Aula 11_Secagem e psicrometria_classroom

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ER 600 – Operações Unitárias
Secagem e psicrometria
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE CIÊNCIAS APLICADAS
Profa. Dra. Laís Pellizzer Gabriel
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Definição
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A secagem é uma operação unitária de transferência de massa
e calor envolvendo a remoção de umidade de uma substância
por evaporação normalmente em uma corrente de gás.
GásTransferência
de calor
Transferência
de massa
Histórico
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Secagem 
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Normalmente, o líquido a ser removido é a água, entretanto outros
líquidos (benzeno ou solventes orgânicos) também podem ser
removidos.
Esse líquido pode estar:
• Na superfície do material (ex.: secagem de cristais de sal);
• Inteiramente dentro do material (ex.: remoção de solvente de
uma folha);
• Parte na superfície e parte dentro do material (ex.: secagem de
frutas).
Equilíbrio de fases
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Exemplo: Secar roupas no varal ao ar livre.
Deixando as roupas em contato com o ar à temperatura constante, atinge-se um
estado de equilíbrio entre as duas fases contatadas. O componente água
distribui-se em ambas as fases (umidade de equilíbrio).
AR + água
Sólidos + água
T constante: a água contida nas roupas
entra em equilíbrio com o vapor d´água
presente no ar.
AP
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A umidade final do produto seco depende do tipo de material
Exemplos:
• Sal- contém cerca de 0,5% de água
• Carvão- cerca de 4%
• Muitos alimentos- cerca de 5%
A secagem significa a redução do conteúdo de umidade de um valor
inicial para um valor final aceitável.
Geralmente é o passo final do processamento, antes da embalagem
Secagem 
Classificação de secadores
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Modo de transferência de calor
DIRETOS - Contato direto entre sólido úmido e ar quente (por
convecção) Descontínuos e Contínuos
INDIRETOS - Transferência de calor através de paredes aquecidas
(por condução): Calor necessário é transportado por vapor
através de uma superfície metálica.
OUTROS - Radiações (infravermelho, microondas), resistência
elétrica, paredes refratárias, etc
Tipos de secadores
• Secador de bandejas;
• Secador de bandejas à vácuo;
• Secador de túnel contínuo;
• Secador de esteira;
• Secadores rotativos (tambor e à vácuo).
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• Câmara com isolamento térmico, onde o material a ser seco
é colocado em bandejas.
• A secagem ocorre pela circulação do meio secante sobre o
material colocado nas bandejas.
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Secador de bandejas
• Meio secante: vapor de água, gás ou ar aquecido;
• Bandejas: podem ser de fundo fechado (chapa) ou de
fundo perfurado (tela);
• Possuem custos de capital inicial e de manutenção baixos
e alto custo de operação;
• Operação: Batelada;
• Carga do material nas bandejas colocadas sobre
prateleiras aquecidas;
• Materiais que não podem ser agitados;
• Produtos farmacêuticos, corantes, sais efervescentes,
hormônios.
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Secador de bandejas
Secador de bandejas à vácuo
• Alguns materiais não podem ser satisfatoriamente secos ao ar
em pressão atmosférica normal, seja por se deteriorarem nas
temperaturas necessárias para se terem taxas de secagem
razoáveis, seja por reagirem com o oxigênio do ar;
• Secagem em baixa temperatura;
• Alto custo, utilizado para produto com elevado preço unitário,
como produtos farmacêuticos e café de alta
qualidade.
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https://www.youtube.com/watch?v=HqP45slStpw
Secador de túnel contínuo
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Bandejas movimentando-se no interior de um túnel de secagem (operação contínua)
Secadores de esteira
• Transporte contínuo do material por
meio de uma esteira (normalmente
construída de aço inoxidável, dotada
de seções perfuradas e interligadas ou
em forma de tela trançada);
• Normalmente construídos de forma
modular, de modo que cada seção
apresenta seu ventilador e
aquecimento próprio;
• Mais indicado para produção em larga
escala e onde existe disponibilidade
contínua de matéria-prima;
• Não é indicado para operar em
situações onde a matéria-prima ou as
condições de secagem mudam
frequentemente;
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Secadores rotativos
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• Os sólidos úmidos granulares são alimentados na parte mais
alta, movendo-se enquanto o corpo do secador se movimenta;
• Meio secante: gases de combustão, vapor superaquecido ou
mesmo o ar aquecido eletricamente;
https://www.youtube.com/watch?v=V3SBE41vJ64
Secadores rotativos
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• O fluxo de ar quente pode ser em paralelo ou contracorrente;
• Em alguns secadores, existem tubos aquecidos a vapor de água,
que correm longitudinalmente ao longo do cilindro, para manter
a temperatura do ar e atuar como superfícies de secagem;
Secadores de tambor
• Tambores: Ferro fundido, aço inox, aço carbono, Cr e Ni/Cr;
• Material é retirado da superfície pelas facas;
• Facas: Em aço temperado e podem ser afiadas;
• Operação: Contínua;
• Aquecimento por vapor;
• Secagem por contato do vapor com a superfície aquecida do 
tambor.
16https://www.youtube.com/watch?v=wpzZ6ahp0Yg
Secador rotativo à vácuo
• Equipamento: Cilindro encamisado (vácuo ou pressão),
agitador interno, abertura de carga e descarga.
• Relativamente rápidos;
• Secagem a baixa temperatura;
• Operação: Batelada;
• Agitador distribui o material uniformemente;
• Contato do produto com a superfície aquecida;
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https://www.youtube.com/watch?v=HtQKK-jfr-I
Classificação geral
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Classificação geral
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Secagem – estágio inicial
Quando ocorre a evaporação na superfície de um sólido, a umidade 
se desloca das camadas internas do sólido para a superfície. 
