LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS Símbolos latinos
4.8 SEQUÊNCIAS DE EXPERIMENTOS
4.8.1 Primeira Etapa
Na primeira etapa, as temperaturas do fluxo de ar foram 70, 160 e 250°C. Essas temperaturas foram escolhidas para obter um conhecimento inicial de como a emissão de COV ocorria em uma temperatura:
− Inferior a ponto de ebulição da água: 70°C, baseando-se na taxa de secagem do trabalho de Zanella (2013), conforme comentado no seção 4.6;
− Dentro da faixa do ponto de ebulição dos compostos selecionados: 160°C, sendo a faixa variando entre 155 e 176°C, conforme a TAB. 4. Além disso, 160°C é 10°C superior à temperatura citada por Braddock (1995). Ele afirma que temperatura do fluxo de ar (gases) na saída do secador deve ser de 150°C;
− Acima do ponto de ebulição do composto menos volátil: 250°C, somando-se 90°C ao valor de 160°C, como feito de 70°C para 160°C. Além disso, considerando que esta temperatura é a mais próxima daquelas utilizadas em secadores rotativos, tendo em vista que, segundo Moyers e Baldwin (1999), a temperatura do fluxo de ar quente
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(gases) na entrada do secador varia entre 300 e 700 °C, dependendo da quantidade de material úmido a ser secado.
O tempo de exposição das amostras padronizadas de albedo e flavedo ao fluxo de ar quente e à temperatura deste fluxo em variáveis codificadas em “níveis” são apresentados na TAB 6.
Vale ressaltar que a codificação das variáveis foi feita com objetivo de facilitar a interpretação dos resultados e que não se trata de um planejamento experimental, onde são feitas análises estatísticas de respostas em função dos níveis das variáveis de um sistema.
TABELA 6
Codificação dos níveis de temperatura e de tempo de exposição NÍVEL TEMPERATURA (°C) TEMPO
-1 70 t1
0 160 t2
1 250 t3
Os valores de t1, t2 e t3 variaram com a temperatura do fluxo de ar e com o material
secado. Assim, considerou-se:
− t1: período de 2 minutos aplicado para todas as temperaturas e tanto para albedo quanto
para flavedo;
− t2: 50% do valor de t3.
− t3: 80% do período que um disco de material (albedo ou flavedo) levou para apresentar massa constante (observado apenas a 70°C) ou carbonizar-se totalmente (para temperaturas iguais ou superiores a 70°C).
A TAB. 7 apresenta os valores dos tempos de exposição das amostras (ti) e os três níveis
73 TABELA 7
Tempo de exposição (ti) das amostras padronizadas de albedo e flavedo ao fluxo de ar para os
três níveis de temperatura da primeira etapa T
(°C)
t1 (min) t2 (min) t3 (min)
Flavedo Albedo Flavedo Albedo Flavedo Albedo
70 2 2 20 12 40 24
160 2 2 6 6 12 12
250 2 2 4 4 8 8
As vazões reguladas no rotâmetro para compensar a expansão térmica do fluxo de ar foram calculadas com as equações 4.3 e 4.4 e são dadas na TAB. 8, assim como o fluxo mássico calculado pela equação 4.5.
TABELA 8
Vazões para compensação de expansão térmica e fluxo mássico da primeira etapa TEMPERATURA (°C) QRot (L/min a 25°C) Fmássico (kg.m-2.s-1)
70 9,9 0,42
160 7,85 0,26
250 6,5 0,18
A programação da primeira etapa é apresentada nas TAB. 9 para flavedo e TAB. 10 para albedo. O Apêndice B apresenta a “Ficha de Experimento” que foi utilizada para anotar os dados experimentais nas primeira e segunda sequências de experimentos.
Os dados obtidos nestes experimentos foram:
− Área do pico de cada COV selecionado;
− Área do pico dos compostos desconhecidos. Com os dados de áreas de pico foi possível calcular:
− Massa dos COV selecionados (em ng) pelas curvas analíticas;
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− Taxa de emissão dos COV selecionados por massa de albedo ou flavedo (em mg.h-
1
/g) pela equação 4.10;
TABELA 9
Programação para a exposição das amostras padronizadas de flavedo ao fluxo de ar da primeira etapa.
EXPERIMENTOa TEMPO TEMPERATURA
1 10 -1 -1 2 11 0 -1 3 12 1 -1 4 13 -1 0 5 14 0 0 6 15 1 0 7 16 -1 1 8 17 0 1 9 18 1 1
a: os experimentos 10 a 18 são duplicatas.
TABELA 10
Programação para a exposição das amostras padronizadas de albedo ao fluxo de ar da primeira etapa.
EXPERIMENTOa TEMPO TEMPERATURA
19 28 -1 -1 20 29 0 -1 21 30 1 -1 22 31 -1 0 23 32 0 0 24 33 1 0 25 34 -1 1 26 35 0 1 27 36 1 1
75 4.8.2 Segunda Etapa
A segunda etapa foi realizada após a análise dos resultados da primeira sequência e apenas as amostras padronizadas de flavedo foram expostas ao fluxo de ar, sendo a temperatura do fluxo em variáveis codificadas em “níveis” mostrados na TAB 11.
A não utilização de albedo a partir da segunda etapa é justificada na seção 5.3.1.
