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Equipamentos de secagem

Operações Unitárias II

Professor: Dr. Carlos Alberto GontarskiAluna: Estela Hiromi Yanase

1 TIPOS DE SECADORES

Os critérios para se classificar os secadores são muitos, e segundo

STRUMILLO e KUDRA (1986) podem ser assim divididos:

Tabela 1 – Critério de classificação Strumillo e Kudra

KEEY (1978) divide os secadores segundo o meio de transporte do material

(Tabela 2).

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Tabela 2 – Critério de classificação Key.

1.1 SECADORES À BANDEJA (ESTUFAS)

Tipo mais simples de secador, apropriado para secagem de materiais que

exigem modificações das condições de secagem à medida que o processo avança. A

desvantagem é que ele opera de maneira descontínua e em pequena escala.

Consiste em uma armação fechada e termicamente isolada em que se colocam

os sólidos, dependendo de sua estrutura, em filas de bandejas, empilhados ou em

prateleiras. A transferência de calor pode ser direta ou indireta, e pode-se também

usar calor radiante. É necessário um fluxo de ar no interior da estufa para retirar o

vapor e evitar a saturação, processo não necessário se o equipamento for operado a

vácuo. O fundo das bandejas pode ser fechado ou perfurado conforme a necessidade

do processo. São apropriados para a secagem de materiais que exigem mudanças

nas condições conforme o processo avança.

O secador congelador opera sob vácuo, e a retirada da água é feita por

sublimação. São usados para aquecer e secar madeira, cerâmica, material em folhas,

objetos metálicos pintados e todas as formas de sólidos granulados. Uma

desvantagem é a exigência de elevada mão-de-obra na carga e descarga das

bandejas.

Exemplos: bandejas com aquecimento direto, com circulação permeante,

secador a vácuo com prateleiras, fornos descontínuos.

Esta classe de secadores é útil para secar quase qualquer tipo de material. Seu

custo operacional é alto devido ao trabalho requerido ser relativamente grande e esta

consideração restringe seu uso a produções inferiores a 50 kg/h de material seco. São

usados particularmente em casos onde se manipulam uma grande quantidade de

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produtos diferentes, sendo relativamente pequena a produção de cada um deles, por

exemplo, corantes e produtos farmacêuticos.

Operação: Material a ser seco é colocado em bandejas ou tabuleiros, os quais

ficam dentro de uma câmara. O fundo das bandejas pode ser inteiriço ou telado

(materiais frouxamente compactados ou que podem ser moldados em pequenas

formas – fluxo de ar passa através do material colocado na bandeja, o que provoca

tempo de secagem mais curto, porém quantidade de material menor em cada

bandeja). As condições de secagem são constantes em qualquer bandeja com sólidos

úmidos. No entanto, o material das bandejas próximas da entrada de ar, por exemplo,

seca com maior rapidez que a média, enquanto na saída a taxa de secagem é menor

que a média. Este efeito não tem importância com material que não seja sensível ao

calor. Se o material for sensível ao calor, a temperatura do ar deve ser reduzida ou as

bandejas devem ser retiradas em instantes diferentes à medida que o processo de

secagem ocorre. O meio secante pode ser o vapor d’água, ou gás ou ar aquecido

eletricamente. O custo de energia é a parte principal do custo total do processo. Para

conservar a energia e também controlar a umidade do ar no nível que leva ao melhor

produto, é possível reciclar uma parte do ar. Depois de passar pelas bandejas, o ar

úmido que sai do secador é misturado ao ar fresco, reaquecido e alimentado

novamente ao secador. Com isso, controla-se a umidade na entrada e eleva-se a

umidade do ar na descarga, resultando em economia de combustível, porém tempo de

secagem maior. Os secadores de bandeja podem ser construídos para excluir o ar

atmosférico e usarem outros meios, como vapores orgânicos superaquecidos, ou

então ar rarefeito de um vácuo. O secador-congelador seca o material sob vácuo, e a

eliminação de água do material se dá pela sublimação direta do estado sólido em

temperaturas muito baixas.

