Secadores
Trabalho realizado por:
Francisco Brandão
Miguel Santinho
Março de 2021
Secagem é uma operação de transferência de massa que consiste na remoção de umidade (água), ou de qualquer outro solvente de um sistema sólido ou semi-sólido.
Esta necessidade de redução da água do sólido pode dever-se a diversas razões tais como: [1][2]
- Atingir uma determinada qualidade final de produto;
- Obter maior facilidade no manuseamento dos sólidos;
- Melhorar a conservação e o armazenamento;
- Reduzir o custo de transporte dos sólidos.
SECADORES
Classificação dos secadores:
Regime de operação
- Contínuo
- Descontínuo (batch)
Forma de transferência de calor:
- Convecção
- Radiação
- Energia dielétrica
- Condução
Modo de manuseamento de sólidos
- Circulação cruzada
- Circulação transversal
- Secador rotativo
- Transporte pneumático
- Atomização
Figura 1 – Tipos de secadores [1]
| Secadores de sólidos | ||
| Contacto direto (convecção) | Energia radiante e dielétrica | Contacto indireto (condução) |
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# Secador de tabuleiros
Os secadores de tabuleiro são preferencialmente utilizados quando se tem como objetivo secar materiais granulares. O material a secar é colocado numa série de tabuleiros sendo o aquecimento feito diretamente por contacto com o gás de secagem (Figura 2a), ou indiretamente usando tabuleiros aquecidos, serpentinas de aquecimento ou paredes refratárias dentro do equipamento (Figuras 2b e 2c).
Uma boa operação de secadores de tabuleiros deve manter a temperatura constante e uma velocidade uniforme sobre o material a ser seco, o que se consegue através de um apropriado dimensionamento no que toca aos ventiladores e chicanas. [1]
Secadores rotativos
Os secadores rotativos são geralmente formados por uma câmara cilíndrica e rotativa horizontal, ou com uma pequena inclinação (entre 1 a 5º em relação à horizontal), o que facilita a progressão do sólido dentro do equipamento.
Os sólidos são introduzidos numa das extremidades do secador são depois transportados por ação da gravidade ao longo do secador, sendo que a progressão dos sólidos ao longo do equipamento pode ser condicionada pelo atrito resultante do movimento do gás que circula em co ou contracorrente com o fluido.
Dentro dos mais populares secadores rotativos encontram-se os secadores rotativos de contacto direto na Figura 4, que são geralmente os mais simples e económicos. Com velocidades de gás a rondar os 3 m/s para os co-corrente e 2 m/s nos contra corrente, pode contar com rendimentos na gama dos 30 a 80%. [1]
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No que toca aos secadores de contacto indireto, o mais frequente é o secador de tubos de vapor, representado na Figura 5 e 6. Este tipo de secador é usado quando há uma impossibilidade de exposição direta do produto ao gás quente. É particularmente indicado para materiais granulares ou em pó e apresenta eficiências de 70 a 90%.[3]
Secadores de transporte pneumático
Os secadores de transporte pneumático (air lift) são usados em materiais termossensíveis, dado que não induzem danos térmicos às partículas sujeitas.[1][6]
Com uma granulometria muito pequena, entre 10–500 mm, as partículas são transportadas por uma corrente gasosa a uma temperatura elevada que pode atingir os 600°C, como representado na Figura 7.[1][7] O processo atinge velocidades elevadas permitindo um tempo de secagem de 3 ou 4s, a temperatura das partículas pode atingir até 400°C.[1]
A Figura 7 demonstra o processo de secagem onde o material húmido é inserido no misturador que facilita a fluidez do processo, misturando as partículas húmidas e secas, provenientes do ciclone. A secagem ocorre durante transporte entre o misturador, o moinho e o ciclone, as partículas são transportadas pela corrente de gás quente resultante da fornalha. Os sólidos são transportados pela corrente de gás em direção ao ciclone, cuja função é separar o sólido seco do gás, sendo a corrente gasosa retirada por um ventilador.[1]
 
Os secadores de transporte pneumático têm uma elevada capacidade de evaporação entre 11-200 kg de água evaporada/(m³ h).[^1][^6] Os consumos gerais de energia térmica e elétrica são de 4.5 MJ/kg e 0.2 MJ/kg, na devida ordem.
Secadores de Leito Fluidizado
Os secadores de leito fluidizado são comumente usados na secagem de partículas húmidas e materiais granulares que podem ser fluidizados. Dado que estes secadores também são usados em pastas e suspensões que podem ser fluidizadas em leitos de sólidos inertes.[^9] Este tipo de secadores tem com fundamento os princípios da fluidização.[^1]
Na Figura 9 encontra-se representado um esquema comum de secagem por leito fluidizado, um processo onde a corrente contínua de gás é aquecida a uma temperatura desejada. Esta corrente gasosa aquecida atravessa uma placa difusora, que é impermeável à corrente de sólidos húmidos previamente introduzido na unidade, com a finalidade de secar as partículas húmidas. Após a secagem, o material seco sai continuamente por uma tubuladura lateral, enquanto a corrente de gás dirige-se para um ciclone e sucede-se a separação das partículas finas e o gás.[^1] Na Figura 12 apresenta-se a unidade industrial deste tipo de secadores.
