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SILVIA CRISTINA MUGNAINI CONTRIBUIÇÃO AO ESTUDO DA SECAGEM COM MICRO-ONDAS DE DIÓXIDO DE ALUMÍNIO SÃO CAETANO DO SUL 2013

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  • SILVIA CRISTINA MUGNAINI

    CONTRIBUIÇÃO AO ESTUDO DA SECAGEM COM

    MICRO-ONDAS DE DIÓXIDO DE ALUMÍNIO

    SÃO CAETANO DO SUL

    2013

  • SILVIA CRISTINA MUGNAINI

    CONTRIBUIÇÃO AO ESTUDO DA SECAGEM COM

    MICRO-ONDAS DE DIÓXIDO DE ALUMÍNIO

    SÃO CAETANO DO SUL

    2013

    Dissertação apresentada à Escola de Engenharia Mauá do Centro Universitário do Instituto Mauá de Tecnologia para obtenção do Título de Mestre em Engenharia de Processos Químicos e Bioquímicos. Linha de Pesquisa: Desenvolvimento de Processos Químicos com Aplicação de Micro-ondas. Orientador: Prof. Dr. Luiz Alberto Jermolovicius Co-orientador: Prof. Dr. José Thomaz Senise

  • Mugnaini, Silvia Cristina Contribuição ao Estudo da Secagem com Micro-ondas de

    Dióxido de Alumínio – Silvia Cristina Mugnainil — São Caetano do Sul, SP : CEUN-EEM, 2013.

    95 p.

    Dissertação de Mestrado — Programa de Pós-Graduação. Linha de Pesquisa: Desenvolvimento de Processos Químicos com Aplicação de Micro-ondas — Escola de Engenharia Mauá do Centro Universitário do Instituto Mauá de Tecnologia, São Caetano do Sul, SP, 2013.

    Orientador: Prof. Dr..Luiz Alberto Jermolovicius Co-Orientador: Prof. Dr. José Thomaz Senise

    1. – Secagem. 2. Micro-ondas. I. Instituto Mauá de Tecnologia. Centro Universitário. Escola de Engenharia Mauá. II. Título.

  • Aos meus pais por todo amor, dedicação

    e exemplo de vida, à minha irmã e

    cunhado, por estarem sempre presentes

    em minha vida, e à minha querida

    sobrinha pelos momentos de ternura.

  • AGRADECIMENTOS

    A Deus que estará sempre presente em minha vida, por me guiar nos momentos difíceis.

    Aos meus pais , por terem me ensinado a caminhar e a vencer os obstáculos da vida.

    Em especial a minha mãe, amiga, guerreira e incentivadora de todos os sonhos e projetos da

    minha vida.

    Ao Prof. Paulo Sérgio Colli Bógus, por me incentivar a cursar o mestrado.

    À Maria Margareth Marques, secretária da pós graduação pelo apoio e orientação durante o

    curso.

    Aos técnicos do Laboratório de Microondas e a estagiária Carolina Corbella, pela colaboração

    durante a realização dos ensaios.

    Ao técnico do Laboratório de Ensaios e Análises do Centro de Pesquisas, José Carlos Pereira,

    pela amizade de tantos anos e apoio incondicional à realização dos ensaios para a conclusão

    deste trabalho.

    Ao Professor José Thomaz Senise, pela co-orientação deste trabalho.

    Ao Professor Luiz Alberto Jermolovicius, a quem tenho profunda admiração. Agradeço pela

    dedicação, paciência e incentivo nas horas mais difíceis, por ter sido incansável na

    transmissão dos seus conhecimentos.

    Ao Dr. Antonio Sacco Neto (in memoriam) e Hélio Antonio Moreira, que em 1991

    possibilitaram o meu ingresso na Divisão de Ensaios e Análises do CP-IMT, e por todo o

    ensinamento profissional transmitido.

  • Longe

    É Um Lugar

    Que Não Existe

    (Richard Bach)

  • RESUMO

    O objetivo deste trabalho foi o de contribuir ao conhecimento da secagem com micro-

    ondas, determinando a curva de secagem e de penetração de micro-ondas no substrato em

    secagem. Inicialmente planejou-se utilizar microesferas de vidro Premix ( incorporadas na

    tinta) que tornam a sinalização horizontal retrorrefletiva. Após diversas tentativas de

    umedecer a amostra de forma controlada, devido as dificuldades em manter-se a

    homogeneidade do teor de umidade inicial, condição imposta para o estudo proposto,

    abandonou-se a proposta de utilização desse material. A escolha do novo substrato, dióxido

    de alumínio (alumina) para a determinação da curva de secagem e penetração de micro-

    ondas deu-se pela estabilidade de suas propriedades e observação do comportamento do

    produto, durante a realização do ensaio de resistência à abrasão em tinta para sinalização

    horizontal viária. O estudo foi planejado em dois experimentos. O primeiro para a

    determinação da curva de secagem, irradiando micro-ondas com potências efetivas

    definidas, monitorando-se a massa, potências irradiadas e refletida. O segundo para a

    determinação da penetração de micro-ondas. Em ambos, irradiando-se a alumina úmida

    com potências efetivas escolhidas e monitorando-se as temperaturas, a variação da massa e

    as potências irradiadas e refletidas experimentais.

    Palavras chave: secagem, micro-ondas.

  • ABSTRACT

    This work has the objective to contribute to the knowledge of the microwave drying,

    determining the drying curve and microwave penetration in the drying on the substrate.

    Initially it was planned to use glass microspheres Premix ( incorporated in the paint ) marking

    retroreflective markings. After several attempts to moisten the sample in a controlled manner ,

    due to the difficulties in maintaining the homogeneity of the initial moisture content ,

    condition for the proposed study, it was abandoned the proposed use of this material . The

    choice of new substrate dioxide (alumina ) for determining the curve drying and microwave

    penetration was due to the stability of their properties and behavior observation of the product

    during the test of abrasion resistance in paint for road markings . The study was planned in

    two experiments .The first curve for the determination of drying, irradiating with a microwave

    effective powers defined by monitoring the mass irradiated and reflected powers. The second

    to determing the penetration of microwave. In both beaming wet alumina with powers chosen

    and effective monitoring of the temperatures , the changing mass and the powers radiated and

    reflected experimental .

    Key words: drying, microwaves.

  • SUMÁRIO

    1. INTRODUÇÃO.........................................................................................................16

    2. OBJETIVO............................................................................................................... 17

    3. JUSTIFICATIVA.................................................................................................... 18

    4. ALUMINA................................................................................................................ 19

    4.1. Bauxita....................................................................................................................... 19

    4.2. Processo “Bayer” de produção da Alumina.............................................................. 20

    5. SECAGEM................................................................................................................24

    6. MICRO-ONDAS.......................................................................................................25

    6.1. Perdas dielétricas.........................................................................................................26

    6.2. Aquecimento por micro-ondas....................................................................................26

    6.3. Aplicação de micro-ondas na indústria- Área química...............................................27

    7. MATERIAIS E MÉTODOS....................................................................................28

    7.1.1. Materiais de consumo.................................................................................................28

    7.1.2. Equipamentos.............................................................................................................28

    7.2 MÉTODOS................................................................................................................32

    7.2.1. Experimentos preliminares.........................................................................................32

    7.2.2. Preparo da amostra para o estudo da secagem de alumina.........................................32

    7.2.2.1. Para testes preliminares...............................................................................................32

    7.2.2.2. Para testes efetivos......................................................................................................33

    7.2.3. Determinação da curva de secagem............................................................................34

    7.2.4. Determinação da penetração de micro-ondas.............................................................34

    7.2.5. Cálculo prévio da energia necessária para a secagem da

    amostra....................................................................................................................... 34

    8. RESULTADOS E DISCUSSÕES.......................................................................... 36

    8.1. Testes preliminares.....................................................................................................36

    8.1.1. Conclusão preliminar..................................................................................................55

    8.2. Testes efetivos de secagem.........................................................................................55

    8.3. Testes efetivos de monitoramento da temperatura.....................................................74

    8.4. CONCLUSÃO FINAL..............................................................................................86

    REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................................................87

  • LISTA DE FIGURAS

    Figura 1. Frente de mineração / mesma área após a reabilitação..............................................20

    Figura 2. Tubo digestor.............................................................................................................22

    Figura 3. Processo de decantação.............................................................................................22

    Figura 4. Fluxograma – Produção da alumina..........................................................................23

    Figura 5. Mecanismo de secagem.............................................................................................24

    Figura 6. Classificação dos materiais expostos ao campo de micro-ondas..............................25

    Figura 7. Princípio de ação das micro-ondas............................................................................27

    Figura 8. Óxido de alumínio (amostra utilizada para a realização dos testes)..........................28

    Figura 9. Esquema do equipamento montado para a realização dos experimentos..................29

    Figura 10. Cavidade e secagem e balança semi-analítica.........................................................30

    Figura 11. Cavidade de secagem para a determinação da curva de secagem...........................30

    Figura 12. Cavidade de secagem para a determinação da penetração de micro-ondas na

    amostra de secagem..................................................................................................................31

    Figura 13. Esquema montado com a inserção das fibras ópticas/ aquisidor de dados.............31

    Figura 14. Preparo da amostra – Filtração................................................................................33

    Figura 15. Filtração...................................................................................................................33

    Figura 16. Gráficos referentes aos resultados do 1º teste exploratório – (umidade, potência

    específica e velocidade) x tempo..............................................................................................38

    Figura 17. Gráficos referentes aos resultados do 1º teste exploratório– (porcentagem de

    potência refletida e potências) x tempo....................................................................................39

    Figura 18. Gráficos referentes aos resultados do 2º teste preliminar – (umidade, potência

    específica e velocidade) x tempo.............................................................................................43

  • Figura 19. Gráficos referentes aos resultados do 2º teste preliminar – (porcentagem de

    potência refletida e potências) x tempo....................................................................................40

    Figura 20. Gráficos referentes aos resultados do 3º teste preliminar– (umidade, potência

    específica e velocidade) x tempo.............................................................................................47

    Figura 21. Gráficos referentes aos resultados do 3º teste preliminar – (porcentagem de

    potência refletida e potências) x tempo...................................................................................48

    Figura 22. Fusão da amostra....................................................................................................52

    Figura 23. Gráficos referentes aos resultados do 4º teste preliminar – (umidade, potência

    específica e velocidade) x tempo.............................................................................................53

    Figura 24. Gráficos referentes aos resultados do 4º teste preliminar – (porcentagem de

    potência refletida e potências) x tempo....................................................................................54

    Figura 25. Vaso com amostras (arco voltaico).........................................................................55