1.2 SECADORES-TRANSPORTADORES E SECADORES A TÚNEL

Os secadores a bandeja podem tornar-se contínuos pelo deslocamento

contínuo dos sólidos úmidos através da câmara de secagem. Esta operação pode ser

efetivada: pela montagem das bandejas em vagonetes, pelo transporte do material em

uma esteira, ou então, com material sob forma de folha, pela movimentação da folha

úmida apoiada em roletes. Em contrapartida, o material fica sujeito a um meio secante

de condições variáveis ao longo do processo de secagem. Por isso, a curva de

secagem é alterada, não apresentando, por exemplo, um período de taxa constante. A

taxa diminui à medida que a temperatura do ar de secagem diminui, mesmo que a

temperatura superficial do material permaneça constante.

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Nestes secadores, a vazão de ar através do leito será baixa, devido à perda de

carga ou à proximidade do efeito de fluidização.

Exemplos: forno-túnel, secador contínuo com circulação permeante, forno

contínuo.

Operação: São compostos por um compartimento de aquecimento alimentado

por bandejas ou esteiras. Os sólidos a serem processados são colocados nas

bandejas ou esteiras que se movem progressivamente através do túnel, em contato

com os gases quentes. A operação é em geral semi-contínua: quando uma bandeja

sai com o sólido seco, uma nova é alimentada com sólido úmido. Para operação em

modo contínuo, são utilizados transportadores sem fim (esteiras).

O gás pode ser alimentado com escoamento em paralelo ou contracorrente ao

do sólido. O túnel apresenta grande flexibilidade para diferentes escoamentos e

temperaturas do gás. Os transportadores também podem ter sua estrutura alterada em

função das necessidades do processo, podendo ter seu fundo fechado ou telado. No

secador com circulação permeante ar quente é injetado através de um leito permeável

que passa continuamente pelo secador.

Os secadores de túnel tem grande flexibilidade quanto ao material processado,

sendo, no entanto não recomendados para materiais de pequena granulometria ou

muito leves, de forma que sejam carregados pelo fluxo de ar. São também o modelo

mais conveniente para produção em grande escala.

1.3 SECADORES GRANULADOS

Os materiais particulados, que correm soltos, podem ser difíceis de serem

retidos numa tela metálica ou numa esteira transportadora com chapas perfuradas.

Nestes casos, o material pode cascatear através da corrente de gás (secador

rotatório), ou ser impelido em contracorrente ao gás, numa unidade com disposição

colunar (secador a gravidade) ou então ser soprado juntamente com a corrente de gás

(secador instantâneo ou flash).

1.3.1 Secador Rotatório

Um secador rotatório é constituído por um cilindro que gira, e em geral um

pouco inclinado. O comprimento do cilindro varia de quatro a dez vez a medida do

diâmetro. Os sólidos alimentados se deslocam dentro do equipamento em razão da

inclinação e movimento do cilindro, e este processo pode ainda ser acelerado ou

retardado em função da vazão de gás de secagem (em contracorrente ou paralelo).

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Estes equipamentos podem ser classificados como diretos ou indiretos de

acordo com a forma de transferência de calor entre o ar e o sólido: são diretos se o

calor é fornecido através do contato do gás com o sólido, e indiretos se o fluido é

separado do sólido por uma parede, por exemplo.

Secadores rotatórios são aplicáveis ao processamento contínuo ou

descontínuo de sólidos granulares e que tem escoamento livre. Os que não

apresentam tais características devem ser previamente processados, para posterior

alimentação ao secador.

Exemplos: secador rotatório direto, forno rotatório direto, secador indireto a

tubos de vapor, secador direto rotatório a venezianas. Este último modelo permite a

permeação do gás entre as partículas a serem secas.

Nos secadores a tambor rotatório a superfície exposta do sólido é muito maior

que a exposta nos secadores a tabuleiros ou nos túneis secadores. Logo, a taxa de

secagem será muito maior.

É utilizada uma elevada vazão de ar ou o ar deve ser aquecido à medida que

ele passa pelo secador. Como desvantagem, as velocidades permissíveis do ar estão

limitadas pela tendência de formação de poeira.

