UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL REI

Laboratório de Engenharia de Bioprocessos II

Secagem por convecção natural

Camila BeniniFernanda LorenaGabriela Silveira

Mário Sérgio Lorenço

Ouro Branco,

24 de Março de 2015.

CAMILA BENINI, FERNANDA LORENA, GABRIELA SILVEIRA, MÁRIO

SÉRGIO LORENÇO

Secagem por convecção natural

Relatório apresentado ao curso de

Engenharia de Bioprocessos na disciplina

Laboratório de Engenharia de

Bioprocessos II sob responsabilidade do

professor Boutros Sarrouh.

Ouro Branco,

24 de Março de 2015

1 INTRODUÇÃO

O processo de secagem é uma das técnicas mais antigas documentadas na literatura

para reduzir a atividade de água do alimento e melhorar a sua estabilidade, além disso, é

responsável pela sua alta perecibilidade do mesmo. Também é aplicado em diversos

processos usados em indústrias agrícolas, cerâmicas, químicas, alimentícias,

farmacêuticas, de papel e celulose, mineral e de polímeros (KARATHANOS et al.

1999).

A secagem por convecção é considerada como um processo simultâneo de

transferência de calor e massa, em que a água é transferida por difusão do interior do

material para a interface ar-sólido, e da interface para a corrente de ar por convecção.

(ARRIECHE, 2003). Dentre os métodos de secagem existentes a secagem convectiva é

a mais utilizada. No entanto, este método tem um alto consumo de energia e longos

tempos de secagem por causa das baixas condutividades térmicas dos materiais durante

o período de taxa decrescente, que dificultam a transferência de calor. Outros métodos

de secagem foram desenvolvidos que podem ser usados em conjunto com a secagem

por convecção ou de forma independente (MOTEVALI et al. 2011).

Este processo envolve dois fenômenos fundamentais, que ocorrem simultaneamente.

A transferência de massa ocorre do interior para a superfície do material e subsequente

evaporação e a transferência de calor do ambiente que faz com que ocorra a evaporação

da umidade superficial. Esta ultima depende das condições externas de temperatura,

umidade do ar, fluxo e direção do ar, área e exposição do sólido e pressão. O calor é

transferido para o sólido, evaporando o líquido contido na superfície do material e a

massa é transferida em fase líquida ou vapor no interior do material, ocorrendo à

transferência do vapor da superfície para a vizinhança do sólido. (FOUST et al.1982).

A evolução das transferências simultâneas de calor e de massa no decorrer da

secagem é denominada como curva de evolução do teor de água do produto (X), curva

de sua temperatura (T) e curva da velocidade de secagem (dX/dt), também chamada de

taxa de secagem, ao longo do tempo, para um experimento utilizando ar de propriedades

constantes. A Figura 1 representa qualitativamente as três diferentes curvas, separadas

entre três zonas distintas. A curva (a) representa a diminuição do teor de água do

produto durante a secagem (conteúdo de umidade do produto, X = X BS, em relação à

evolução do tempo de secagem t); como mostrado também na figura 1.

Figura 1. Comportamento das curvas de secagem/tempo durante um experimento a

propriedades constantes.

A curva (b) representa a velocidade (taxa) de secagem do produto (variação do

conteúdo de umidade do produto por tempo, dX/dt em relação à evolução do tempo t);

Por último, a curva (c) representa a variação da temperatura do produto durante a

secagem (variação da temperatura do produto, T em relação à evolução do tempo t).

(FOUST et al.,1982). A região 1 corresponde ao regime transiente, em que o 4 sistema

inicia a operação até que ele chegue ao ponto de regime estacionário, situação

representada pela região 2, enquanto a última região. Por último, a zona 3 de regime

transiente, é a região em que a temperatura da superfície se eleva e a taxa de secagem

cai rapidamente.

2 OBJETIVOS

Avaliar a perda de água do algodão, medir a sua massa e partir dos dados obtidos,

construir gráfico da massa úmida em função do tempo e da taxa de secagem em função

da umidade.

3 METODOLOGIA

Utilizando uma balança analítica foram pesadas 5,00 g de algodão, que estavam

dispostas em uma bandeja de alumínio. O algodão foi colocado em uma estufa (Figura

2) a 80°C. E então pesagens foram feitas em tempos corridos até a estabilização da

massa seca.

Figura 2: Foto ilustrativa estufa.

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO

As bandejas de metal vazias foram pesadas antes do experimento e suas massas

foram de 396,32g - Grupo 1; 395,51g – Grupo 2; 394,64g – Grupo 3. As massas dos

pedaços de algodão secos pesadas foram de 5; 5; 5,03g respectivamente, As massas das

bandejas com o algodão úmido foram de 410,24; 410,48; 409,52 g. Realizando a

subtração desta massa com a massa das bandejas vazias obteve-se a massa referente ao

algodão úmido. Ao decorrer do experimento, a massa da bandeja vazia foi descontada a

fim de determinar a massa do algodão úmido. Os dados obtidos estão expostos na tabela

1.

Tabela 1. Cinética de Secagem.