    Figura 26. Gráficos referentes aos resultados do 1º teste efetivo– (umidade, potência

    específica e velocidade) x tempo.............................................................................................57

    Figura 27. Gráficos referentes aos resultados do 1º teste efetivo – (porcentagem de potência

    refletida e potências) x tempo...................................................................................................58

    Figura 28. Gráficos referentes aos resultados do 2º teste efetivo – (umidade, potência

    específica e velocidade) x tempo.............................................................................................60

    Figura 29. Gráficos referentes aos resultados do 2º teste efetivo– (porcentagem de potência

    refletida e potências) x tempo...................................................................................................61

    Figura 30. Gráficos referentes aos resultados do 3º teste efetivo – (umidade, potência

    específica e velocidade) x tempo.............................................................................................63

    Figura 31. Gráficos referentes aos resultados do 3º teste efetivo – (porcentagem de potência

    refletida e potências) x tempo...................................................................................................64

    Figura 32. Gráficos referentes aos resultados do 4º teste efetivo– (umidade, potência

    específica e velocidade) x tempo............................................................................................66

    Figura 33. Gráficos referentes aos resultados do 4º teste efetivo – (porcentagem de potência

    refletida e potências) x tempo..................................................................................................67

  • Figura 34. Gráficos referentes aos resultados do 5º teste efetivo – (umidade, potência

    específica e velocidade) x tempo.............................................................................................69

    Figura 35. Gráficos referentes aos resultados do 5º teste efetivo – (porcentagem de potência

    refletida e potências) x tempo...................................................................................................70

    Figura 36. Gráficos referentes aos resultados do 6º teste efetivo – (umidade, potência

    específica e velocidade) x tempo.............................................................................................72

    Figura 37. Gráficos referentes aos resultados do 6º teste efetivo– (porcentagem de potência

    refletida e potências) x tempo...................................................................................................73

    Figura 38. Ordem de colocação das fibras................................................................................74

    Figura 39. Gráficos referentes aos resultados do 1º teste – temperatura x (tempo e massa)....75

    Figura 40. Gráficos referentes aos resultados do 2º teste – temperatura x (tempo e massa)....77

    Figura 41. Gráficos referentes aos resultados do 3º teste – temperatura x (tempo e massa)....79

    Figura 42. Gráficos referentes aos resultados do 4º teste – temperatura x (tempo e massa)....82

    Figura 43. Gráficos referentes aos resultados do 5º teste – temperatura x (tempo e massa)....83

    Figura 44. Gráficos referentes aos resultados do 6º teste – temperatura x (tempo e massa)....85

  • LISTA DE TABELAS

    Tabela 1. Condições de digestão………………………………………………...……...…....21

    Tabela 2. Condições do 1º teste ...............................................................................................36

    Tabela 3. Tabela de resultados da secagem da amostra com umidade nominal de 15%..........37

    Tabela 4. Valores de umidade...................................................................................................39

    Tabela 5. Condições do 2º teste................................................................................................40

    Tabela 6. Tabela de resultados da secagem da amostra com umidade nominal de 8%............40

    Tabela 7. Condições do 3º teste ...............................................................................................45

    Tabela 8. Tabela de resultados da secagem da amostra sem adição de água............................45

    Tabela 9. Condições do 4º teste................................................................................................49

    Tabela 10. Tabela de resultados da secagem da amostra sem a adição de água- amostra

    mantida em ambiente úmido.....................................................................................................49

    Tabela 11. Condições do 1º teste..............................................................................................56

    Tabela 12. Tabela de resultados de secagem da amostra com umidade medida na balança do

    IR de 4,42% com 400 W de micro-ondas...............................................................................56

    Tabela 13. Condições do 2º teste – curva de secagem..............................................................59

    Tabela 14. Tabela de resultados da secagem da amostra com umidade medida na balança do

    IR de 4,42% com 400 W de micro-ondas.................................................................................59

    Tabela 15. Condições do 3º teste – curva de secagem..............................................................62

    Tabela 16. Tabela de resultados da secagem da amostra com umidade medida na balança do

    IR de 4,42% com 400 W de micro-ondas.................................................................................62

    Tabela 17.Condições do 4º teste – curva de secagem...............................................................65

    Tabela 18. Tabela de resultados da secagem da amostra com umidade medida na balança do

    IR de 3,90% com 600 W de micro-ondas.................................................................................65

    Tabela 19. Condições do 5º teste- curva de secagem................................................................68

    Tabela 20.Resultados da secagem da amostra com umidade medida na balança do IR de

    4,10% com 600 W de micro-ondas...........................................................................................68

    Tabela 21.Condições do 6º teste- curva de secagem.................................................................71

    Tabela 22.Tabela de resultados da secagem da amostra com umidade na balança do IR de

    4,20% com 600 W de micro-ondas..........................................................................................71

    Tabela 23.Condições do 1º teste- penetração de micro-ondas..................................................74

  • Tabela 24. Tabela de resultados do controle de temperatura da amostra com umidade medida

    na balança do IR de 5,42% com 400 W de micro-ondas........................................................74

    Tabela 25. Condições do 2º teste- penetração de micro-ondas.................................................76

    Tabela 26. Tabela de resultados do controle de temperatura da amostra com umidade medida

    na balança do IR de 5,45% com 400 W de micro-ondas........................................................76

    Tabela 27. Condições do 3º teste- penetração de micro-ondas.................................................78

    Tabela 28. Tabela de resultados do controle de temperatura da amostra com umidade medida

    na balança do IR de 5,90% com 400 W de micro-ondas........................................................78

    Tabela 29. Condições do 4º teste- penetração de micro-ondas.................................................80

    Tabela 30. Tabela de resultados do controle de temperatura da amostra com umidade medida

    na balança do IR de 4,40 % com 600 W de micro-ondas.......................................................80

    Tabela 31. Condições do 5º teste- penetração de micro-ondas.................................................82

    Tabela 32 Tabela de resultados do controle de temperatura da amostra com umidade medida

    na balança do IR de 4,82 % com 600 W de micro-ondas.......................................................82

    Tabela 33. Condições do 6º teste- penetração de micro-ondas.................................................84

    Tabela 34. Tabela de resultados do controle de temperatura da amostra com umidade medida

    na balança do IR de 4,77 % com 600 W de micro-ondas.......................................................84

  • 16 1 INTRODUÇÃO

    Hoje muitos são os trabalhos realizados com a aplicação de micro-ondas, tais como: digestão

    de amostras para análise, secagem de sais e produtos químicos sólidos, sínteses inorgânicas e

    orgânicas. As vantagens do processo de aquecimento pelo emprego de micro-ondas em

    relação ao aquecimento convencional estão relacionadas ao fato de que as micro-ondas

    proporcionam o aquecimento do material na ausência de superfície de contato, havendo

    transferência de energia com rapidez devido ao aquecimento volumétrico.

    A aplicação de micro-ondas em processos industriais está sendo utilizada por vários

    segmentos produtivos, quer para processos de aquecimento, quer para catálise de reações,

    secagem ou mesmo para pré-tratamentos de minérios.[1]

    Uma das aplicações de micro-ondas que vêm obtendo sucesso é a determinação em

    laboratório de umidade de sólidos, pois a quantidade de amostra manuseada é pequena e a

    velocidade de resposta é muito rápida em relação ao IR (analisador de umidade por

    infravermelho) e estufa.

    Em estudos comparativos de secagem de bauxitas por diferentes técnicas de secagem (chapa,

    estufa e micro-ondas), observo-se que a determinação de umidade por micro-ondas é feita em

    um intervalo de tempo muito menor (de 17 a 20 min.) que por chapa aquecida (55 min.) e por

    estufa (16 h), agilizando, portanto, a correção de umidade dos embarques e elaboração de

    boletins de análises fornecidos para os clientes.[2]

    Outros estudos em que foram investigados os mecanismos de secagem por irradiação de

    micro-ondas, é o de secagem de borra de sílica e o estudo da cinética de secagem de

    ilmenitas.[3,4]

    O estado da arte não apresenta de forma detalhada como ocorre o fenômeno de secagem com

    micro-ondas, apesar do grande número de artigos publicados sobre o assunto. Para cobrir esta

    lacuna, desenvolveu-se este trabalho visando quantificar o efeito de micro-ondas de 2,45 GHz

    na velocidade de secagem e no perfil de temperatura dentro do substrato submetido à secagem

    e no perfil de temperatura dentro do substrato submetido à secagem por micro-ondas.

  • 17 2 OBJETIVO

    O presente trabalho foi desenvolvido com o objetivo de colaborar na elucidação do fenômeno

    de secagem de sólidos com micro-ondas, cobrindo a lacuna de informação apresentando

    dados, valores quantitativos sobre esta operação unitária.

  • 18 3 JUSTIFICATIVA

    A utilização de micro-ondas em secagem vem adquirindo cada vez mais uma maior aceitação

    industrial. Há várias empresas que vendem secadores industriais com micro-ondas como,

    Thermex-Thermatron [5], Linn-High-Therm [6], Larox [7], entre outros, mas não se encontra

    uma descrição mais completa do fenômeno de secagem com a aplicação de micro-ondas.

    Apesar da operação de secagem convencional ser muito bem conhecida, seus princípios não

    são exatamente os mesmos que da secagem com micro-ondas. Fato esse que leva o

    dimensionamento dos secadores de micro-ondas ser, ainda, muito ligado ao empirismo e

    especialização do projetista na arte de aplicar micro-ondas em escala maior que a do

    laboratório.

    Como resultado, os processos comerciais de secagem com micro-ondas são desenvolvidos

    mais com base em observações de ordem primária do que em fundamentos e princípios de

    transferência de massa incentivada por micro-ondas. Assim, justifica-se a necessidade de

    proceder a estudos mais detalhados sobre o fenômeno de secagem com micro-ondas.

  • 19 4 ALUMINA

    À guisa de ilustração, para melhor conhecimento do material que será utilizado para estudar o

    processo de secagem com micro-ondas, é apresentado uma breve informação sobre a alumina

    e sua produção. Também é apresentada uma breve visão sobre as micro-ondas.