Operação: No secador rotatório, os sólidos são derrubados numa corrente

contínua na região do eixo do tambor rotatório, enquanto o ar é injetado através da

cascata de grãos. Peças suspensoras internas elevam o sólido e controlam o

cascatear através da corrente de ar. O secador é inclinado, de modo que os sólidos

avançam gradualmente desde o bocal de alimentação até o bocal de saída. Podem

ser usados como meio secante: gases de combustão, vapor superaquecido ou mesmo

ar aquecido eletricamente. Em alguns secadores, existem tubos aquecidos a vapor

d’água, que correm longitudinalmente ao longo do tambor, para manter a temperatura

do ar e atuar como superfícies de secagem. Estes secadores são construídos em

dimensões até 9 ft de diâmetro, em modelos padronizados, tendo comprimentos que

atingem até 80 ft. Para o projeto de um secador rotatório, é necessário estimar o

tempo de retenção dos sólidos, que depende da densidade, da massa e do ângulo de

repouso do sólido, da disposição dos suspensores e da inclinação do secador. Há três

movimentos predominantes do sólido no interior do secador: elevação e queda (ação

dos suspensores), choques e deslocamento com o giro (ação de forno giratório),

arraste pelo gás de secagem (escoando em contracorrente ou em paralelo). A carga

deve ser entre 3 e 10% do volume do secador cheio.

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1.3.2 Secador à Gravidade

Quando o empoeiramento é um problema ou são necessárias regiões de

temperatura variável, pode-se utilizar o secador a gravidade com chapas aquecidas.

Operação: Cada tabuleiro tem uma camisa de aquecimento, de modo que o

material possa ser aquecido ao passar por algumas das chapas e arrefecido ao passar

por outras.

1.3.3 Secador Flash

O secador flash é um sistema de secagem pneumático, usado principalmente

para secar produtos que exigem a remoção da umidade livre. A secagem ocorre em

questão de segundos. O material úmido é disperso em um fluxo de ar aquecido que o

transmite através de um duto de secagem. Usando o calor proveniente da corrente de

ar, o material seca conforme é transportado. O produto é separado através ciclones,

filtros e/ou filtros do tipo bolsa.

Altas temperaturas de secagem podem ser usadas com muitos produtos, uma

vez que a vaporização da umidade superficial resfria instantaneamente o gás de

secagem, sem aumentar muito a temperatura do produto.

Os secadores flash têm sido usados para secar produtos em diversos setores

como o setor alimentício, químico, mineral e de polímeros. Uma ampla variedade de

matérias-primas, incluindo pós, sólidos, grânulos, flocos, suspensões, géis e pastas

podem ser processados.

Operação: Os sólidos são alimentados numa corrente de gás quente e

posteriormente, quando secos, separados do gás em um ciclone.

A secagem instantânea é particularmente útil quando se deseja secar

parcialmente uma pasta ou uma massa úmida utilizando-se um tempo de contato

muito curto.

1.3.4 Secador a Leito Fluidizado

É utilizado quando se deseja um maior tempo de contato e grande área

superficial para transferência de massa e energia. O leito fluidizado foi projetado para

secar produtos conforme eles flutuam em uma almofada de ar ou gás.

O ar de processo é fornecido para o leito através de uma placa distribuidora

perfurada especial e flui através do leito de sólidos a uma velocidade suficiente para

suportar o peso das partículas em um estado fluidizado. As bolhas se formam e se

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rompem dentro do leito fluidizado do material, promovendo um intenso movimento de

partículas. Neste estado, os sólidos se comportam como um líquido em ebulição de

livre movimentação. Valores de transferência de calor e massa muito altos são obtidos

como resultado deste íntimo contato com os sólidos e as velocidades diferenciais entre

partículas individuais e o gás de fluidização.

O leito fluidizado é usado para secar produtos em diversos setores como o

setor alimentício, químico, mineral e de polímeros. Uma ampla variedade de matérias-

primas, incluindo pós, sólidos, grânulos e esférulas, pode ser processada.

