PARÂMETROS NA ANÁLISE DE DESEMPENHO DE SECADORAS

Como a determinação do desempenho de secadoras é de vital importância, uma vez que a secagem é um processo de grande consumo de energia, a produtividade das secadoras será o fator principal sobre o qual dependerá a normalidade do fluxo de operações de um processo. As características de desempenho, através da determinação da eficiência térmica e da velocidade de secagem, são estudadas para secadoras de tecidos, e procedimentos são desenvolvidos através de investigações experimentais e teóricas do processo básico de secagem, assim como através do estudo de secadoras trabalhando sob diferentes regimes de operação.

Os fatores que influenciam o desempenho de secadoras e os procedimentos de investigação experimental podem ser ajustados para diversas condições de operação, podendo ser de grande ajuda em estimativas quantitativas de melhoria. Baseando-se nestas medidas, pode-se decidir quais serão as alterações mais benéficas para a melhoria do desempenho do equipamento.

Muitos parâmetros que influenciam tal desempenho, a natureza da influência e seu papel no mecanismo de secagem, devem ser conhecidos pelo menos nos níveis de precisão requeridos para aplicações nas áreas correspondentes. Os parâmetros de mais significativa influência são: conteúdo de umidade do tecido na entrada e saída da secadora (ou no início e fim do processo), teor de umidade crítico do tecido, massa específica do tecido, condições de transferência de calor, temperatura do meio de fornecimento de calor, e em caso de sistemas convectivos, o tipo de envoltório de proteção da câmara de secagem, a velocidade, a umidade, a taxa de exaustão e a direção de incidência do meio secante.

Os teores de umidade do tecido na entrada e saída basicamente definem a carga de secagem nas máquinas. Mas, o papel de ambos é ainda controlado pelas características de secagem do tecido, que, como em todos os materiais fibrosos, consiste de períodos de secagem com taxas constante e variável (decrescente). Há uma

complicação adicional se o perfil do período de secagem com taxa decrescente deva ser precisamente determinado. Porém, o perfil é freqüentemente considerado como sendo uma relação linear a qual fornece precisão suficiente para as exigências das aplicações industriais. O efeito da retenção de umidade pelo tecido é decisivo na determinação do tempo de secagem, que pode ser obtido da seguinte forma (PRABHU; PARAJIA, 1981):           + γ = E ' C ' C ' i X X ln X X E t (8)

sendo “γ ” a massa específica do tecido por unidade de área (massa específica aparente), e “E” a taxa de evaporação. A equação (8) também mostra o papel do teor crítico de umidade, o qual fica, segundo o autor, entre 15% a 25% para algodão, aproximadamente 39% para lã e rayon-viscose, e 30% para seda. Para tecidos compostos, uma média ponderada parece ser razoável.

Além de seu papel na carga de secagem, a massa específica aparente do tecido que é definida em relação à área exposta ao fluxo do agente secante, está indiretamente relacionada à extensão das capilaridades que entram em ação durante a secagem, porque uma alta massa específica indica que: ou o comprimento total das capilaridades colocadas juntas é longo, ou que, no caso de fios firmemente torcidos e/ou tramas de malha fina (pequenos espaços entre os fios), os canais capilares são finos, sendo que ambos significam resistência aumentada a movimentos internos da umidade.

A temperatura, sendo o agente motriz da secagem, tem profunda influência sobre o desempenho, particularmente sobre a taxa de evaporação (E). No caso de secagem convectiva uma equação regressiva da forma apresentada pela equação (9), mostra a influência da temperatura do meio secante:

Bex T Aex

E= + (9)

sendo, “Aex” e “Bex” valores de constantes, determinados experimentalmente para cada tipo de tecido e faixa de temperatura.

O consumo de agente secante depende principalmente do tempo de secagem, para uma certa temperatura, uma vez que uma taxa mais lenta de secagem significará consumo mais prolongado de energia e maiores perdas.

A distribuição eficiente do agente secante disponível dependerá da qualidade das condições para transferência de calor e massa. Para a transferência de massa, assim como para a temperatura do tecido, a umidade do ambiente ou do fluxo secante e sua turbulência são importantes. Para a transferência de calor, as condições de turbulência e rugosidade das superfícies de contato dos materiais com o agente secante são os principais fatores.

Num equipamento puramente convectivo utilizando ar quente como agente secante, a taxa de transferência de calor e massa depende de vários fatores que levam em conta a abrangência dos fluxos (jatos de ar), configuração, velocidade (v), temperatura e umidade. Destes, os três primeiros são fortemente determinados pelo projeto básico e seus efeitos combinados podem ser expressos em uma forma simplificada mostrada na equação (10), segundo Perry e Chilton (1973):

( ) (

)

O expoente “iv”, denominado índice de velocidade dependente da configuração do

fluxo e deve ser encontrado experimentalmente, estando entre 0,37 para fluxos predominantemente perpendiculares, e 0,90 para os casos de fluxos predominantemente paralelos. Na prática existem situações tanto de fluxo perpendicular quanto paralelo sobre a superfície de evaporação, onde o índice encontrado foi 0,67. Para fluxos com baixo nível de abrangência da superfície do material, que é o caso que ocorre em secadores de tecidos do tipo convectivo, o fator de eficiência do jato (Fj) é proporcional a intensidade desse nível.

Os efeitos da umidade e da temperatura do fluxo são interdependentes numa maneira intrínseca. Isto porque, quando um dado secador é considerado, os fatores do projeto básico, com respeito ao jato tanto quanto a capacidade do aquecedor, permanecem os mesmos para várias condições de operação. Então, se a temperatura é alterada, a taxa evaporativa muda, e, por sua vez, a umidade do agente secante que é

usado nos jatos também muda. Isto é ainda mais complicado devido ao resfriamento adiabático que acontece na superfície de evaporação, o que significa que qualquer fator que tende a aumentar a taxa evaporativa também contribuirá para aumentar a queda da temperatura do ar na zona de evaporação, conduzindo a uma temperatura de jato mais baixa, e por isso mais baixa taxa de evaporação, até que o equilíbrio seja alcançado. Efeitos similares ocorrem quando a umidade é alterada pelo controle da exaustão.

A eficiência térmica de secadores é também afetada por interrupções no processo, pois as perdas de calor continuam durante esses períodos não produtivos.