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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.
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