    4.1 BAUXITA

    A bauxita, utilizada pela indústria de alumínio, foi descoberta por um químico francês perto

    de Les Baux, no sul da França, em cujas proximidades foi descoberta a primeira jazida, em

    1821. [8,9]

    Os principais constituintes deste material são a gibbsita � − ������ , e os polimorfos

    boehmita,� − ������� e diásporo, ∝ −������� sendo que as proporções das três formas

    variam dependendo da localização geográfica do minério. As impurezas presentes na bauxita

    são óxido de ferro, sílica, óxido de titânio e alumino silicatos, à quantidades que variam com a

    região de origem.[8]

    A gibbsita requer condições mais suaves de dissolução (Processo Bayer). Altas temperaturas e

    concentrações alcalinas são necessárias para a digestão da boehmita e diásporo. [10]

    Cerca de 80 a 90% da produção mundial da bauxita é usada na obtenção da alumina (�����

    que é então, destinada à indústria do alumínio metálico. Os 10% a 15% restantes têm ampla

    aplicação industrial para a manufatura de materiais refratários, abrasivos, produtos químicos,

    cimento com alto teor de alumina e outros. [11]

    Mineração

    No planalto de Poços de Caldas-MG, a bauxita disponível e a facilidade com que pode ser

    extraída do solo são os diferenciais mias atrativos da reservas.

    Usualmente, as reservas de bauxita podem apresentar minério a uma profundidade de até 30

    metros do solo, ou até mesmo estarem disponíveis em minas subterrâneas (> 30m). O

  • 20 diferencial das minas de Poços de Caldas-MG é que o minério pode ser encontrado a partir de

    30 centímetros do solo. Nesse caso, só é necessário a retirada do top soil - camada fértil e

    rica em nutrientes que posteriormente será usada na recuperação da área, para se iniciar a

    retirada de minério. O material coletado é então enviado à refinaria, onde iniciará, sua

    transformação. [9]

    Todas as áreas mineradas, após a extração da bauxita, são reflorestadas e reabilitadas (Figura

    1).

    Figura 1. Frente de mineração / mesma área após reabilitação – [9]

    4.2 PROCESSO BAYER – PRODUÇÃO DE ALUMINA ������

    Em 1888, o químico austríaco Karl Josef Bayer descobriu um processo que se tornou

    fundamental para a produção de alumina. O sistema Bayer permite, por meio do refino da

    bauxita, que se obtenha o hidróxido de alumínio e/ou alumina.

    O processo começa com a preparação das matérias-primas e posteriores etapas de digestão,

    clarificação/filtração e precipitação do hidrato para em seguida, ser calcinado e convertido

    em alumina. [9]

    No processo Bayer, é explorada uma importante propriedade química comum à gibbsita,

    boehmita, e diáspora: esses compostos se dissolvem em solução de soda cáustica, NaOH, sob

    condições moderadas de pressão e temperatura: a solubilidade de Al2O3 em NaOH é

    dependente da temperatura, a maioria dos outros componentes da bauxita são muito inertes no

    processo, e a sílica que se dissolve subsequentemente, forma um composto praticamente

    insolúvel.[10]

  • 21 Estas características permitem a formação de uma solução de aluminato de sódio ������, a

    separação física das impurezas, e precipitação de puro Al(OH)3, a partir da solução

    aquecida.[10]

    O processo começa com a preparação da bauxita (cerca de 55% de óxido de alumínio e

    menos de 7% de sílica) que é britada e cominuída a úmido até a malha 100.

    A bauxita finamente dividida é dissolvida sob pressão e a quente, num digestor com solução

    de NaOH concentrada e usada no ciclo anterior, em presença de cal e barrilha em quantidade

    suficientes. Forma-se o aluminato de sódio e a sílica dissolvida é precipitada como silicato

    de alumínio e sódio.[12]

    Plantas modernas comumente operam em temperaturas entre 200 e 240°C, e pressão em

    torno de 30 atm.[13]

    As condições de digestão da bauxita em plantas comerciais, são descritas na Tabela 1.

    Tabela 1. Condições de digestão – [10]

    Composição da bauxita Temperatura ,

    K

    [NaOH],

    g/L

    [Al2O3],

    g/L

    Gibbsita 380

    415

    260

    105-145

    165

    90-130

    Boehmita

    Diásporo*

    470

    510

    535

    150-250

    105-145

    150-250

    120-160

    90-130

    100-150

    *Cao é adicionado na digestão pra acelerar a dissolução do diásporo

    Reação no digestor:

    ���������+�������� → ������������� (1)

  • 22 ����������+�������� ���� → ������������� (2)

    Os equipamentos para digestão incluem o vaso do reator, trocadores de calor e bombas. O

    fluxo através de unidades de um único digestor pode ser tão elevada como 12 m3/min. A

    Figura 2, ilustra um exemplo de tubo digestor.

    Figura 2. Tubo digestor – [10]

    a) Bomba pistão ; b) Aquecedor; c) Condensador; d) Válvula de controle de fluxo; e) Vapor

    A clarificação é a etapa onde ocorre a separação entre as fases sólida (resíduo insolúvel) e

    líquida. O resíduo insolúvel (lama vermelha) é separado da solução de alumina por

    filtração e lavagem e enviado à recuperação. Usam-se espessadores (decantadores) e filtros

    Kelly ou Oliver.[12]. A Figura 3 ilustra um exemplo do processo de decantação.

    Figura 3. Processo de decantação – [10]

    A solução filtrada de aluminato de sódio é hidrolisada para precipitar o hidróxido de

    alumínio no resfriamento.

  • 23 ������������� → ��������� ��������� (3)

    O precipitado é filtrado e lavado. A última etapa de produção da alumina é a calcinação. A

    temperatura do hidróxido de alumínio é elevada acima de 1380 K, resultando na reação:

    2��������� → ������� �3������ (4)

    De uma forma global, o processo pode ser visualizado no fluxograma da Figura 4.

    Figura 4. Fluxograma – produção da alumina [9]

  • 24

    5. SECAGEM

    Entende-se por secagem a operação unitária destinada à remoção de um líquido agregado a

    um sólido para uma fase gasosa insaturada através de vaporização térmica. Esta vaporização

    ocorre em uma temperatura inferior àquela de ebulição do líquido na pressão do sistema.

    Durante a secagem, para que haja a evaporação de água da superfície do material ao ambiente,

    ela deve ser transportada do interior do sólido até a superfície (Figura 5).

    O movimento de água do interior do material até à superfície é analisado pelos mecanismos

    de transferência de massa, que indicarão o grau de dificuldade de secagem nos materiais.

    SUPERFÍCIE DE SECAGEM

    INTERIOR DO MATERIAL

    Figura 5. Mecanismo de secagem – [14]

    Os mecanismos de secagem mais importantes são:

    - Difusão líquida: ocorre devido à existência do gradiente de concentração do líquido;

    - Difusão de vapor: ocorre devido ao gradiente de pressão de vapor, causado pelo gradiente

    de temperatura;

    - Escoamento de líquido e vapor: ocorrem devido à diferença de pressão externa, de

    concentração, capilaridade e alta temperatura.

    Diversos tipos de equipamentos são utilizados industrialmente para realizar secagem, entre os

    mais comuns:

    - De bandejas

    - De esteira

    - Secadores rotativos

    - Leito fluidizado

    - Secadores com chama indireta (tipo flash dryers)

    Transferência de calor

    Mecanismo de Migração Umidade

  • 25

    6. MICRO-ONDAS

    A radiação micro-ondas é um tipo de energia eletromagnética com frequência na faixa de 103

    e 104 MHz. Essa radiação não-ionizante causa migração de íons e rotação de dipolos, mas

    não causa mudanças na estrutura molecular.[15,16]

    A região de micro-ondas situa-se entre a região de infravermelho e ondas de rádio no espectro

    eletromagnético. [1]

    Quando o material é exposto ao campo de micro-ondas, ele pode se comportar de maneira

    diferente, dependendo de suas propriedades eletromagnéticas. O material pode refletir a

    energia eletromagnética, ele é um material opaco. O material pode transmitir a energia

    eletromagnética, é um material transparente. Quando o material absorve a energia

    eletromagnética, diz-se que é um material dielétrico. [17]

    Material transparente

    Material opaco

    Material dielétrico

    Figura 6. Classificação dos materiais expostos ao campo

    de micro-ondas– [17]

    Em relação às micro-ondas, os materiais podem ser caracterizados por sua permissividade

    elétrica (constante dielétrica ɛ’, da alumina: 8-11), fator de perdas (constante de perdas ɛ”) e

    Energia refletida opaco

    Energia transmitida opaco

    Energia absorvida

  • 26 tangente de perdas (tan δ). A permissividade do material mede a capacidade de um material

    armazenar energia elétrica em um dado volume.

    6.1 PERDAS DIELÉTRICAS

    O aquecimento por micro-ondas ocorre pela movimentação rotacional das moléculas

    submetidas à irradiação, tipicamente pela rotação de dipolos e pela condução iônica, sendo

    que na prática, estes mecanismos atuam simultaneamente. A forma de aquecimento de um

    material pela radiação de micro-ondas depende em parte de um fator de dissipação do

    material (tan δ).

    ��� = "##

    "# (5)

    A constante dielétrica determina a habilidade de um material em armazenar a radiação de

    micro-ondas sob forma elétrica, enquanto ela atravessa o material, e a perda dielétrica é uma

    medida de quanto esta energia é dissipada por este material na forma de calor e é dependente

    do valor da frequência de micro-ondas. Quando as micro-ondas penetram em um material, a

    energia é absorvida pelo mesmo material em uma taxa dependente do seu respectivo fator de

    dissipação, que assume um valor infinito em materiais que refletem as micro-ondas, como os

    metais, ou ainda poder ser considerado nulo em materiais totalmente transparentes à radiação

    micro-ondas. [17]

    Como a energia absorvida é dissipada na forma de calor, quanto maior for o fator de

    dissipação, menor será o poder de penetração das micro-ondas no material, a uma dada

    frequência.

    6.2 AQUECIMENTO POR MICRO-ONDAS

    O aquecimento por micro-ondas ocorre pela movimentação rotacional das moléculas

    submetidas à irradiação tipicamente pela rotação de dipolos e pela condução iônica.

    O mecanismo de rotação de dipolos, depende exclusivamente da existência de moléculas

    polares. As moléculas estão distribuídas aleatoriamente e na presença do campo de micro-

    ondas ocorre um alinhamento dessas moléculas. Como o campo de micro-ondas é alternado,

  • 27 as moléculas serão alinhadas de acordo com a frequência de micro-ondas. A partir dessa

    rotação é gerado o calor, e a solução é aquecida, Figura 7. [18]

    Figura 7. Princípio de ação das micro-ondas- [19]

    Na condução iônica, existe uma migração condutiva dos íons dissolvidos, quando há a

    aplicação de um campo eletromagnético, gerando calor.