Secagem – estágio intermediário
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Quantidade de umidade na superfície do sólido muito baixa;
A partir desse momento, umidade se encontra no interior do sólido 
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Secagem – estado final
Movimento da umidade 
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O movimento da água contida no sólido até a superfície do
material pode ocorrer através de dois mecanismos:
a) Capilaridade: É o escoamento de um líquido através dos
interstícios de um sólido, provocados por atração molecular
entre o líquido e o sólido. Mecanismo mais rápido e de
mais fácil remoção da umidade na superfície.
b) Difusão interna: É o movimento de um líquido ou de vapor
através de um sólido em consequência de diferença de
concentração. É um mecanismo molecular, e portanto, mais
lento.
Secagem
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Comportamento geral na secagem:
1. Período de secagem a taxa constante;
2. Teor de umidade crítico;
3. Período de taxa decrescente;
4. Umidade de equilíbrio (menor teor de umidade
possível).
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Curva de secagem
A-B: Período inicial;
B: Regime permanente;
C: Teor de umidade crítico;
B-C: Período de taxa constante
C-D: Período de taxa decrescente;
XE = Umidade de equilíbrio
Taxa decrescente
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O período de taxa decrescente depende:
• da estrutura do sólido;
• taxa de secagem durante o período constante;
• e do teor de umidade crítico;
A vazão do gás de secagem não influencia esta etapa
Teor de umidade de equilíbrio
O teor de umidade de equilíbrio depende:
• da estrutura do sólido;
• da temperatura do gás;
• do teor de umidade do gás;
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T = 25oC
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Umidade ligada: Umidade que será removida da amostra.
Umidade não ligada: Valor acima da umidade de equilíbrio, não influencia na
secagem.
Teor de umidade de equilíbrio
Cinética de secagem
• As taxas de secagem devem ser relacionadas para um
determinado produto e operação (processo e equipamento);
• Com o conhecimento das limitações dos processos para um
determinado produto podemos avaliar, projetar e/ou otimizar
o processo de secagem permitindo a avaliação do tempo de
secagem;
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• Umidade absoluta (X): É a massa de vapor de água por unidade de
massa de ar seco;
Em condições de pressão atmosférica, a mistura de ar seco e
vapor de água pode ser considerada ideal:
• Umidade do ar saturado (Xsat): Umidade do ar quando este está
saturado de vapor de água;
• Umidade relativa (UR): Relação entre a fração molar do vapor de
água na mistura e a fração de vapor de água numa mistura
saturada, à mesma temperatura e pressão total;
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Cinética de secagem
Os dados de secagem são geralmente obtidos como:
• Massa total do material úmido em diferentes tempos de
processamento;
• Esses dados podem ser convertidose expressos em termos de
taxa de secagem.
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Cinética de secagem
• Outro parâmetro importante no processo de secagem é o
conteúdo de umidade livre (X), que pode ser calculado por:
• Representa a diferença entre a umidade do sólido e a
umidade de equilíbrio com o ar em condições determinadas.
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Cinética de secagem
A taxa de secagem é proporcional a mudança de umidade (X) 
pelo tempo (t):
Cálculo da taxa de secagem:
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Cinética de secagem
Diagrama Psicrométrico
• Diagramas contendo as propriedades da mistura entre o ar
seco e o vapor de água;
• São fáceis de serem manuseados, permitem leitura de dados
com rapidez e suficiente precisão.
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Diagrama Psicrométrico
Temperatura da mistura
indicada pelo termômetro
comum, por um par termo-
elétrico (termopar) ou por
um sensor eletrônico.
Temperatura atingida por uma pequena quantidade
de água, sob condições adiabáticas, exposta a uma
corrente de ar de temperatura, umidade e
velocidade constantes.
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Diagrama Psicrométrico
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Exemplo
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Diagrama Psicrométrico
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Temperatura do bulbo seco = 10oC
P1
Umidade relativa 
inicial 85%
Diagrama Psicrométrico
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Temperatura do bulbo seco final = 20oC
P1 P2 Umidade 
absoluta= 
65 g de 
mistura / 
kg de ar 
seco
Umidade relativa 
inicial 85%
Umidade relativa 
P2 = 40%
Umidades
Diagrama Psicrométrico
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Temperatura do bulbo seco final = 20oC
Umidade relativa 
inicial 85%
P1 P2 
Umidade relativa 
P2 = 40%
Umidade 
absoluta = 
65 g de 
mistura / 
kg de ar 
seco
Entalpias
Entalpia P1 = 
27 kJ/kg ar seco
Entalpia P2 = 
37 kJ/kg ar seco
Diagrama Psicrométrico
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Temperatura do bulbo seco final = 20oC
Umidade relativa 
inicial 85%
P1 P2 
Umidade relativa 
P2 = 40%
Umidade 
absoluta = 
65 g de 
mistura / 
kg de ar 
seco
Ponto de orvalho de P1
Entalpia P1 = 
27 kJ/kg ar seco
Entalpia P2 = 
37 kJ/kg ar seco
Ponto de 
orvalho = 
7,5oC
Exercício 1
O ar numa sala tem temperatura de 26,7°C e pressão
de 101,325 kPa, contém vapor cuja pressão é de 2,76
kPa e pressão de vapor saturado igual a 3,50 kPa.
Calcule:
(a) Umidade (X);
(b) Umidade do ar saturado (Xsat);
(c) Umidade relativa (UR).
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Exercício 2
Tendo: Volume específico = 0,91 m3/kg e umidade relativa = 30%, use a carta psicrométrica 
para determinar as propriedades:
a) T bulbo úmido;
b) Umidade absoluta;
c) Entalpia;
d) Ponto de orvalho.