1.3.5 Secador Rotatório Cônico

Promove a secagem descontínua de sólidos particulados e operam geralmente

sob vácuo. São vantajosos quando se deseja ter o confinamento integral do vapor,

como no caso da secagem de polímeros, ou quando o material é sensível e exige

baixas temperaturas e movimentação suave (produtos farmacêuticos).

1.4 SECADORES PARA LAMAS E PASTAS GROSSAS

Como estes materiais não fluem livremente, para que sejam secos é

necessária a sua agitação, o espalhamento sobre a superfície de secagem e a

raspagem desta superfície à medida que o processo ocorre. Podem ser utilizados os

seguintes secadores: rotatório a vácuo, a parafusos geminados e a tabuleiro

(descontínuos) e a tambor (contínuo).

1.4.1 Secadores Descontínuos

A potência do agitador varia em função do teor de umidade dos sólidos, pois à

medida que a lama seca torna-se pesada e aderente. Porém uma vez seca, a massa

se fragmenta em torrões, os quais se deslocam facilmente. Estes continuam se

fragmentando até que é obtido um produto granulado, que se move livremente.

1.4.1 Secadores Contínuos / A TAMBOR

Representados pelos secadores a tambor, são cilindros horizontais giratórios

aquecidos internamente pelo vapor d’água. Este tipo de secador é utilizado com mais

frequência para secar substâncias orgânicas. São utilizados desde que a massa seca

não seja dura nem muito arenosa de modo a danificar a superfície do tambor. A

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suspensão é espalhada pela superfície externa do tambor, aderindo a ela, de modo

que enquanto o tambor gira (1 a 10 rpm) a suspensão seca. A suspensão seca é

retirada com auxílio de uma faca raspadeira, na forma de escamas. Os secadores a

tambor podem ser encontrados nas configurações de tambor duplo, tambores

geminados, tambor simples, tambor duplo a vácuo. O projeto e a operação de

secadores a tambor são bastante complicados, surgindo problemas como a formação

de uma camada regular, inteiriça e pelicular de material no tambor, ao invés de

espessa, densa e contínua, como desejado para obter uma elevada taxa de produção,

o que não é possível com este tipo de secador.

Operação: No modelo de secador de tambor, o produto é constantemente

aplicado na forma de uma fina camada à face superior e inferior do tambor principal.

Enquanto o cilindro gira e é aquecido no interior, o produto seca no exterior do secador

de tambor. O cilindro do secador de tambor é aquecido no interior por meio de vapor.

Uma composição especial de ferro fundido proporciona ao cilindro uma combinação de

propriedades favoráveis: uma retenção de forma muito precisa, mesmo até a uma alta

pressão e temperatura de vapor. O aquecimento de vapor proporciona uma

distribuição de temperatura uniforme sobre a superfície do tambor o que resulta numa

qualidade de produto consistente. O vapor que condensa no interior do tambor é

constantemente retirado do tambor para que a maior parte possível da superfície do

interior do tambor fique disponível para a condensação. O sistema de vapor é um

sistema fechado o que significa que o produto não pode entrar em contato com o

vapor ou o condensado.

Uma curta exposição a uma alta temperatura reduz o risco de danos do

produto. A água ou o solvente evapora e sai do processo na parte superior. Se for

necessário, o vapor também pode ser aspirado no local à volta do tambor. Por fim, a

camada do produto seco é raspado pela lâmina.

1.5 SECADORES PULVERIZADORES (SPRAY DRYERS)

Consistem numa câmara cilíndrica, em que o material a ser seco é pulverizado

na forma de gotículas e no qual se introduz uma grande quantidade de ar quente. Seu

uso mais comum é na secagem de soluções e suspensões aquosas.

A secagem a pulverização ocorre em três estágios: atomização do líquido,

mistura das gotículas com o gás quente, e secagem das gotículas. A atomização pode

ser feita por bocais de alta pressão, bocais a dois fluidos ou através de discos

centrifugadores de alta velocidade. Em geral, as gotículas não apresentam tempo de

residência maior do que 30s.