    A geração de calor ocorre, porque há uma resistência ao fluxo de íons pela solução. A

    migração é função da concentração, da mobilidade iônica e da temperatura da solução. [18]

    As vantagens do processo de aquecimento pelo emprego de micro-ondas em relação ao

    aquecimento convencional estão relacionadas ao fato de que as micro-ondas proporcionam o

    aquecimento do material na ausência de contato, havendo transferência de energia com

    rapidez, aquecimento volumétrico, iniciando-se no interior do material, além do alto nível de

    segurança e automação. [1]

    6.3 APLICAÇÃO DE MICRO-ONDAS NA INDÚSTRIA – QUÍMICA

    Na indústria, a aplicação mais comum de secagem por micro-ondas é a de aquecimento dos

    materiais como papel, couro, tinta, madeira, plásticos, gesso, borracha, compensado, produtos

    farmacêuticos e alimentícios (cozimento, eliminação de fungos de sementes, desidratação,

    etc). [20,21]

    As micro-ondas também são utilizadas para sínteses, extração de compostos orgânicos,

    mineralização de amostras orgânicas e inorgânicas. [22]

    Na área de processamento de lixo e resíduos, é utilizada no tratamento de gases e substâncias

    químicas tóxicas, e na recuperação de metais (ouro, prata e cobre), presentes em placas de

    circuitos eletrônicos. [23]

  • 28 Na medicina, a tecnologia de micro-ondas está sendo utilizadas no tratamento do câncer de

    mamas e próstata. [17]

    7 MATERIAIS E MÉTODOS

    7.1 MATERIAIS 7.1.1 MATERIAIS DE CONSUMO

    a) Óxido de alumínio abrasivo (alumina sinterizada), lote 96710813-250, ALR 24,

    Elfusa (Figura 8).

    Figura 8. Óxido de alumínio (amostra utilizada para a realização dos testes)

    b) Água destilada

    7.1.2 EQUIPAMENTOS

    Abaixo são descritos os equipamentos utilizados nos ensaios para a determinação da curva de

    secagem utilizando irradiação de micro-ondas e de penetração de micro-ondas para a

    alumina.

    • Termômetro Incortern 5254 ASTM 2C, faixa -5°C a 300ºC

    • Balança Gehaka BK 3000, d = 0,01 g

    • Bomba de vácuo PRISMATIC modelo 131,tipo 2VC, Série 523

  • 29

    • Filtro Büchner e

    • Frasci de Kitassato

    • Câmara de secagem com micro-ondas (Figura 9)

    • Gerador de micro-ondas Cober de 2,45 GHz com potência variável até 2 Kw.

    • Fonte de tensão variável Cober Eletronics, inc.

    • Medidor de potência AGILENT E 4193

    • Medidor de radiação de micro-ondas Instrutemp, MW 202D

    • Fibras ópticas FISO (Fiber optic temperature gange), modelo FOT-H, range -50 to

    350ºC

    • FISO Technologies UM/4 Universal Instrument Multichanmel

    • Aquisidor de dados para fibras ópticas

    • Suporte em teflon

    • Vaso de alumínio de 30 mm e 100 mm

    • Espátula de alumínio

    • 568 IR Thermometer (Fluke)

    • Cronômetro TECHNOS –TEC 426

    • IV-2500 Analisador de umidade por infravermelho (IR)

    Gerador de micro-ondas de 2,45 GHz

    Fonte de tensão

    variável

  • 30 Figura 9. Esquema do equipamento montado para a realização dos experimentos

    Para a realização dos experimentos foi adaptada uma cavidade de forno de micro-ondas

    doméstico de 30 L. As Figuras 10,11,12 e 13 ilustram as adaptações realizadas.

    Figura 10. Cavidade de secagem e balança semi-analítica

    Figura 11. Cavidade de secagem para a determinação da curva de secagem

    Balança semi-analítica acoplada ao suporte de amostra para o acompanhamento da perda de massa de água durante a secagem.

    Misturador de modos

    Entrada de micro-ondas

    Vaso de 30 mm (gabarito para a altura do leito de secagem)

    Suporte de teflon

  • 31

    Figura 12. Cavidade de secagem para a determinação de penetração de micro-ondas na

    amostra em secagem

    Figura 13. Esquema montado com a inserção das fibras ópticas /aquisidor de dados

    Vaso de 100 mm (gabarito para a altura do leito de secagem)

    Suporte de teflon

  • 32 7.2 MÉTODOS

    7.2.1 EXPERIMENTOS PRELIMINARES

    O trabalho envolveu a monitoração da massa e da temperatura da amostra, submetida a

    diferentes intensidades de potência de micro-ondas de 2,45 GHz.

    No desenvolvimento do estudo, trabalhou-se com o conceito de potência efetiva, irradiada e

    refletiva. Para o presente estudo, a amostra de alumina comercial, foi umedecida com água

    destilada, procurando conseguir uma umidade o mais homogênea possível na amostra.

    Foram realizados testes preliminares, cuja finalidade era descobrir a quantidade de água

    necessária para umedecer a amostra de forma homogênea, sem que haja segregação de água

    para o fundo do recipiente utilizado para a secagem.

    Observou-se segregação da água no preparo de grandes quantidades de amostra. Também,

    após o preparo da amostra, e embalada em saco plástico e lacrado, há perda de umidade. Os

    testes mostraram que a amostra absorve água do ambiente.

    Por esse motivo, para a realização dos testes efetivos, não se optou pelo preparo de uma única

    amostra de grande massa, mas sim pelo preparo de amostras pequenas restritas apenas a uma

    determinação.

    Para garantir a mínima variação de umidade, foi proposto o método de preparo de amostras

    descrito no item 7.2.2.

    7.2.2 PREPARO DE AMOSTRAS PARA O ESTUDO DA SECAGEM DE

    ALUMINA

    7.2.2.1. Para testes preliminares

    A amostra foi preparada adicionando-se a água à alumina com o auxílio de um béquer até

    atingir a umidade definida. As amostras foram preparadas inicialmente com três porcentagens

    de umidade: 25,10 e 15%.

  • 33 7.2.2.2. Para testes efetivos

    Como decorrência do aprendizado com os testes preliminares, adotou-se para o preparo das

    amostras de alumina úmida o seguinte procedimento:

    Em um balde plástico, foi colocado 2 kg de amostra (alumina) e preenchido com água

    destilada. O balde permaneceu lacrado e somente ao início de cada teste, foi aberto para o

    preparo das amostras, conforme o roteiro descrito a seguir (Figuras 14 e 15):

    • Pesar a quantidade de amostra prevista (em média 400 gramas), já umedecida.

    • Colocar a amostra no funil de Büchner (utilizar papel de filtro adequado) .

    • Ajustar a pressão da bomba de vácuo $�%&'(�)�� = 0,13-�.$���í)�� = 0,3012/45� .

    • Simultaneamente, iniciar a filtragem com contagem dos tempos.

    • No decorrer do tempo, homogeneizar a amostra.

    • Encerrar a filtragem com 02 minutos de contagem.

    • Analisar a umidade da amostra no equipamento de infravermelho.

    • Acondicionar a amostra em saco plástico lacrado.

    Figura 14. Preparo da amostra - Filtração

    Figura 15. Filtração

  • 34 7.2.3 DETERMINAÇÃO DA CURVA DE SECAGEM Para este experimento foi utilizado um vaso em alumínio com 30 mm de altura interna e

    diâmetro interno de 9,6 mm, com 300 a 400 gramas de amostra e potência de micro-ondas de

    400 e 600 Watts. As massas e as potências irradiadas e refletidas foram monitoradas

    simultaneamente, com a contagem dos tempos até a secagem total, quando não há mais

    variação de massa. As determinações foram realizadas em triplicata.

    O procedimento adotado é o descrito a seguir:

    • Tarar o vaso.

    • Adicionar o material até a borda, raspar para ficar uniforme - não compactar.

    • Anotar a massa inicial do sistema.

    • Irradiar com micro-ondas de 2,45GHz, com potência de micro-ondas efetiva de 400 e

    600 W.

    • Simultaneamente, iniciar a contagem dos tempos.

    • Monitorar a massa e as potências irradiada e refletida.

    • Aquecer até secagem total (admitiu-se tal situação quando a massa variava 0,05 g).

    • Após o término da secagem, os dados foram tratados para construir os gráficos: umidade

    x tempo, potência efetiva x tempo, porcentagem de potência refletida x tempo, potências

    x tempo, velocidade de secagem x tempo.

    • Acondicionar a amostra seca em saco plástico lacrado.

    7.2.4 DETERMINAÇÃO DA PENETRAÇÃO DE MICRO-ONDAS

    Para este experimento foi utilizado um vaso em alumínio de 100 mm, com 550 a 600 gramas

    de amostra e inserção de fibras ópticas. A potência utilizada foi de 400 e 600 Watts. As

    temperaturas e as potências irradiadas e refletidas foram monitoradas simultaneamente, com a

    contagem dos tempos. O aquecimento por micro-ondas foi conduzido até que a fibra mais

    profunda atingiu a temperatura máxima. As determinações foram realizadas em triplicata.

    O procedimento adotado é o descrito a seguir:

    • Tarar o vaso com os poços termométrico.

    • Encher o vaso com a amostra, até a boca, apenas deixando-a cair no vaso (não compactar)

    • Anotar a massa de amostra

  • 35

    • Inserir os poços termométricos

    • Colocar na cavidade

    • Inserir as fibras ópticas

    • Irradiar com micro-ondas de 2,45 GHz com potência de micro-ondas efetiva de 400 e

    600 W.

    • Simultaneamente, iniciar a contagem dos tempos.

    • Monitorar as temperaturas em cada fibra e as potências irradiada e refletida.

    • Aquecer até que a fibra mais profunda atinja a temperatura máxima.

    • Após o término da secagem foram construídos os gráficos da temperatura x tempo e

    temperatura x massa.

    • Acondicionar a amostra em saco plástico lacrado.

    O posicionamento das fibras ópticas foi com a ponta sensora no eixo central do vaso,

    colocadas na horizontal.

    7.2.5 CÁLCULO PRÉVIO DA ENERGIA NECESSÁRIA PARA A SECAGEM DA

    AMOSTRA

    A secagem da amostra foi realizada no Laboratório de Micro-ondas do Instituto Mauá de

    Tecnologia.

    Inicialmente determinou-se a umidade da amostra com o medidor de umidade por

    infravermelho e se calculou a potência efetiva de micro-ondas necessária para a eliminação

    desta água, considerando-a como, água livre. Esta potência efetiva de micro-ondas necessária

    para a secagem das amostras, para a realização dos testes preliminares foi calculada utilizando

    a seguinte equação:

    $62� = 7�589:;?89:;?Á�:�=∆A� �5Á�:�=DEF=4,18

    I65?JK6L64�165�5�

  • 36 Nos testes preliminares, observou-se problemas com o cálculo teórico devido ao fenômeno

    de água ligada na amostra, que eleva a quantidade de energia necessária para a secagem.

