO

TIPOS DE SECADORES

A técnica mais conveniente de secagem deve ser escolhida em função das: características físicas, químicas e biológicas do produto e da matéria prima, econômicas, volume de produção, tipo de pós-processamento, etc.

Secadores Spray dryer Secador de bandejas Secador fluidizado Liofilizador etc

Critérios para classificação de um secador

Métodos de transporte na secagem

Classificação dos secadores baseada no método de operação

1. Pastas, pré-moldados, dura, granulares, fibrosos e folhas; 2. Líquidos, lama, pastas e granulares; 3. Pastas, pré-moldado, dura, granulares, fibrosos e folhas; 4. Pré-moldado, granulares e fibrosos; 5. Pré-moldado, granulares e fibrosos; 6. Lama e pastas; 7. Líquidos, lama, pastas e folhas; 8. Dura, granulares e fibrosos; 9. Líquidos, lama e pastas; 10. Pastas, pré-moldado, dura, granulares e fibrosos; 11. Pastas, pré-moldado, dura, granulares e 12. Granulares e fibrosos; 13. Pastas, pré-moldado, dura e folhas; 14. Pastas, pré-moldado, dura, granulares, fibrosos e folhas; 15. Pré-moldado, granulares e fibrosos.

Classificação dos secadores baseada na forma física da alimentação

Classificação dos secadores baseada na escala de produção.

Secador por Atomização (“Spray Dryer”) equipamento mais importante para a secagem de produtos líquidos ou pastosos altos custos de operação e grande consumo de energia

Secador Fluidizado Figura 2: Secador pulso-fluidizado

Liofilizador Liofilização: processo de separação por sublimação água ou substância aquosa passa da fase sólida direto para fase vapor preserva a qualidade do produto minimiza reações de degradação que ocorrem durante a secagem

Liofilizador produto seco, com estrutura porosa e com pequeno ou nenhum encolhimento reidratado rapidamente antes de usado pode ser armazenado e transportado à temperatura ambiente alto custo  compensado pela não necessidade de manuseio e estocagem do produto em local refrigerado e quando o produto tem um alto valor agregado

Figura 3: Liofilizador

Secador de discos

U(bs) > U(bu) Definições Umidade em base úmida: U (bu) Utilizada na avaliação da umidade de um produto Umidade em base seca: U (bs) Utilizada em processos como secagem, absorção de água, etc. % 𝑈 𝑏𝑢 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 á𝑔𝑢𝑎 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑡𝑜 ∗100= 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 á𝑔𝑢𝑎 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 á𝑔𝑢𝑎 + 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑠𝑒𝑐𝑜𝑠 ∗100 U(bs) > U(bu) % 𝑈 𝑏𝑠 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 á𝑔𝑢𝑎 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑠𝑒𝑐𝑜𝑠 ∗100

Mudança de Base % 𝑈 𝑏𝑢 = 𝑈 (𝑏𝑠) 100+𝑈 (𝑏𝑠) ∗100 % 𝑈 𝑏𝑢 = 𝑈 (𝑏𝑠) 100+𝑈 (𝑏𝑠) ∗100 % 𝑈 𝑏𝑠 = 𝑈 (𝑏𝑢) 100−𝑈 (𝑏𝑢) ∗100

Exercício Uma massa de soja foi pesada em um béquer de vidro. Calcule a umidade em base seca e base úmida a partir dos dados da Tabela. Massa béquer Massa béquer + amostra Massa béquer + amostra seca 274,22 g 374,33 360,84 g

Atividade de água (aw) 𝑎 𝑤 = 𝑃 𝑃 𝑜 = 𝑈𝑅𝐸 100 P = pressão de vapor da água em equilíbrio sobre o alimento Po = pressão de vapor da água pura URE = umidade relativa de equilíbrio 𝑎 𝑤 = 𝑃 𝑃 𝑜 = 𝑈𝑅𝐸 100 à mesma Temperatura

Exemplo: 1 m3 de ar pode conter 17 g de água a 20°C Umidade Relativa (UR) Em determinada T, o ar só pode conter uma certa quantidade de água  atingido este valor, tem-se ar saturado (100% UR) Exemplo: 1 m3 de ar pode conter 17 g de água a 20°C Se ele contiver 8,5 g, sua UR a 20°C será de 50% % 𝑈𝑅= 𝑞𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒_𝑑𝑒_𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟_𝑒𝑥𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑞𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒_𝑑𝑒_𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟_𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑠á𝑟𝑖𝑎_𝑝𝑎𝑟𝑎_𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑟 *100

UR varia muito durante o dia. Quanto > T  menor a UR Quanto > T  maior a quantidade de água necessária para saturar um volume de ar. UR varia muito durante o dia. Quanto > T  menor a UR Geralmente a UR do ar é > a noite que de manhã °C -10 5 10 12 15 20 40 100 G de vapor de água/m3 2,16 4,8 6,8 9,4 11 13 17 51 600

24 horas

T bulbo seco (T bs) > T bulbo úmido (T bu) Medição da UR Termohigrômetros  medem T e UR Psicrômetros ou higrômetros de evaporação Dois termômetros: Bulbo seco  termômetro comum Bulbo úmido  termômetro revestido com tecido saturado em água T bulbo seco (T bs) > T bulbo úmido (T bu) Quanto mais seco o ar, mais intensa a evaporação da água do termômetro de bulbo úmido  ocorre devido a retirada de calor do bulbo umedecido que deste modo, indicará uma T mais baixa. Ar saturado (100% UR)  T bu = T bs Quanto < UR, mais seco o ar  > diferença entre T bu e T bs  diferença psicrométrica (diferença entre T bs e T bu)

Diagrama Psicrométrico

Quantidade de água (massa) por massa de ar. Umidade Absoluta Quantidade de água (massa) por massa de ar. Também chamado razão da mistura ou, 𝐻= 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑟 𝑠𝑒𝑐𝑜 𝐻= 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎 𝑚 3 𝑑𝑒 𝑎𝑟 𝑠𝑒𝑐𝑜

Dessorção  perda de água Adsorção  ganho de água Umidade de Equilíbrio Teor de umidade que o produto atinge após deixado por tempo suficientemente longo em condições constantes de T e UR do ar. Dessorção  perda de água Adsorção  ganho de água Equilíbrio  produto não troca mais umidade com o ambiente SORÇÃO de água

Umidade de equilíbrio Importância: Secagem Armazenamento (grãos) Manuseio Operações unitárias

Condensação e Armazenamento de Grãos Condensação  ocorre quando ar quente entra em contato com uma superfície fria, a uma T abaixo do seu ponto de orvalho. Proliferação de mo’s. Ocorre mais em silos metálicos que nos de concreto

Determinação de Umidade Métodos diretos Estufa com circulação de ar Destilação em tolueno da amostra triturada até retirada total da água Fontes de erro destes métodos: secagem incompleta, oxidação do material, erros de amostragem, erros de pesagem, erros do observador. Métodos indiretos Resistência elétrica Método dielétrico Fontes de erro destes métodos: aparelho descalibrado; pode considerar na análise susbtâncias com caracaterísticas semelhantes à da água.

Grãos Brasil  máximo 13% de umidade Umidade > 13%  desenvolvimento de fungos, contaminação, comercialização (comprador compra “água” ao invés de produto) Como conservar? Secagem Congelamento Aumento da [sólidos solúveis]

Gráfico de umidade (X) em bs versus tempo de secagem

Secagem sementes de mamona

Taxa de Secagem (R) R = massa de água evaporada por tempo e por área de secagem. Wsu = massa de sólidos secos X = umidade (bs) A = área de secagem t = tempo de secagem.

Taxa de secagem x Umidade Taxa de secagem x tempo Taxa de secagem x Umidade

Períodos de taxa constante e decrescente Taxa de secagem constante Taxa de secagem decrescente

C = ponto crítico (R deixa de ser constante) Xi = umidade inicial Xc = umidade crítica Xe = umidade de equilíbrio. C Xc Xe Xi

Exercício Um sólido deve ser seco por uma corrente de ar com umidade de 0,028 kg de água/kg ar seco, a 50°C e 3000 kg/h.m2. O ar escoa paralelamente ao sólido. Se o sólido estiver no início da secagem com umidade maior do que a umidade crítica, determinar: A velocidade de secagem no período de velocidade constante. Se apenas o fluxo de ar for alterado para 6000 kg/h.m2, qual a nova velocidade (taxa) de secagem constante? Em relação ao item a, se a umidade do ar fosse 0,02 kg de água/kg de ar seco, qual o valor da velocidade de secagem constante?

OBRIGADA!!!!!!!!!!!!