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Secam soluções, suspensões finas, geles, emulsões etc. Ampla faixa de

utilização (café, leite detergentes, corantes, pesticidas, polímeros, suspensões

cerâmicas, plasma de sangue, enzimas, penicilina,..) São utilizados para grandes e

pequenas produções. O seu produto é em formato de pequenas contas (bolinhas),

enquanto no secador a tambor, por exemplo, o produto é na forma de escama e só

para pequenas produções. Curta exposição do produto a gases quentes, ao mesmo

tempo que a evaporação do líquido das gotículas mantém a temperatura do produto

baixa (mesmo utilizando gases muito quentes). São grandes e podem ser poucos

eficientes na utilização da energia (desvantagens).

Operação: O ar entra, através de um filtro e de um aquecedor, pelo topo da

câmara de secagem fluindo em corrente paralela com as gotículas (as quais se

formam num bocal pulverizador ou num atomizador a disco rotatório). Enquanto as

gotículas caem, a umidade se evapora para o gás e deixa o material sólido. As

maiores partículas caem no fundo do equipamento, as menores são arrastadas pelo

gás e são separadas por ciclones. As muito finas passam pelo soprador e são lavadas

a úmido. Esta última pode ser injetada no processo antes do atomizador para ser

recirculada. Pode ter variações do sistema, como mudando para contracorrente o

sentido do gás em relação às gotículas ou até uma configuração complicada. No lugar

dos ciclones, pode haver uma filtro de mangas ou até um precipitador eletrostático. O

equipamento é divido em: sistema injetor de carga e atomizador, sistema de produção

e de injeção de gás quente, câmara de secagem, sistema de separação de sólido-gás

e sistema de descarga do produto.

Parte mais importante: Atomizador de carga. Três tipos: bocais injetores a dois

fluidos, bocais injetores a um fluido e a disco centrífugo. Bocais injetores a dois fluidos:

utilizados na secagem com baixa taxa de produção (volume pequeno da câmara),

quando se deseja uma partícula com dimensão pequena. Uso em secadores pilotos,

farmacêuticos e cerâmicas. O mecanismo de atomização ocorre pela fragmentação da

corrente líquida causada pelo gás. Quando é utilizado baixas pressões, a quebra

ocorre pela formação de bolhas de gás no líquido. Já quando é utilizada altas

pressões, o filamento de líquido que sai do atomizador é quebrado pela corrente de

gás. O tamanho das partículas diminui com o aumento das pressões nas correntes.

Bocais injetores a um só fluido e alta pressão: maior taxa de produção, produzem

gotículas maiores e mais uniformes do que o bocal a dois fluidos. São de porte

industrial. O injetor provoca um movimento tangencial muito rápido no líquido, fazendo

com que a força centrífuga cause uma rotação do fluido ao longo da circunferência do

bocal do atomizador. Assim, cria-se um núcleo de ar na região do eixo do orifício. Para

que o líquido quebra-se em gotículas, é necessário que ele seja empurrado contra

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uma superfície cônica oca. Quanto mais viscoso, maior é a pressão necessária. Em

ambos injetores (que são pneumáticos), é necessário que o fluido passe através de

passagens estreitas. Portanto, é muito fácil entupir o bocal com partículas, cristais ou

outros sólidos suspensos no fluído. Pode ocorre também erosão no bocal devido à

passagem de partículas muito finas, interferindo na eficiência da atomização. Por isso,

a suspensão a ser atomizada deve ser completamente homogênea. A maior parte da

secagem ocorre próximo ao atomizador, pois no instante em que uma partícula atinja a

parede, é necessário que ela esteja bem seca para evitar aderência. O produto típico

de um secador pulverizador é constituído por esferas ocas partidas e esferas. O tempo

necessário para a secagem vai depender da umidade, da temperatura e das

condições de escoamento do gás, das dimensões das gotículas produzidas pelo

atomizador e das propriedades do material que está sendo processado. O aumento da

temperatura do gás efluente provoca diminuição da densidade do material obtido. O

aumento da concentração da carga leva mais sólido para cada gota, mas também

aumenta a dimensão média de cada partícula. O aumento da temperatura da carga,

diminui a viscosidade, o que gera um menor perda de pressão no bocal e um

diminuição no tamanho da partículas. O aumento de pressão no bocal do pulverizador,

aumenta a produção e também as dimensões das gotículas. Isso faz com que a

temperatura do gás seja menor e o produto tenha um valor de umidade maior, além de

partículas maiores e mais densas.