    Dessa forma, decidiu-se utilizar a potências usuais para estudos de secagem: 400 e 600 Watts.

    8. RESULTADOS E DISCUSSÕES 8.1 TESTES PRELIMINARES Foram realizados testes exploratórios para definir a região de melhor operação. Os testes

    preliminares foram realizados com a finalidade de descobrir a quantidade de água necessária

    para umedecer a amostra de forma homogênea sem que haja segregação de água para o fundo

    do recipiente utilizado. As amostras foram preparadas de acordo com o item 7.2.2. Os

    resultados destas amostras preparadas inicialmente com três porcentagens de umidade iniciais

    foram:

    • 25% - observou-se uma quantidade considerável de água aparente

    • 20% - não houve sobra de água no recipiente, notou-se muita umidade na amostra ao

    fundo do recipiente

    • 15% - quantidade considerada boa para iniciar os testes de secagem

    1º TESTE EXPLORATÓRIO: SECAGEM DA AMOSTRA COM UMIDADE NOMINAL

    DE 15%

    A amostra foi preparada com a adição de 15% de água e calculou-se a massa final (teórica)

    para se atingir o final da secagem. Ao ser analisada pelo IR, a umidade medida foi de 8%. A

    massa final foi recalculada, admitindo-se os 8% de umidade inicial, tabela 2. Os resultados da

    secagem são apresentados na Tabela 3 e nas Figuras 16 e 17.

  • 37

    Tabela 2. Condições do 1° teste

    Massa total g 1331,20 Massa da água g 199,68 Massa final g 1131,52 Umidade utilizada para o cálculo % 15 Umidade medida na balança IR % 8 Massa final calculada para a umidade de 8%

    % 1224,70

    Temperatura ambiente °C 22 Potência efetiva W 200 Pressão ambiente, mmHg 703 Altura do leito (recipiente) mm 100

    Tabela 3. Tabela de resultados da secagem da amostra com umidade nominal de 15%

    Controle de Massa

    Tempo (mim.)

    Massa (g) Potência(W)

    %Pref Umidade

    (%) Velocidade

    (g/min.)

    Potência específica

    (W/g) Irradiada Refletida Efetiva

    0 1331,20 0 0 0 0,000 15,000 0,0060 0,241 5 1330,80 321 86 235 26,791 14,970 0,0305 0,241 10 1329,17 317 77 240 24,290 14,848 0,0735 0,238 15 1325,91 315 70 245 22,222 14,603 0,3278 0,238 20 1307,35 287 72 215 25,087 13,208 0,5702 0,220 25 1287,96 286 71 215 24,825 11,752 0,5919 0,222 30 1267,95 271 56 215 20,664 10,249 0,5913 0,214 35 1248,60 270 66 204 24,444 8,795 0,5846 0,216 40 1229,04 284 66 218 23,239 7,326 0,3589 0,231

    45 1224,71 284 66 218 23,239 7,000 0,0651 0,232

    O teste foi interrompido com o valor da massa calculada para uma umidade nominal de 8%,

    conforme descrito anteriormente.

    Os resultados mostram que secagem não foi completa. Ao término do teste, havia água na

    cavidade e no fundo do recipiente.

    A água foi-se acumulando o fundo do recipiente ao longo do tempo. Observou-se também,

    que o nível de amostra abaixou cerca de 1 cm.

    Após 10 minutos de irradiação com micro-ondas, as potências irradiada, refletida e efetiva,

    apontaram uma tendência (em média) a valores respectivamente de 263,5, 200,5 e 63 Watts.

    m 45 minutos de teste, verificou-se que a água não foi absorvida pela amostra (alumina) e que

    a umidade inicial não era de 8%, caso contrário teríamos atingido a secagem total.

  • 38

    Figura 16. Gráficos referentes aos resultados do 1º teste - umidade, potência específica e

    velocidade x tempo

    0

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    14

    16

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

    Um

    ida

    de

    , %

    Tempo, min.

    0,210

    0,215

    0,220

    0,225

    0,230

    0,235

    0,240

    0,245

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

    Po

    tên

    cia

    esp

    ecí

    fica

    , W

    /g

    Tempo , min

    0

    0,1

    0,2

    0,3

    0,4

    0,5

    0,6

    0,7

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

    Ve

    loci

    da

    de

    , g

    /min

    .

    Tempo, min

  • 39

    Figura 17. Gráficos referentes aos resultados do 1º teste – porcentagem de potência refletida

    e potências x tempo

    No primeiro teste de controle de massa, observou-se diferenças nos valores de umidade

    calculado e medido pelo IR. Outras amostras foram preparadas e chegou-se ao resultado da

    Tabela 4.

    Tabela 4 – Valores de umidade

    Umidade

    (calculada, %)

    Umidade (medida na

    balança do IR,%)

    10 8,02

    8 8,97

    0,0

    5,0

    10,0

    15,0

    20,0

    25,0

    30,0

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

    % ,

    Po

    tên

    cia

    Re

    fle

    tid

    a

    Tempo , min.

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    350

    400

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

    Po

    tên

    cia

    s (W

    )

    Tempo ,min.

    Irradiada Refletida Efetiva

  • 40 Analisando os resultados, optou-se por preparar para o próximo teste, uma amostra com

    umidade nominal de 8%.

    2º TESTE PRELIMINAR: SECAGEM DA AMOSTRA COM UMIDADE NOMINAL DE

    8%

    A amostra foi preparada com a adição de 8% de água e calculou-se a massa final (teórica)

    para o final da secagem. Ao ser analisada no IR, a umidade medida da amostra foi de 5,22%.

    A massa final foi recalculada, admitindo-se os 5,22% de umidade inicial, tabela 5. Os

    resultados da secagem são apresentados na Tabela 6 e nas Figuras 18 e 19.

    Tabela 5. Condições do 2° teste

    Massa total g 1097,00 Massa da água g 87,76 Massa final g 1009,40 Umidade utilizada para o cálculo % 8 Umidade medida na balança IR % 5,22 Massa final calculada para a umidade de 5,22%

    % 1039,74

    Temperatura ambiente ºC 24 Potência efetiva W 400 Pressão ambiente, mmHg 702 Altura do leito (recipiente) mm 100

    Tabela 6. Tabela de resultados da secagem da amostra com umidade nominal de 8%

    Controle de Massa

    Tempo (mim.) Massa (g)

    Potência(W) %Pref

    Umidade (%)

    Velocidade (g/min.)

    Potência específica

    (W/g) Irradiada Refletida Efetiva

    0 1097,00 0,00 0,00 0,00 0,000 8,000 0,1796 0,485

    1 1095,03 532,18 117,80 414,38 0,221 7,820 0,2206 0,486

    2 1094,58 521,40 108,50 412,90 0,208 7,779 0,0939 0,476

    3 1094,00 517,60 97,20 420,40 0,188 7,727 0,1130 0,473

    4 1093,34 501,80 102,10 399,70 0,203 7,666 0,1313 0,459

    5 1092,56 501,00 104,90 396,10 0,209 7,595 0,1550 0,459

    6 1091,64 508,30 112,90 395,40 0,222 7,511 0,2443 0,466

    7 1089,88 513,90 116,50 397,40 0,227 7,351 0,7712 0,472

  • 41

    Controle de Massa

    Tempo (mim.) Massa (g)

    Potência(W) %Pref

    Umidade (%)

    Velocidade (g/min.)

    Potência específica

    (W/g) Irradiada Refletida Efetiva

    8 1083,18 520,30 121,40 398,90 0,233 6,740 1,2835 0,480

    9 1075,80 529,50 122,40 407,10 0,231 6,067 1,3655 0,492

    10 1068,20 528,90 123,20 405,70 0,233 5,375 1,3473 0,495

    11 1061,02 527,70 126,20 401,50 0,239 4,720 1,2890 0,497

    12 1054,06 544,80 160,00 384,80 0,294 4,086 1,2489 0,517

    13 1047,32 560,00 131,20 428,80 0,234 3,471 1,2325 0,535

    14 1040,54 475,30 70,60 404,70 0,149 2,853 1,1276 0,457

    15 1034,95 487,20 113,40 373,80 0,233 2,344 0,8569 0,471

    16 1031,14 557,20 169,20 388,00 0,304 1,996 0,5460 0,540

    17 1028,96 581,40 185,30 396,10 0,319 1,798 0,3318 0,565

    18 1027,50 603,20 204,20 399,00 0,339 1,665 0,2170 0,587

    19 1026,58 611,10 215,20 395,90 0,352 1,581 0,1276 0,595

    20 1026,10 614,80 214,30 400,50 0,349 1,537 0,0702 0,599

    21 1025,81 621,80 209,70 412,10 0,337 1,510 0,0392 0,606

    22 1025,67 609,50 202,50 407,00 0,332 1,498 0,0246 0,594

    23 1025,54 606,30 195,40 410,90 0,322 1,486 0,0237 0,591

    24 1025,41 605,40 188,10 417,30 0,311 1,474 0,0237 0,590

    25 1025,28 596,40 177,70 418,70 0,298 1,462 0,0246 0,582

    26 1025,14 580,20 170,30 409,90 0,294 1,449 0,0237 0,566

    27 1025,02 579,70 169,10 410,60 0,292 1,438 0,0219 0,566

    28 1024,90 573,20 162,30 410,90 0,283 1,428 0,0246 0,559

    29 1024,75 509,10 162,10 347,00 0,318 1,414 0,0255 0,497

    30 1024,62 569,00 160,10 408,90 0,281 1,402 0,0228 0,555

    31 1024,50 568,70 157,40 411,30 0,277 1,391 0,0246 0,555

    32 1024,35 567,80 152,30 415,50 0,268 1,377 0,0255 0,554

    33 1024,22 567,80 150,80 417,00 0,266 1,366 0,0246 0,554

    34 1024,08 567,80 152,10 415,70 0,268 1,353 0,0255 0,554

    35 1023,94 567,70 144,20 423,50 0,254 1,340 0,0255 0,554

    36 1023,80 558,20 143,30 414,90 0,257 1,327 0,0255 0,545

    37 1023,66 558,90 143,70 415,20 0,257 1,314 0,0264 0,546

    38 1023,51 557,90 142,50 415,40 0,255 1,301 0,0283 0,545

    39 1023,35 557,90 140,20 417,70 0,251 1,286 0,0292 0,545

    40 1023,19 557,50 142,30 415,20 0,255 1,272 0,0365 0,545

    41 1022,95 557,60 140,30 417,30 0,252 1,250 0,0301 0,545

    42 1022,86 557,40 138,40 419,00 0,248 1,242 0,0255 0,545

    43 1022,67 551,70 139,80 411,90 0,253 1,224 0,0319 0,539

    44 1022,51 552,00 140,90 411,10 0,255 1,210 0,0319 0,540

    45 1022,32 551,95 138,70 413,25 0,251 1,192 0,0328 0,540

    46 1022,15 552,10 138,90 413,20 0,252 1,177 0,0310 0,540

  • 42

    Controle de Massa

    Tempo (mim.) Massa (g)

    Potência(W) %Pref

    Umidade (%)

    Velocidade (g/min.)