Tempo (Minutos)

Massa de sólido úmido (g)

Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Média Erro

0 14,92 14,97 14,88 14,92 0,05

3 14,7 14,81 14,75 14,75 0,06

6 14,49 14,72 14,61 14,61 0,12

9 14,34 14,59 14,52 14,48 0,13

12 14,21 14,46 14,39 14,35 0,13

15 14,09 14,39 14,33 14,27 0,26

18 13,88 14,36 14,18 14,14 0,24

21 13,74 14,15 14,09 13,99 0,22

24 13,55 14,07 13,98 13,87 0,28

27 13,49 13,92 13,88 13,76 0,24

30 13,22 13,78 13,79 13,60 0,33

33 13,14 13,69 13,66 13,50 0,31

38 12,85 13,53 13,49 13,29 0,38

43 12,63 13,28 13,29 13,07 0,38

48 12,36 13,09 13,16 12,87 0,44

53 12,09 12,95 12,94 12,66 0,49

58 11,88 12,79 12,74 12,47 0,51

63 11,64 12,64 12,63 12,30 0,57

68 11,37 12,44 12,46 12,09 0,62

73 11,16 12,25 12,23 11,88 0,62

78 10,98 12,09 12,11 11,73 0,65

83 10,73 11,91 11,91 11,52 0,68

88 10,45 11,68 11,8 11,31 0,75

93 10,13 11,59 11,62 11,11 0,85

98 10,08 11,33 11,46 10,96 0,76

103 9,78 11,16 11,26 10,73 0,83

108 9,43 10,96 11,08 10,49 0,92

113 9,21 10,8 10,69 10,23 0,89

118 9,07 10,63 10,5 10,07 0,87

123 8,88 10,46 10,52 9,95 0,93

128 8,65 10,29 10,44 9,79 0,99

133 8,35 9,97 10,21 9,51 1,01

138 8,13 9,87 10,11 9,37 1,08

143 7,89 9,67 9,96 9,17 1,12

Com posse destes dados foi possível o calculo dos parâmetros fundamentais para

o estudo da secagem, como teor de umidade e taxa de secagem. As equações utilizadas

estão descritas abaixo:

Para o cálculo da taxa de secagem é necessário o conhecimento das áreas dos

algodões utilizados. As áreas foram 102,35 cm²; 90 cm²; 75 cm² respectivamente,

resultando em uma área média de 89,12 13,69 cm². Os valores dos parâmetros

obtidos podem ser lidos na tabela abaixo.

Tabela 2. Valores de massa evaporada, taxa de umidade e taxa de secagem em relação ao tempo.

Tempo (Minutos)

Massa evaporada (g)

Teor de umidade – X

(g)

Taxa de Secagem – R

(g/min.m2)

00,00 1,98 0,02 -

30,17 1,95 0,03 0,000635847

60,32 1,92 0,07 0,00059221

90,44 1,89 0,02 0,000548574

120,57 1,87 0,08 0,000532989

150,65 1,85 0,10 0,000488729

180,78 1,82 0,13 0,000488314

210,93 1,79 0,15 0,000496922

241,06 1,70 0,31 0,000494028

271,16 1,75 0,16 0,00048208

301,33 1,72 0,22 0,00049621

331,43 1,69 0,21 0,000485102

381,63 1,65 0,26 0,000482299

431,86 1,61 0,26 0,000484496

482,05 1,57 0,31 0,000480002

532,26 1,53 0,34 0,000479179

582,45 1,49 0,35 0,000474628

632,62 1,46 0,39 0,000466644

682,83 1,41 0,45 0,000467534

733,04 1,37 0,43 0,000467791

783,20 1,34 0,45 0,000459862

833,41 1,30 0,47 0,00046055

883,61 1,26 0,52 0,000460734

933,81 1,22 0,59 0,000459692

983,97 1,19 0,53 0,000454176

1034,19 1,14 0,57 0,000456459

1084,43 1,09 0,65 0,000460608

1134,69 1,04 0,62 0,000465714

1184,86 1,01 0,60 0,000461829

1234,97 0,99 0,65 0,000453394

1285,13 0,96 0,69 0,00044971

1335,41 0,89 0,69 0,000456707

1385,55 0,87 0,75 0,000451543

1435,75 0,83 0,78 0,000451187

Com posse destes dados, foi possível a construção dos seguintes gráficos:

5 CONCLUSÃO

O processo de secagem em estufas é considerado um método simples e barato, no

entanto é um método relativamente lento. Devido à simplicidade deste método não

foram encontradas muitas dificuldades durante a realização deste experimento. O único

ponto crítico desta prática se dava no momento das pesagens das amostras que requeria

certa agilidade e precisão, uma vez que pesagens demoradas levariam a absorção de

umidade do ar e consequente alteração nos resultados.

6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] FERREIRA, M. M. P.. Desenvolvimento, Caracterização e Secagem de Sementes

com Cobertura Artificial. Tese de Doutorado, DEQ/UFSCar, São Carlos, 235 p., 2003.

[2] PARK, K. J.; YADO, M. K. M.; BROD, F. P. R. (2001). Estudo de Secagem de PÍra

Bartlett (Pyrus sp.) em Fatias. CiÍncia e Tecnologia de Alimentos, Campinas, 21 (3):

288 ñ 292.

[3] FOUST, et al. - Princípios de operações unitárias. Rio de Janeiro:Guanabara Dois,

1982.

[4] ARRIECHE, L. S. Evolução da forma e encolhimento de um system gel durante

a secagem por convecção forçada. Dissertação de Mestrado, PPG-EQ/UFSCar, 136 p.,

São Carlos-SP, 2003.

[5] MOTEVALI,ALI; MINAEI, SAEID; KHOSHTAGAZA HADI, MOHAMMAD.

Evaluation of energy consumption in different drying methods.