1.6 SECADORES INFRAVERMELHOS (RADIAÇÃO)

A energia dos raios infravermelhos é utilizada para a secagem dos materiais,

onde, considerando o grau de eficiência desses raios, o processo de secagem desses

equipamentos torna-se consideravelmente econômico comparando-se com a secagem

com ar quente.

O princípio desses equipamentos consiste em um tambor horizontal provido de

uma hélice interna que transporta o material sob uma fonte de luz infravermelha. A

intensidade de aquecimento e rotação da hélice pode ser variada de acordo com o

processo.

O produto a ser secado é inserido no tubo de dosagem de onde vai para o

interior do sistema. O tempo de secagem é determinado pela velocidade. A

temperatura é permanentemente controlada e a capacidade do radiador reajustada se

necessário. O material é agitado pela rotação e ao mesmo tempo aquecido pelo

infravermelho. O comprimento de onda dos raios é ajustado ao processo. A radiação

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quase não é absorvida pelo ar, aquecendo o material e vaporizando a água da

superfície e interior do material.

A energia térmica pode ser suprida através de vários tipos de fonte

eletromagnética. Tendo-se que a penetração da radiação infravermelha é baixa, a

secagem por radiação é geralmente usada para materiais finos, tais como filmes,

pinturas e coberturas. Radiadores de baixa temperatura e lâmpadas de quartzo de alta

temperatura são geralmente empregados como fonte de radiação infravermelha. Na

secagem por radiação, o transporte de umidade e a difusão de vapor do sólido

seguem as mesmas leis que a secagem por condução e convecção.

1.7 SECADOR DE LEITO FLUIDIZADO

O leito fluidizado foi projetado para secar produtos conforme eles flutuam em

uma almofada de ar ou gás.

O ar de processo é fornecido para o leito através de uma placa distribuidora

perfurada especial e flui através do leito de sólidos a uma velocidade suficiente para

suportar o peso das partículas em um estado fluidizado. As bolhas se formam e se

rompem dentro do leito fluidizado do material, promovendo um intenso movimento de

partículas. Neste estado, os sólidos se comportam como um líquido em ebulição de

livre movimentação. Valores de transferência de calor e massa muito altos são obtidos

como resultado deste íntimo contato com os sólidos e as velocidades diferenciais entre

partículas individuais e o gás de fluidização.

O leito fluidizado é usado para secar produtos em diversos setores como o

setor alimentício, químico, mineral e de polímeros. Uma ampla variedade de matérias-

primas, incluindo pós, sólidos, grânulos e esférulas, pode ser processada.

1.8 SECADOR DIELÉTRICO

Embora a maioria dos materiais úmidos, especialmente quando quase secos,

sejam pobre condutores de radiofrequência na faixa de 20 Hz, a impedância de tais

materiais permite que se tenha aquecimento elétrico como uma técnica factível. O

material é posto em um campo eletromagnético de frequência muito alta (na região de

radiofrequência ou microondas) que varia rapidamente de direção, causando a

mudança de orientação nos dipolos de líquidos dielétricos ou polares. Esta mudança

provoca uma geração de energia devido à fricção molecular. Desde que a constante

dielétrica (que é proporcional à geração de calor) da água líquida é consideravelmente

maior que materiais sólidos a serem secos, calor é produzido nas partes úmidas dos

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materiais. Assim a secagem dielétrica é uma boa escolha quando há pequenas

variações de umidade no material a ser seco, e não há maiores estresses na

secagem. A técnica é muito cara, e poucas aplicações industriais foram reportadas.

1.9 SECADOR DE LEITO DESCENDENTE

É constituído por uma série de calhas invertidas em forma de V, dispostas em

linhas alternadas paralela ou transversalmente, dentro da estrutura do secador. Neste

secador o produto movimenta-se para baixo e entre as calhas, sob ação da gravidade.

O ar de secagem entra numa linha de calhas e sai nas outras imediatamente

adjacentes, superiores ou inferiores. Com isso, ao descer pelo secador, o produto é

submetido à ação do ar de secagem em sentido contracorrente, cruzado e paralelo.