    Potência específica

    (W/g) Irradiada Refletida Efetiva

    47 1021,98 552,20 139,40 412,80 0,252 1,161 0,0319 0,540

    48 1021,80 552,30 138,10 414,20 0,250 1,145 0,0356 0,541

    49 1021,59 552,30 138,10 414,20 0,250 1,126 0,0328 0,541

    50 1021,44 552,30 137,50 414,80 0,249 1,112 0,0264 0,541

    51 1021,30 552,40 137,60 414,80 0,249 1,099 0,0255 0,541

    52 1021,16 552,20 139,60 412,60 0,253 1,087 0,0246 0,541

    53 1021,03 552,20 137,10 415,10 0,248 1,075 0,0228 0,541

    54 1020,91 552,50 138,10 414,40 0,250 1,064 0,0219 0,541

    55 1020,79 551,90 137,50 414,40 0,249 1,053 0,0173 0,541

    56 1020,72 551,80 138,30 413,50 0,251 1,046 0,0137 0,541

    57 1020,64 551,70 136,40 415,30 0,247 1,039 0,0128 0,541

    58 1020,58 551,10 135,10 416,00 0,245 1,034 0,0128 0,540

    59 1020,50 551,34 134,60 416,74 0,244 1,026 0,0119 0,540

    60 1020,45 551,30 132,80 418,50 0,241 1,022 0,0046 0,540

    Decorridos 60 minutos de teste, não houve a secagem da amostra com 8% de umidade. Ao

    término do teste, havia uma quantidade menor de água no fundo do recipiente em relação ao

    teste anterior.

    Por outro lado, considerando como verdadeira a umidade medida no IR (5,22%), a perda de

    massa deveria ter cessado aos 14 minutos, com 1039,70 gramas pós o início do teste.

    Após 25 minutos de teste, a perda de massa em média, foi de 0,14 gramas, e a potência efetiva

    400 W. Os valores da potência específica no intervalo de 30 a 60 minutos, tendem a uma reta

    constante.

    No início do teste, a velocidade de secagem foi lenta. De 5 a 15 minutos houve um pico na

    velocidade da perda de massa e após 20 minutos de teste, a velocidade caiu

    significativamente, mantendo-se constante até o final do teste. No intervalo de 15 a 30

    minutos de teste, as potências irradiada e refletida, alcançaram um pico de valores. Após 30

    minutos de secagem as potências tenderam a valores constantes.

  • 43

    Figura 18. Gráficos referentes aos resultados do 2º teste – umidade, potência específica e

    velocidade x tempo

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    9

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

    Um

    ida

    de

    ,%

    Tempo ,min

    0,000

    0,100

    0,200

    0,300

    0,400

    0,500

    0,600

    0,700

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

    Po

    tên

    cia

    esp

    ecí

    fica

    , W

    /g

    Tempo , min.

    0,0000

    0,2000

    0,4000

    0,6000

    0,8000

    1,0000

    1,2000

    1,4000

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

    Ve

    loci

    da

    de

    , g

    /min

    .

    Tempo min.

  • 44

    Figura 19. Gráficos referentes aos resultados do 2º teste – porcentagem de % potência

    refletida e potências x tempo

    Decorridos 60 minutos de teste, não houve a secagem da amostra com 8% de umidade,

    notando-se presença de água no recipiente. Esse resultado levou a hipótese de que a amostra

    absorve água do ambiente. Dessa forma decidiu-se realizar o próximo teste, sem a adição de

    água.

    0

    0,05

    0,1

    0,15

    0,2

    0,25

    0,3

    0,35

    0,4

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

    %,

    Po

    tên

    cia

    Re

    fle

    tid

    a

    Tempo , min.

    0

    100

    200

    300

    400

    500

    600

    700

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

    Po

    tên

    cia

    s (W

    )

    Tempo de Secagem (min)

    Irradiada Refletida Efetiva

  • 45 3º TESTE: SECAGEM DA AMOSTRA SEM ADIÇÃO DE ÁGUA

    Nos testes anteriores, não conseguimos alcançar a secagem total, notando a presença de água

    no recipiente. Esses resultados levaram a hipótese de que a amostra absorve água do

    ambiente. No terceiro teste, utilizamos a amostra sem a adição de água. A umidade da

    amostra determinada pelo IR foi de 0,28%, Tabela 7. Os resultados as secagem são

    apresentados na Tabela 8 e nas Figuras 20 e 21.

    Tabela 7. Condições do 3° teste

    Massa total g 1221,97 Massa da água g 3,42 Massa final g 1218,55 Umidade medida na balança IR % 0,28 Temperatura ambiente ºC 24 Potência efetiva W 400 Pressão ambiente, mmHg 702 Altura do leito (recipiente) mm 100

    Tabela 8. Tabela de resultados da secagem da amostra sem adição de água

    Controle de Massa

    Tempo (mim.) Massa (g)

    Potência(W) %Pref Umidade (%)

    Velocidade (g/min.)

    Potência específica

    (W/g) Irradiada Refletida Efetiva

    0 1221,97 0,00 0,00 0,00 0,000 0,280 0,0057 0,771

    1 1221,90 942,40 427,10 515,30 45,320 0,274 0,0147 0,771

    2 1221,79 942,60 427,20 515,40 45,321 0,265 0,0164 0,771

    3 1221,70 942,70 429,50 513,20 45,561 0,258 0,0139 0,772

    4 1221,62 941,80 418,30 523,50 44,415 0,251 0,0098 0,771

    5 1221,58 940,10 412,40 527,70 43,868 0,248 0,0082 0,770

    6 1221,52 939,50 409,40 530,10 43,576 0,243 0,0098 0,769

    7 1221,46 938,60 405,30 533,30 43,181 0,238 0,0090 0,768

    8 1221,41 937,70 403,10 534,60 42,988 0,234 0,0090 0,768

    9 1221,35 937,30 396,40 540,90 42,292 0,229 0,0098 0,767

    10 1221,29 937,00 389,40 547,60 41,558 0,224 0,0106 0,767

    11 1221,22 922,20 382,20 540,00 41,444 0,218 0,0074 0,755

    12 1221,20 857,20 347,60 509,60 40,551 0,217 0,0074 0,702

  • 46

    Controle de Massa

    Tempo (mim.) Massa (g)

    Potência(W) %Pref

    Umidade (%)

    Velocidade (g/min.)

    Potência específica

    (W/g) Irradiada Refletida Efetiva

    13 1221,13 857,00 344,10 512,90 40,152 0,211 0,0082 0,702

    14 1221,10 856,20 340,20 516,00 39,734 0,209 0,0049 0,701

    15 1221,07 856,10 335,20 520,90 39,154 0,206 0,0074 0,701

    16 1221,01 851,10 319,10 532,00 37,493 0,201 0,0065 0,697

    17 1220,99 844,70 318,30 526,40 37,682 0,200 0,0049 0,692

    18 1220,95 845,30 309,10 536,20 36,567 0,196 0,0074 0,692

    19 1220,90 843,90 292,80 551,10 34,696 0,192 0,0082 0,691

    20 1220,85 766,80 263,10 503,70 34,311 0,188 0,0057 0,628

    21 1220,83 766,60 255,40 511,20 33,316 0,187 0,0041 0,628

    22 1220,80 766,40 248,90 517,50 32,477 0,184 0,0057 0,628

    23 1220,76 742,10 235,20 506,90 31,694 0,181 0,0065 0,608

    24 1220,72 741,30 225,10 516,20 30,366 0,178 0,0065 0,607

    25 1220,68 728,20 217,30 510,90 29,841 0,174 0,0057 0,597

    26 1220,65 728,30 212,40 515,90 29,164 0,172 0,0033 0,597

    27 1220,64 711,40 204,30 507,10 28,718 0,171 0,0025 0,583

    28 1220,62 711,30 200,40 510,90 28,174 0,169 0,0049 0,583

    29 1220,58 711,20 199,20 512,00 28,009 0,166 0,0041 0,583

    30 1220,57 683,60 188,10 495,50 27,516 0,165 0,0008 0,560

    Nesse teste, não foi adicionado na amostra, nenhuma porcentagem de água. Mesmo assim,

    quando analisada pelo IR, a amostra apresentou o valor de 0,28% de umidade.

    Há duas hipóteses para o ocorrido: a amostra absorve água (a alumina é higroscópica), ou

    com a presença da água ligada, forma-se uma hidroxila.

    O teste foi finalizado quando a massa variou de 0,03 gramas, aos 30 minutos de teste.

    Nessa condição, a umidade final foi de 0,17%. Nesse teste, a secagem não foi completa.

  • 47

    Figura 20. Gráficos referentes aos resultados do 3º teste – umidade, potência específica e

    velocidade x tempo

    0,000

    0,050

    0,100

    0,150

    0,200

    0,250

    0,300

    0 5 10 15 20 25 30 35

    Um

    ida

    de

    , %

    Tempo, min.

    0,000

    0,100

    0,200

    0,300

    0,400

    0,500

    0,600

    0,700

    0,800

    0,900

    0 5 10 15 20 25 30 35

    Po

    tên

    cia

    esp

    ecí

    fica

    , W

    /g

    Tempo, min.

    0,0000

    0,0020

    0,0040

    0,0060

    0,0080

    0,0100

    0,0120

    0,0140

    0,0160

    0,0180

    0 5 10 15 20 25 30 35

    Ve

    loci

    da

    de

    , g

    /min

    .

    Tempo , min.

  • 48

    Figura 21. Gráficos referentes aos resultados do 3º teste - % potência refletida e potências x

    tempo

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    0 5 10 15 20 25 30 35

    %,

    Po

    tên

    cia

    Re

    fle

    tid

    a

    Tempo , min.

