INTRODUÇÃO

A tensão superficial é uma característica dos líquidos que depende das forças intermoleculares. Podemos ver claramente a superfície de um líquido, pois as forças entre as moléculas tendem a mantê-las unidas, puxando-as para o corpo do líquido. Cada molécula no interior do líquido é atraída pelas demais moléculas da mesma forma e em todas as direções. Porém, as moléculas que se encontram na superfície são atraídas mais fortemente para o interior do líquido do que em direção ao ar. Como resultado, as moléculas da superfície possuem potencial energético maior que as moléculas no interior do líquido. Esse excesso de energia existente por unidade de área é definida como tensão superficial (γ) e é a resposta ao empuxo em direção ao corpo do líquido. Por causa da tensão superficial, a superfície de um líquido tende sempre a se contrair, de maneira que sua área seja a menor possível (FOX et al., 2014; LIVI, 2012; ATKINS e JONES, 2012).

Um efeito secundário importante da tensão superficial é o ângulo de contato (θ) que aparece quando a interface do líquido intercepta uma superfície sólida. Se o ângulo de contato é menor que 90°, o líquido se espalha pela superfície do sólido, e a gota assume uma forma mais achatada. Se o ângulo de contato for maior que 90°, o líquido não se espalha tão facilmente e a gota possui um contorno mais esférico (FOX et al., 2014; LIVI, 2012; ATKINS e JONES, 2012).

Quando existem atrações favoráveis entre as moléculas do líquido e a superfície interna de um tubo estreito ou capilar ocorre a elevação do líquido. Essas atrações são chamadas de forças de adesão, ou seja, elas mantêm juntas uma substância e uma superfície. Elas são diferentes das forças de coesão, que são forças de atração entre as moléculas de um mesmo material, unindo suas moléculas. Assim, a capilaridade irá depender da tensão superficial e da relação entre a adesão líquido-sólido e a coesão do líquido. Quando um líquido possui uma adesão líquido-sólido maior que a coesão observa- se que, o líquido irá subir pelo tubo capilar em função da tensão superficial. Quando a força

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de coesão é maior, a tensão superficial causa um rebaixamento do menisco em um tubo capilar, como é o caso do mercúrio (FOX et al., 2014; LIVI, 2012; ATKINS e JONES, 2012).

De acordo com alguns estudos, a tensão superficial e a viscosidade do agente ligante são os principais parâmetros que controlam os mecanismos de aglomeração (ENNIS et al., 1991; BARKOUTI et al., 2012; DHENGE et al. 2012; MANDATO et al., 2012). Segundo Ennis et al. (1991), a viscosidade do ligante controla a taxa de consolidação do grânulo e sua porosidade. Quando a viscosidade é alta, a ponte líquida irá dissipar a energia cinética relativa dos grânulos em colisão evitando o afastamento das partículas após o choque.

Barkouti et al. (2012) observaram, no estudo da aglomeração de farinha de semolina grano duro em tambor usando ligantes com diferentes tensões superficiais e viscosidade, que um ligante com baixa tensão superficial gera estruturas maiores e mais densas. Considerando a água como referência, o uso de um ligante com tensão superficial 50% inferior a da água induziu a um aumento do tamanho da partícula em torno de 33%. Os ligantes utilizados neste trabalho foram água deionizada, água deionizada contendo polissorbato 20, água deionizada contendo hidroxipropilmetilcelulose a 0,4% e 0,6% e suco da massa de semolina.

Para quantificar o efeito das propriedades do ligante, Iveson e Litster (1998) usaram um granulador tipo tambor para aglomerar esferas de vidro com soluções de surfactante dodecilbenzeno sulfonato de sódio para variar a tensão superficial dos ligantes. Os autores observaram que a redução da tensão superficial reduziu a pressão da sucção por capilaridade, o que reduziu as forças normais que atuam nos pontos de contato entre as partículas, reduzindo assim o atrito durante a formação do grânulo. Menores tensões superficiais reduzem tanto a força de atrito na consolidação do grânulo, quanto a pressão de sucção por capilaridade, prejudicando a dilatação e o rearranjo das partículas. De acordo com os autores, isso explica porque diminuir a tensão superficial aumenta a taxa de consolidação, pois permite que o grânulo passe para um estado mais poroso. E, apesar de a consolidação dos grânulos ser mais rápida, eles não ficam consolidados por muito tempo.

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A temperatura de transição vítrea (Tg) do material ligante e do material a ser

aglomerado tem sido sugerida como medida das propriedades de aglomeração em função das condições de umidade e pegajosidade do sólido, já que estaria relacionada com a pegajosidade do material (temperatura de pegajosidade). Na aglomeração de partículas, a aspersão de uma solução ligante contendo um componente amorfo é necessária para que ocorra a formação de um filme em volta da superfície da partícula, e que esse filme seja “pegajoso” e provoque a aderência das partículas. O componente amorfo pode ser incorporado à solução ligante ou ser produto da dissolução da própria partícula. A temperatura de “pegajosidade” (Ts) para a maioria dos carboidratos alimentares (lactose,

maltodextrina, sacarose etc) se encontra entre 20 a 30 °C acima da temperatura de transição vítrea (AVILÉS-AVILÉS et al., 2015; OZMEN e LANGRISH, 2001; LLOYD et al., 1996; ROOS e KAREL, 1991; BOONYAI et al., 2004).

Durante a aglomeração em leito fluidizado, o conteúdo de umidade na superfície da partícula e a temperatura no interior do leito variam com o tempo devido a constante aspersão de ligante e à secagem das partículas. A presença de partículas “pegajosas” capazes de aderir a outras partículas, após a colisão, depende das condições de temperatura e conteúdo de água dentro do leito e na superfície da partícula. Portanto, conhecer essas propriedades, a temperatura de transição vítrea e a temperatura de pegajosidade é importante, pois elas auxiliam na formação das pontes de ligação entre as partículas que ajudarão a formar o aglomerado (AVILÉS-AVILÉS et al., 2015).

O objetivo deste capítulo foi a caracterização dos agentes ligantes (soluções aquosas de sacarose e suspensões aquosas de goma arábica) e avaliação da influência destes sobre as propriedades do produto aglomerado, visando a um melhor controle sobre os mecanismos de aglomeração (nucleação, consolidação, coalescência e quebra).