Em outros modelos, pode-se utilizar calhas retas ou circulares, abertas e dispostas

umas sobre as outras. Neste caso o produto passa por dentro das calhas.

1.10 SECADOR A LEITO DE JORRO

A técnica do leito de jorro foi estabelecida inicialmente por GISHLER e

MATHUR em 1995, visando a secagem do trigo. O regime de jorro é estabelecido em

um leito de partículas através da injeção de um fluido por um orifício na sua parte

inferior cujo diâmetro é reduzido em relação ao diâmetro do leito, ocorrendo a

formação de um canal preferencial. Como consequência ocorre a formação de regiões

distintas:

Região Central (canal preferencial): ocorre o transporte pneumático das

partículas devido à grande velocidade do fluído;

Região de Jorro (fonte): região acima do leito onde as partículas advindas da

região central movimentam-se em regime desacelerado, como em uma fonte,

caindo na região anular;

Região Anular (deslizante): nesta região as partículas caem da região de jorro

e deslizam para baixo, operando como um leito deslizante.

1.11 LIOFILIZADORES

O método de secagem por liofilização baseia-se na sublimação da água

congelada do material colocado em uma câmara de secagem onde a pressão é abaixo

do ponto tríplice da água. A energia requerida é geralmente suprida por radiação ou

condução de bandejas aquecidas a taxas nas quais a temperatura do material não

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ultrapasse o valor de 0C. A umidade sublimada se condensa em placas refrigeradas

localizadas em uma câmara do secador longe do material ou em um condensador

separado. Como uma regra, a secagem liofilizada é a que menos agride o material,

produzindo um produto de melhor qualidade dentre todos os outros métodos.

Entretanto, este método é muito caro, pois as taxas de secagem são baixas e usa-se o

vácuo. A secagem liofilizada é utilizada para desidratar alimentos com dificuldades na

secagem convencional, como aqueles que não podem ser aquecidos mesmo com

temperaturas amenas, tais como: café, cebola, sopas, frutas e certos produtos do mar.

1.12 SECADORES Á VÁCUO

São secadores de calor indireto que trabalham a baixa pressão para facilitar a

remoção do produto a evaporar. São recomendados quando se deseja a secagem de

produtos a baixa temperatura, notadamente de produtos orgânicos sujeitos a

decomposição térmica.

Neste processo remove-se com facilidade o produto a evaporar.

A principal aplicação desses equipamentos é a desidratação de alimentos

muito sensíveis ao calor, como sucos de frutas, tomate concentrado e extratos de

café. Os produtos assim tratados, em especial os líquidos, têm estrutura esponjosa,

porque se expandem ao se aplicar vácuo na câmara pela liberação de gases e

vapores. Essa estrutura porosa favorece rápida velocidade de secagem e posterior

reidratação. Se a meta é que o produto final seja muito poroso, pode-se injetar

previamente nitrogênio gasoso; ao aplicar vácuo, o gás se expande e sai rapidamente

do produto, aumentando sua porosidade.

O vácuo empregado geralmente é produzido por ejetores.

1.13 SECADORES PNEUMÁTICOS

Os secadores pneumáticos podem ser classificados como um sistema de

transporte gás-líquido caracterizado como um processo contínuo de secagem via

convecção forçada para dispersar o produto, com um grau de dispersão total. Esses

equipamentos possuem condutores metálicos verticais ou horizontais, cujo

comprimento é ajustado para que o tempo de permanência do produto seja adequado

para a sua secagem, que costuma ser na ordem de segundos. O ar quente circula em

maior velocidade que nos secadores de leito fluidizado, de tal modo que transporta

produto ao mesmo tempo em que o desidrata. O fluxo de ar é ajustado para classificar

as partículas: as menores e mais leves, que secam antes, são transportadas

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rapidamente até os dutos até a saída, enquanto as maiores e mais úmidas

permanecem em suspensão por mais tempo. Para aumentar o tempo de permanência

do produto nesses secadores pode-se utilizar várias colunas em séries ou sistemas de

recirculação de produtos.

