Novas Tecnologias

A seguir são apresentados os secadores contínuos rápidos conforme Bristot (1996) e um novo sistema conhecido por Airless Drying, uma espécie de secagem em autoclave descrita por Brosnan e Robinson (2003), cuja perspectiva é a de oferecer uma secagem rápida e econômica preservando a integridade dos produtos.

2.8.1. Secadores Contínuos Rápidos

Secadores atualmente muito usados, sobretudo depois de grande difusão da monoqueima, produzida em ciclos rápidos, são os chamados “secadores rápidos”, de desenvolvimento horizontal ou vertical. O nome deriva do fato que o ciclo inteiro de secagem advém em um tempo breve (de 35 a 80 minutos). A secagem rápida tem comumente adotado os mesmos conceitos dos secadores túneis e a maior rapidez do processo é só uma conseqüência do fato que se pode tratar a peça individualmente em condições ótimas.

A rapidez do processo, em comparação ao secador-túnel, em que as placas cerâmicas são introduzidas em pilhas sobre carrinhos, está relacionada à melhoria da troca térmica. De fato, nos secadores rápidos as placas são dispostas em uma única camada (monoestrato), sobre correias transportadoras ou sobre rolos, com notável aumento da superfície da troca térmica. Além disto, tais secadores são dotados de um gerador autônomo de calor, que permite variar as condições térmicas e higrométricas do ar de secagem.

O secador-túnel, por seu lado, explora o calor recuperado do ar de resfriamento dos fornos, com temperaturas relativamente baixas e elevados volumes.

2.8.2. Secagem em Autoclave: Airless Drying

Esse procedimento utiliza vapor superaquecido para efetuar a transferência de calor e para controlar a taxa de evaporação da umidade da carga. Isso foi originalmente projetado como um sistema de bateladas, mas recentemente sistemas contínuos têm sido descritos. Essa tecnologia é patenteada pela Heat-Win Ltd no Reino Unido e é também licenciada através da Ceram Research (Robinson et al, 2002).

Na secagem tradicional, as peças são aquecidas conforme ocorre a evaporação, o que resulta em gradientes de temperatura, umidade, e de permeabilidade através da peça. Isso pode resultar em taxas reduzidas de secagem e trincas, ou outros defeitos, se a secagem prosseguir muito rapidamente. Com a técnica da secagem em autoclave, a evaporação da umidade é rigorosamente limitada até todas as peças terem sido aquecidas a uma temperatura de secagem desejada, o que resulta em taxas de evaporação mais rápidas e numa secagem mais homogênea. Uma vez que a peça está a uma temperatura uniforme, a evaporação ocorre em todo o seu volume, e não apenas na superfície como na secagem a ar quente tradicional. Isto resulta em moderados gradientes de umidade e de permeabilidade, que conduzem a um menor número de defeitos e taxas de secagem maiores.

Um desenho esquemático do secador tipo autoclave é apresentado na Fig. 2.5. Como se vê, o secador trabalha com uma atmosfera fechada em recirculação. Quando necessário, durante a fase de secagem, vapor é injetado apenas para controlar a pressão no secador e para controlar a taxa de secagem no segundo estágio da mesma. Essa atmosfera fechada oferece a economia imediata do custo para aquecimento contínuo do ar ambiente para se secar a carga.

C mara de Secagemâ Chaminé Damper Inje o de Vaporçã Ventilador de Recircula oçã _Isolante

Figura 2.5 - Secador tipo autoclave. Brosnan e Robinson (2003).

O primeiro estágio de secagem é conhecido como o estágio de preparação. Depois que as peças são carregadas para dentro da autoclave, ela é selada e aquecida indiretamente. A atmosfera que está contida no secador é recirculada e aquecida continuamente para trazer a temperatura do sistema para aproximadamente 100ºC. Um perfil típico de um ciclo de secador autoclave é representado na Fig. 2.6. Conforme a carga e a atmosfera do secador são aquecidas, um pouco de água é evaporada da superfície das peças verdes (úmidas) e o conteúdo de vapor da atmosfera aumenta até a saturação para a temperatura particular do secador. Quando a atmosfera do secador está saturada, o estágio de preparação está completo e a secagem propriamente dita da peça pode prosseguir.

Na medida em que a atmosfera saturada de vapor é recirculada no secador, uma evaporação adicional ocorre a partir das peças e, assim, a taxa de vapor liberado pelo

damper controla a taxa de secagem. Uma vez que a temperatura das peças não pode

exceder os 100ºC enquanto a secagem se realiza, um aumento na temperatura do elemento indica que toda a umidade foi evaporada e o estágio de secagem está completo. Esse aumento na temperatura é também indicado na Fig. 2.6.

Essa técnica de secagem em autoclave tem muitas semelhanças com a secagem por microondas, na qual a secagem é muito mais homogênea do que na tradicional secagem a ar quente. Uma vez que a peça é trazida à temperatura de secagem antes de a maior parte da secagem ter sido realizada, a secagem prossegue através do volume da peça. Inversamente, para a secagem a ar quente tradicional, ar quente colide na superfície da peça causando evaporação na superfície. Essa evaporação na superfície,

tipicamente resulta em retração e restrição dos poros, o que atrasa o transporte adicional de água da parte mais interna da peça. O resultado desse tipo de secagem é que a peça seca a partir da superfície até o seu centro e a umidade evaporada na região de maior profundidade do elemento tem cada vez mais dificuldade no caminho, até alcançar a superfície do elemento. Mais aquecimento volumétrico, como na técnica de secagem em autoclave, onde a evaporação ocorre em toda a seção transversal da peça, resulta na secagem da peça do interior para a superfície. Essa condição significa que o caminho para a umidade evaporada migrar para a superfície não é restringido durante a secagem e maiores taxas de evaporação podem ser alcançadas com segurança.

0 20 40 60 80 100 120 140 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Tempo (horas) Te m pe ra tu ra (º C ) Final Pré- Aquecimento ou Preparação Secagem

Figura 2.6 – Ciclo de um secador tipo autoclave. Brosnan e Robinson (2003).

Apesar das vantagens desse método, ele não está livre de riscos. Assim como em qualquer processo de secagem, rachaduras podem ocorrer se a taxa de evaporação for muito alta e se a pressão da umidade evaporada no interior dos poros exceder a resistência da peça. Similarmente, se o aquecimento inicial é muito rápido, rachaduras podem resultar da secagem prematura da superfície da redução da permeabilidade da peça, o que inibe o transporte adicional de água à superfície.

2.9. Fenômeno da Secagem da Argila