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Altas velocidades de gás e temperaturas controladas asseguram a máxima eficiência do processo. [10]
O leito fluidizado permanece constantemente seco uma vez que o coeficiente de transferência de massa neste tipo de secadores é muito elevado. As suas capacidades de evaporação podem atingir 1000 kg de água evaporada/(m² h) e as velocidades específicas de gás na ordem dos 1800 a 7200 kg/(m² h). Nos secadores de leito fluidizado, o consumo energético encontra-se num intervalo de 2.7 e 7.5 MJ/kg de água evaporada. [1]
Secadores de Tambor
Os secadores de tambor são bastante utilizados em soluções com elevada viscosidade, suspensas, concentradas ou pastas, nomeadamente soluções alimentares líquidas. Usados na indústria alimentar, as soluções formam uma camada fina à superfície do secador que é aquecida interiormente por vapor, esquema apresentado na Figura 11 e equipamento apresentado na Figura 12.
Esta camada gradualmente torna-se mais viscosa no decorrer do processo de evaporação da humidade do material, sendo removida por raspadores estáticos após três quartos do ponto de alimentação. No entanto, se o valor de humidade do material for muito elevado é usado ar quente e seco na superfície da camada. Após a camada ser removida do secador é triturada em flocos ou pó. [11][12]
Este tipo de secadores tem tambores com diâmetros entre 0.45 a 1.5m com comprimentos de 1 a 3 m, onde a sua espessura vai de 2 a 4 cm. A pressão do vapor usado neste tipo de secadores encontra-se numa gama de 2 a 7 bar, a velocidade de rotação dos tambores pode alcançar valores num intervalo de 2 a 30 rpm enquanto a profundidade do canal ou zona entre tambores vai de 0.05 a 0.5mm.
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Este processo de secagem é geralmente rápido, uma vez que é um dos mais eficientes a níveis energéticos. Os coeficientes de transferência de calor são elevados, em cenários favoráveis, com valores entre 1200 e 1800 W/(m2K) e os valores de velocidade de secagem estão na gama dos 10 a 50 kg de água evaporada/(m2h). Recorrendo a vapor para usar na secagem onde o solvente é água os valores de consumo situam-se entre 1.3 e 1.5 kg de vapor/kg de água evaporada, convertendo para consumos específicos de vapor os valores rondam os 3000 a 3500 kJ/kg de água evaporada.[1][12]
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# Referências
[1] – Azevedo, E. G.; Alves, A. M., Engenharia de Processos de Separação. 3ªedição.; IST Press, Lisboa, 2017;
[2] – https://pt.wikipedia.org/wiki/Secagem (consultado em 25 de fevereiro);
[3] – https://www.researchgate.net/publication/326165252_Effect_of_microwave_pretreatment_on_the_color_degradation_kinetics_in_mustard_greens_Brassica_juncea/figures?lo=1 (consultado em 27 de fevereiro);
[4] – Resende, A.; Concepção, modelação e simulação de um secador de pão moído; Tese em engenharia mecânica, Universidade de Aveiro, 2012;
[5] – https://www.mfrural.com.br/detalhe/285230/secador-rotativo-a-vapor (consultado em 27 de fevereiro);
[6] – Euh, S. H.; Choi, Y. S.; Nam, Y. S.; Lee, C. G.; Lee, S. Y.; Oh, K. C.; Oh, J. H; Kim, D. H. Development of a real-time drying control system for a pneumatic conveying dryer for sawdust in pellet production, 2018, p.10-16;
[7] – https://www.solidswiki.com/index.php?title=Pneumatic_Dryers (consultado em 29 de fevereiro);
[8] – https://pt.made-in-china.com/co_sinoder/product_20-Conveying-Distance-Air-Conveyor-Pneumatic-Conveying-System_eosinryng.html (consultado em 29 de fevereiro);
[9] – Mujumdar, A. S. Handbook of Industrial Drying. 3 ed.; CRC Press: Boca Raton, 2006.
[10] – http://www.solidswiki.com/index.php?title=Fluidized_Bed_Dryers (consultado em 29 de fevereiro);
[11] – https://www.directindustry.com/pt/prod/diosna-dierks-soehne-gmbh/product-95201-1324031.html (consultado em 29 de fevereiro);
[12] – https://s3.wp.wsu.edu/uploads/sites/1254/2016/04/book-drumdry-tang03.pdf (consultado em 29 de fevereiro);
[13] – https://jlsintl.com/pg/products/dryer/atmospheric-drum-dryer.html (consultado em 29 de fevereiro).