Os secadores pneumáticos em anel permitem que o produto permaneça por

mais tempo dentro do secador, chegando há minutos. Na saída do conduto, dispõem-

se ciclones ou filtros para separar o produto do ar seco.

As aplicações para este tipo de equipamento são desidratar e transportar

produtos simultaneamente tais como grãos de cereais, farinhas ou flocos de batata.

1.14 SECADORES CILÍNDRICOS

O tipo mais comum de secador na fabricação de papel é o secador cilíndrico. A

folha de papel é levado em um caminho complicado, durante o qual são internamente

aquecidos por vapor ou água quente. Na fabricação de papel, a folha deve ser mantida

esticada, e um grande número de cilindros são utilizados, com apenas curtas

distâncias entre elas e outros pequenos roletes sem aquecimento para manter a

tensão. Normalmente, uma folha contínua de feltro é usado para manter também o

papel sobre os cilindros, e isto também torna-se úmida e seca-se sobre o cilindro

separado.

A maior parte do aquecimento é condutor, através do contato com o tambor. No

entanto, a assistência vem do infravermelho, frequentemente usado nos estágios

iniciais de máquinas de papel modernas. Com isso, obtêm-se a folha de papel até a

temperatura de bulbo úmido, mais rápida, evapora mais a umidade da superfície,

permitindo o número de cilindros ser reduzido. Jatos de ar quente podem ser usados

como um aquecimento complementar ao iniciar o funcionamento das máquinas.

Normalmente, o cilindro é aquecido internamente também, dando aquecimento

por condução adicional da superfície inferior do leito.

1.17 SECADORES AGITADOS DESCONTÍNUOS

A secagem descontínua com agitação é essencialmente um recipiente

aquecido, algumas vezes disposto em forma horizontal (cilindro) e outras de

forma vertical, onde o material a secar se agita em contato com a parede

metálica quente. A umidade é eliminada a pressão atmosférica ou a vácuo. A

agitação é proporcionada por um agitador de pás ou de hélices, e no caso de

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secadores horizontais pode ser feita através de quatro pás e rolos. Estas pás e

rolos misturam e moem o material. O método de calefação habitual dos

secadores atmosféricos é por meio de pressão de vapor, enquanto que quando

a operação se realiza a vácuo usa-se pressão de vapor, pressão de vapor

subatmosférica ou água quente.

Para a construção do secador pode usar-se qualquer metal comum,

porém, em geral se usa ferro fundido ou aço macio para os secadores verticais

e aço macio ou aço inoxidável para os tipos de cilindro.

Para realizar a operação a pressão atmosférica o equipamento auxiliar

pode ser constituído somente pela linha de vapor e aterros para a carga e

descarga do material; para a operação a vácuo o equipamento auxiliar incluirá

um condensador, uma bomba de vácuo ou ejetor, um separador tipo ciclone ou

um filtro aquecido, sistemas de circulação de água quente ou fornecimento de

vapor com temperatura controlada. Também deve proporcionar-se ventilação

efetiva nos lugares de carga e descarga em caso de secagem de produtos

tóxicos.

Aplicações: O secador descontínuo agitado pode ser usado para secar a

maior parte dos materiais, tanto em forma de pasta ou lodo, com um custo

operacional relativamente baixo, sendo que seus requerimentos de mão de

obra são pequenos. São recomendados para a secagem de materiais friáveis e

que não passam por um estado de viscosidade extremamente alta durante o

processo de secagem. É muito conveniente para a secagem de produtos

tóxicos.

REFERÊNCIAS

PERRY. Chemical Enginner’s Handook. 7 ed. McGraw Hill. 1997.

FOUST, A.S., et al. Princípios das Operações Unitárias. Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 1982.

SILVA, J.S., Estudo dos Métodos de Secagem. Juiz de Fora, 1995

PARK, K.J., Conceitos de Processo e Equipamentos de Secagem. Campinas, 2007.

Conceitos de processo e equipamentos de secagem. Disponível em: <http://www.feagri.unicamp.br/ctea/manuais/concproceqsec_07.pdf>. Acesso 23/06/13.