    0

    200

    400

    600

    800

    1000

    1200

    0 5 10 15 20 25 30 35

    Po

    tên

    cia

    s (W

    )

    Tempo de Secagem (min)

    Irradiada Refletida Efetiva

  • 49 4º TESTE: SECAGEM DA AMOSTRA SEM ADIÇÃO DE ÁGUA - AMOSTRA

    MANTIDA EM AMBIENTE ÚMIDO

    A amostra foi colocada em um béquer e este sobre um recipiente com um pano umedecido. O

    sistema foi coberto com um béquer maior. Antes de ser colocada no béquer, a amostra foi

    analisada no IR e a umidade medida foi de 0,24%. Após seis dias de repouso, a amostra foi

    analisada novamente e a umidade foi de 0,27%, ou seja, houve um acréscimo de 0,03%.

    Com esse resultado, concluiu-se que a amostra absorve umidade. Nesse teste de secagem o

    recipiente não foi preenchido totalmente e o valor da umidade considerado para o controle da

    massa da amostra foi de 0,27%, Tabela 9. Os resultados da secagem são apresentados na

    Tabela 10 e nas Figuras 23 e 24.

    Tabela 9. Condições do 4° teste

    Massa total g 686,40 Massa da água g 1,853 Massa final g 684,55 Umidade medida na balança IR % 0,27 Temperatura ambiente ºC 24 Potência efetiva W 400 Pressão ambiente, mmHg 701 Altura do leito (recipiente) mm 100

    Tabela 10. Tabela de resultados da secagem da amostra sem adição de água amostra mantida

    em ambiente úmido

    Controle de Massa

    Tempo (mim.)

    Massa (g)

    Potência(W) %Pref

    Umidade (%)

    Velocidade (g/min.)

    Potência específica

    (W/g) Irradiada Refletida Efetiva

    0 686,40 0,00 0,00 0,00 0,000 0,270 0,0087 0,297

    1 686,34 204,00 79,20 124,80 38,824 0,261 0,0117 0,297

    2 686,32 203,00 75,80 127,20 37,340 0,258 0,0087 0,296

    3 686,28 201,00 80,20 120,80 39,900 0,252 0,0117 0,293

    4 686,24 199,00 68,40 130,60 34,372 0,246 0,0087 0,290

    5 686,22 199,00 83,10 115,90 41,759 0,243 0,0073 0,290

    6 686,19 198,00 85,20 112,80 43,030 0,239 0,0102 0,289

    7 686,15 197,00 84,30 112,70 42,792 0,233 0,0117 0,287

  • 50

    Controle de Massa

    Tempo (mim.)

    Massa (g)

    Potência(W) %Pref

    Umidade (%)

    Velocidade (g/min.)

    Potência específica

    (W/g) Irradiada Refletida Efetiva

    8 686,11 196,00 84,70 111,30 43,214 0,227 0,0087 0,286

    9 686,09 196,00 80,50 115,50 41,071 0,224 0,0073 0,286

    10 686,06 195,00 80,70 114,30 41,385 0,220 0,0102 0,284

    11 686,02 195,00 83,40 111,60 42,769 0,214 0,0087 0,284

    12 686,00 194,00 75,20 118,80 38,763 0,211 0,0073 0,283

    13 685,97 194,00 73,60 120,40 37,938 0,207 0,0087 0,283

    14 685,94 194,00 85,50 108,50 44,072 0,203 0,0102 0,283

    15 685,90 194,00 81,30 112,70 41,907 0,197 0,0117 0,283

    16 685,86 193,00 65,70 127,30 34,041 0,191 0,0102 0,281

    17 685,83 193,00 77,40 115,60 40,104 0,186 0,0102 0,281

    18 685,79 193,00 74,30 118,70 38,497 0,181 0,0102 0,281

    19 685,76 193,00 88,00 105,00 45,596 0,176 0,0117 0,281

    20 685,71 193,00 73,80 119,20 38,238 0,169 0,0102 0,281

    21 685,69 193,00 80,20 112,80 41,554 0,166 0,0102 0,281

    22 685,64 193,00 83,40 109,60 43,212 0,159 0,0131 0,281

    23 685,60 192,00 63,40 128,60 33,021 0,153 0,0131 0,280

    24 685,55 192,00 84,70 107,30 44,115 0,146 0,0146 0,280

    25 685,50 192,00 65,40 126,60 34,063 0,138 0,0131 0,280

    26 685,46 192,00 80,40 111,60 41,875 0,133 0,0146 0,280

    27 685,40 192,00 88,20 103,80 45,938 0,124 0,0087 0,280

    28 685,40 192,00 108,00 84,00 56,250 0,124 0,0058 0,280

    29 685,36 192,00 90,00 102,00 46,875 0,118 0,0087 0,280

    30 685,34 192,00 94,30 97,70 49,115 0,115 0,0029 0,280

    31 685,34 192,00 103,00 89,00 53,646 0,115 0,0029 0,280

    32 685,32 192,00 93,20 98,80 48,542 0,112 0,0044 0,280

    33 685,31 192,00 92,30 99,70 48,073 0,111 0,0015 0,280

    34 685,31 192,00 95,10 96,90 49,531 0,111 0,0015 0,280

    35 685,30 192,00 97,30 94,70 50,677 0,109 0,0029 0,280

    36 685,29 191,00 96,00 95,00 50,262 0,108 0,0015 0,279

    37 685,29 191,00 53,90 137,10 28,220 0,108 0,0015 0,279

    38 685,28 191,00 83,10 107,90 43,508 0,106 0,0029 0,279

    39 685,27 191,00 80,20 110,80 41,990 0,105 0,0029 0,279

    40 685,26 191,00 85,40 105,60 44,712 0,103 0,0015 0,279

    41 685,26 575,00 83,20 491,80 14,470 0,103 0,0029 0,839

    42 685,24 546,00 234,00 312,00 42,857 0,101 0,0044 0,797

    43 685,23 534,00 210,00 324,00 39,326 0,099 0,0029 0,779

    44 685,22 522,00 192,00 330,00 36,782 0,098 0,0058 0,762

    45 685,19 451,00 178,00 273,00 39,468 0,093 0,0058 0,658

    46 685,18 451,00 165,00 286,00 36,585 0,092 0,0058 0,658

  • 51

    Controle de Massa

    Tempo (mim.)

    Massa (g)

    Potência(W) %Pref

    Umidade (%)

    Velocidade (g/min.)

    Potência específica

    (W/g) Irradiada Refletida Efetiva

    47 685,15 451,00 120,00 331,00 26,608 0,087 0,0073 0,658

    48 685,13 451,00 123,00 328,00 27,273 0,084 0,0044 0,658

    49 685,12 451,00 124,00 327,00 27,494 0,083 0,0044 0,658

    50 685,10 451,00 122,00 329,00 27,051 0,080 0,0044 0,658

    51 685,09 450,00 163,00 287,00 36,222 0,079 0,0044 0,657

    52 685,07 452,00 123,00 329,00 27,212 0,076 0,0058 0,660

    53 685,05 455,00 122,00 333,00 26,813 0,073 0,0044 0,664

    54 685,04 457,00 155,00 302,00 33,917 0,071 0,0073 0,667

    55 685,00 703,00 203,00 500,00 28,876 0,066 0,0087 1,026

    56 684,98 702,00 193,00 509,00 27,493 0,063 0,0058 1,025

    57 684,96 702,00 130,00 572,00 18,519 0,060 0,0058 1,025

    58 684,94 702,00 210,00 492,00 29,915 0,057 0,0044 1,025

    59 684,93 702,00 250,00 452,00 35,613 0,055 0,0044 1,025

    60 684,91 702,00 192,00 510,00 27,350 0,052 0,0029 1,025

    61 684,91 702,00 193,00 509,00 27,493 0,052 0,0029 1,025

    62 684,89 702,00 130,00 572,00 18,519 0,050 0,0058 1,025

    63 684,87 702,00 260,00 442,00 37,037 0,047 0,0058 1,025

    64 684,85 702,00 268,00 434,00 38,177 0,044 0,0058 1,025

    65 684,83 702,00 140,00 562,00 19,943 0,041 0,0029 1,025

    À medida que se aumentou a potência, provavelmente a energia de micro-ondas deve ter

    criado um ponto quente, que isolado termicamente pela própria alumina, fez a temperatura

    aumentar.

    Quando ela atingiu cerca de 400ºC, a própria alumina começou a absorver micro-ondas (o

    epsolon muda com a temperatura) e assim, a temperatura disparou (runaway) e atingiu a fusão

    da alumina (temperatura de fusão da alumina: ( 2.980°C) [24] e uma safira sintética se formou.

    (Figura 22).

    Ao término do teste a temperatura da amostra era acima de 1000°C.

  • 52

    Figura 22. Fusão da amostra

    A umidade inicial da amostra era de 0,27% (lida na balança do IR). Para atingir a perda de

    massa de 0,02 gramas, o teste durou 65 minutos. Ao término do ensaio, a umidade reduziu

    para 0,04%. Observou-se um tempo muito longo para a secagem da amostra com tão baixo

    valor de umidade.

    Os gráficos de potência das Figuras 23 e 24 refletem as alterações realizadas na potência

    efetiva para tentar a secagem total da amostra. O teste foi interrompido com fusão da

    alumina.

  • 53

    Figura 23. Gráficos referentes aos resultados do 4º teste – umidade, potência específica e

    velocidade x tempo

    0,000

    0,050

    0,100

    0,150

    0,200

    0,250

    0,300

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

    Um

    ida

    de

    . %

    Tempo, min.

    0,0000

    0,0020

    0,0040

    0,0060

    0,0080

    0,0100

    0,0120

    0,0140

    0,0160

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

    Ve

    loci

    da

    de

    , g

    /min

    .

    Tempo, (min.)

    0,000

    0,200

    0,400

    0,600

    0,800

    1,000

    1,200

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

    Po

    tên

    cia

    e

    spe

    cífi

    ca ,

    W/g

    Tempo ,min

  • 54

    Figura 24. Gráficos referentes aos resultados do 3º teste - % potência refletida e potências x

    tempo

    A potência efetiva é a diferença entre a potência irradiada e a refletida. A potência efetiva se

    mantém estabilizada até os 40 minutos de teste e atinge o valor máximo perto de 600 Watts.

    Nos primeiros 30 minutos de teste a velocidade atinge valores altos e após 30 minutos de

    teste, há queda nos valores da velocidade.

    0,000

    10,000

    20,000

    30,000

    40,000

    50,000

    60,000

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

    %,

    Po

    tên

    cia

    Re

    fle

    tid

    a

    Tempo , min.

    0,00

    100,00

    200,00

    300,00

    400,00

    500,00

    600,00

    700,00

    800,00

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

    Po

    tên

    cia

    s (W

    )

    Tempo , min.

    Irradiada Refletida Efetiva

  • 55 5º TESTE PRELIMNAR: SECAGEM DA AMOSTRA SEM ADIÇÃO DE ÁGUA

    Um quinto teste para o controle de massa foi elaborado, mas não foi concluído, devido a

    formação de um arco voltaíco (Figura 25) na parte de alumínio que envolvia o recipiente.

    Figura 25. Vaso com amostra Após esse episódio, o alumínio e o Teflon foram retirados do vaso (recipiente). 8.1.1 CONCLUSÃO PRELIMINAR Após a realização dos testes anteriores, verificou-se que o preparo da amostra é essencial para

    definir a quantidade de água necessária para umedecer a amostra de forma homogênea, sem

    que haja segregação de água para o fundo do recipiente utilizado, e para que a amostra não

    absorva umidade do ambiente. Os testes mostraram que não se mantém a homogeneidade da

    amostra, quando preparada em grandes quantidades.

    Assim, decidiu-se elaborar um procedimento para a preparação das amostras utilizadas nos

    testes efetivos. Este procedimento está descrito no item 7.2.2.2.

    8.2. TESTES EFETIVOS DE SECAGEM

    Após vencidas as dificuldades iniciais, nos testes preliminares, e estabelecida uma região

    adequada para os testes efetivos, realizaram-se testes em triplicata para a secagem de alumina

    com 4% de umidade nominal em condições de irradiação com 400 e 600 W de micro-ondas

    de 2,45 GHz. As amostras foram preparadas individualmente, em quantidades pequenas

    restritas apenas a uma determinação. Os testes foram realizados utilizando-se um recipiente

    (vaso de alumínio), com 30 mm de altura interna.

  • 56 1º TESTE EFETIVO: SECAGEM DA AMOSTRA COM UMIDADE MEDIDA NA

    BALANÇA DO IR DE 4,42% COM 400 W

    As condições de trabalho são apresentadas na Tabela 11 e os resultados na Tabela 12 e nas

    Figuras 26 e 27.

    Tabela 11. Condições do 1° teste

    Massa total g 338,70 Massa da água g 14,97 Massa final g 323,73 Umidade medida na balança IR % 4,42 Temperatura ambiente ºC 18 Potência efetiva W 400 Pressão ambiente, mmHg 703 Altura do leito (recipiente) mm 30

    Tabela 12. Tabela de resultados da secagem da amostra com umidade medida na balança do

    IR de 4,42% , com 400 w de micro-ondas

    Controle de Massa

    Tempo (mim.) Massa (g)

    Potência(W) %Pref

    Umidade (%)

    Velocidade (g/min.)

    Potência específica

    (W/g) Irradiada Refletida Efetiva

    0 338,70 0,00 0,00 0,00 0,000 4,420 0,2982 3,632

    1 337,69 1230,00 1100,00 130,00 89,431 4,122 0,7086 3,642

    2 336,30 1480,00 1000,00 480,00 67,568 3,711 2,1848 4,401

    3 330,29 652,00 181,00 471,00 27,761 1,937 2,7665 1,974

    4 326,93 765,00 349,00 416,00 45,621 0,945 1,3050 2,340

    5 325,87 747,00 315,00 432,00 42,169 0,632 0,5255 2,292

    6 325,15 699,00 248,00 451,00 35,479 0,419 0,3307 2,150

    7 324,75 714,00 275,00 439,00 38,515 0,301 0,1594 2,199

    8 324,61 697,00 257,00 440,00 36,872 0,260 0,0472 2,147

    9 324,59 684,00 243,00 441,00 35,526 0,254 0,0118 2,107

    10 324,57 658,00 231,00 427,00 35,106 0,248 0,0118 2,027

    11 324,55 623,00 198,00 425,00 31,782 0,242 0,0089 1,920

    12 324,54 609,00 183,00 426,00 30,049 0,239 0,0118 1,877

    13 324,51 600,00 204,00 396,00 34,000 0,230 0,0089 1,849

    O final do teste foi determinado pela variação da massa de 0,03 gramas. A umidade da

    amostra reduziu para 0,230%. A velocidade de secagem a partir de 9 minutos permaneceu

    constante e secagem da amostra ocorreu aos 13 minutos após o início do teste.

  • 57

    Figura 26. Gráficos referentes aos resultados do 1º teste – (umidade, potência específica e

    velocidade) x tempo

    0,000

    0,500

    1,000

    1,500

    2,000

    2,500

    3,000

    3,500

    4,000

    4,500

    5,000

    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

    Um

    ida

    de

    ,%

    Tempo min.

    0,000

    0,500

    1,000

    1,500

    2,000

    2,500

    3,000

    3,500

    4,000

    4,500

    5,000

    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

    Po

    tên

    cia

    esp

    ecí

    fica

    , W

    /g

    Tempo , min.

    0,000

    0,500

    1,000

    1,500

    2,000

    2,500

    3,000

    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

    Ve

    loci

    da

    de

    , g

    /min

    .

    Tempo, min.

  • 58

    Figura 27. Gráficos referentes aos resultados do 6º teste – (porcentagem de potência refletida

    e potências) x tempo

    A velocidade de secagem aumenta pela combinação do aumento da potência efetiva, que a

    partir de 2 minutos se estabiliza em seu ponto máximo e aos 4 minutos está próxima do

    mínimo. A velocidade máxima de secagem é de 3 minutos (Figura 26).

    0,000

    10,000

    20,000

    30,000

    40,000

    50,000

    60,000

    70,000

    80,000

    90,000

    100,000

    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

    %,

    Po

    tên

    cia

    Re

    fle

    tid

    a

    Tempo, min.

    0,00

    200,00

    400,00

    600,00

    800,00

    1000,00

    1200,00

    1400,00

    1600,00

    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

    Po

    tên

    cia

    s (W

    )

    Tempo, min

    Irradiada Refletida Efetiva

  • 59 2º TESTE EFETIVO: SECAGEM DA AMOSTRA COM UMIDADE MEDIDA NA

    BALANÇA DO IR DE 4,42% COM 400 W

    As condições de trabalho são apresentadas na Tabela 13 e os resultados na Tabela 14 e nas

    Figuras 28 e 29.

    Tabela 13. Condições do 2° teste

    Massa total g 320,95 Massa da água g 14,19 Massa final g 306,76 Umidade medida na balança IR % 4,42 Temperatura ambiente ºC 18 Potência efetiva W 400 Pressão ambiente, mmHg 703 Altura do leito (recipiente) mm 30

    Tabela 14. Tabela de resultados da secagem da amostra com umidade medida na balança do

    IR de 4,42% com 400 W de micro-ondas

    Controle de Massa

    Tempo (mim.) Massa (g)

    Potência(W) %Pref

    Umidade (%)

    Velocidade (g/min.)

    Potência específica

    (W/g) Irradiada Refletida Efetiva

    0 320,95 0 0 0 0,000 4,421 0,2711 2,936

    1 320,08 942,40 427,10 515,30 45,320 4,150 0,8132 2,944

    2 318,34 942,60 427,20 515,40 45,321 3,608 2,6982 2,961

    3 311,42 942,70 429,50 513,20 45,561 1,452 2,8073 3,027

    4 309,33 941,80 418,30 523,50 44,415 0,801 0,9098 3,045

    5 308,50 940,10 412,40 527,70 43,868 0,542 0,4456 3,047

    6 307,90 939,50 409,40 530,10 43,576 0,355 0,2742 3,051

    7 307,62 938,60 405,30 533,30 43,181 0,268 0,1184 3,051

    8 307,52 937,70 403,10 534,60 42,988 0,237 0,0405 3,049

    9 307,49 937,30 396,40 540,90 42,292 0,227 0,0125 3,048

    10 307,48 937,00 389,40 547,60 41,558 0,224 0,0062 3,047

    11 307,47 922,20 382,20 540,00 41,444 0,221 0,0062 2,999

    12 307,46 857,20 347,60 509,60 40,551 0,218 0,0125 2,788

    13 307,43 857,00 344,10 512,90 40,152 0,209 0,0125 2,788

    14 307,42 856,20 340,20 516,00 39,734 0,206 0,0031 2,785 O final do teste foi determinado pela variação da massa. A variação foi de 0,01 gramas e a

    umidade da amostra reduziu para 0,206%. A partir de 7 minutos a umidade da amostra se

  • 60 manteve em média 0,226%. A velocidade da secagem a partir de 8 minutos permaneceu

    constante. A secagem da amostra ocorreu aos 14 minutos após o início do teste.

    Figura 28. Gráficos referentes aos resultados do 7º teste – (umidade, potência específica e

    velocidade) x tempo

    0,000

    0,500

    1,000

    1,500

    2,000

    2,500

    3,000

    3,500

    4,000

    4,500

    5,000

    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

    Um

    ida

    de

    , %

    Tempo,min

    2,750

    2,800

    2,850

    2,900

    2,950

    3,000

    3,050

    3,100

    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

    Po

    tên

    cia

    esp

    ecí

    fica

    W/g

    Tempo, min.

    0,0000

    0,5000

    1,0000

    1,5000

    2,0000

    2,5000

    3,0000

    3,5000

    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

    Ve

    loci

    da

    de

    , g

    /min

    .

  • 61

    Figura 29. Gráficos referentes aos resultados do 7º teste – (porcentagem de potência refletida

    e potências) x tempo A potência efetiva se estabilizou, após 2 minutos de teste (Figura 29), e a velocidade de

    secagem aumentou, até atingir seu máximo aos 3 minutos (Figura 28).

    0,000

    10,000

    20,000

    30,000

    40,000

    50,000

    60,000

    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

    % ,

    Po

    tên

    cia

    Re

    fle

    tid

    a

    Tempo, min.

    0

    200

    400

    600

    800

    1000

    1200

    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

    Po

    tên

    cia

    s (W

    )

    Tempo, min.

    Irradiada Refletida Efetiva

  • 62 3º TESTE EFETIVO: SECAGEM DA AMOSTRA COM UMIDADE MEDIDA NA

    BALANÇA DO IR DE 4,42% COM 400 W

    As condições de trabalho são apresentadas na Tabela 15 e os resultados na Tabela 16 e nas

    Figuras 30 e 31.

    Tabela 15. Condições do 3° teste

    Massa total g 331,20 Massa da água g 14,64 Massa final g 316,56 Umidade medida na balança IR % 4,42 Temperatura ambiente ºC 18 Potência efetiva W 400 Pressão ambiente, mmHg 703 Altura do leito (recipiente) mm 30

    Tabela 16. Tabela de resultados da secagem da amostra com umidade me