As temperaturas do fluxo de ar da segunda etapa foram intermediárias entre 160 e 250°C com intervalos de 15°C entre cada uma e são apresentadas na TAB. 11. Essas temperaturas foram adotadas para se obter mais informações sobre o comportamento da taxa de emissão dos COV e baseou-se nos resultados da primeira etapa.
Os valores dos tempos de exposição t1, t2 e t3 variaram com a temperatura do fluxo de ar e
os níveis são iguais aos da primeira etapa, conforme apresentados na TAB. 12.
TABELA 11
Codificação dos níveis de temperatura do fluxo de ar NÍVEL TEMPERATURA (°C) 1/6 175 1/3 190 1/2 205 2/3 220 5/6 235
O tempo de exposição t1 foi igual a 2 minutos para todos os níveis de temperatura.
Os tempos de exposição t2 e t3 (níveis de tempo “0” e “1”) para 175 e 190°C (níveis de temperatura “1/6” e “1/3”) foram iguais àqueles para a temperatura de 160°C (nível de temperatura “0”).
Os tempos de exposição t2 e t3 (níveis de tempo “0” e “1”) para 205°C (nível “1/2” da temperatura) foram iguais ao ponto médio daqueles valores entre 160 e 250°C (níveis de temperatura “0” e “1”).
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Os tempos de exposição t2 e t3 (níveis de tempo “0” e “1”) para 220 e 235°C (níveis de temperatura “1/6” e “1/3”) foram iguais àqueles para a temperatura de 250°C (nível de temperatura “0”).
TABELA 12
Tempo de exposição (ti) das amostras padronizadas de flavedo ao fluxo de ar para os três níveis
de temperatura da segunda etapa T (°C) t1 = “-1” (min) t2 = “0” (min) t3 = “1” (min) 175 2 6 12 190 2 6 12 205 2 5 10 220 2 4 8 235 2 4 8
As vazões reguladas no rotâmetro para compensar a expansão térmica do fluxo de ar foram calculadas com as equações 4.3 e 4.4 e são dadas na TAB. 13.
TABELA 13
Vazões para compensação de expansão térmica e fluxo mássico da segunda etapa TEMPERATURA (°C) VAZÃO (L/min a 25°C) Fmássico (kg.m-2.s-1)
175 7,59 0,243
190 7,34 0,228
205 7,11 0,214
220 6,89 0,201
235 6,69 0,189
A programação da segunda etapa é apresentada na TAB. 14
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− Área do pico de cada COV selecionado;
− Área do pico dos compostos desconhecidos. Com os dados de áreas de pico foi possível calcular:
− Massa dos COV selecionados (em ng) pelas curvas analíticas;
− Concentração dos COV selecionados (em µg.m-3 a 25°C) pela equação 4.9;
− Taxa de emissão dos COV selecionados por massa de flavedo (em mg.h-1/g) pela equação 4.10.
TABELA 14
Programação para a exposição das amostras padronizadas de flavedo ao fluxo de ar da segunda etapa.
EXPERIMENTOa TEMPO TEMPERATURA
37 52 -1 1/2 38 53 0 1/2 39 54 1 1/2 40 55 -1 1/6 41 56 0 1/6 42 57 1 1/6 43 58 -1 5/6 44 59 0 5/6 45 60 1 5/6 46 61 -1 2/3 47 62 0 2/3 48 63 1 2/3 49 64 -1 1/3 50 65 0 1/3 51 66 1 1/3
78 4.8.3 Terceira Etapa
A terceira etapa foi realizada após análise dos resultados das duas sequências anteriores e apenas amostras padronizadas de flavedo foram expostas ao fluxo de ar para a obtenção de gráficos de tendência de teor de umidade em base seca, XA,BS (t), e de taxa de emissão de COV
por massa de flavedo em função do tempo de exposição.
As temperaturas da terceira sequência de ensaio foram escolhidas baseando-se em uma temperatura:
− Inferior ao ponto de ebulição do COV mais volátil: 150°C;
− Para avaliar os comportamentos na taxa de emissão observados nas duas primeiras sequências de experimentos: 205°C e 220°C;
− Na condição mais extrema estudada neste trabalho e acima do ponto de ebulição do composto menos volátil: 250°C.
Os tempos de exposição são mostrados na TAB. 15.
A QRot a 150°C calculada com as equações 4.3 e 4.4 foi igual a 8,0 L.min-1 e o fluxo mássico foi de 0,273 kg.m-2.s-1, calculado pela equação 4.5.
A programação da terceira etapa é apresentada nas TAB. 15 e 16. O Apêndice C apresenta a “Ficha de Experimento” que foi utilizada para anotar os dados experimentais na terceira etapa.
Os dados obtidos nestes experimentos foram:
− Massa do conjunto de amostras padronizadas de flavedo antes da exposição ao fluxo de ar (mi) e após um tempo (t) de exposição (m (t));
− Área do pico de cada COV selecionado;
− Área do pico de compostos desconhecidos.
Após a exposição do conjunto de amostras de flavedo padronizadas, dois discos eram coletados. Em seguida, os dois discos eram cortados em 4 partes cada e eram misturados. Dessa mistura, era pesada uma amostra de 0,04 g, aproximadamente, e o teor de umidade (XA) pelo
método Karl Fischer era medido. Esse procedimento era feito em duplicata, obtendo-se um teor de umidade médio (XA,médio).
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O teor de umidade em base seca para cada experimento foi calculado com a equação 4.12:
1 ,K 7 1 11 , écad 7 , écad 7
4.12
onde XA,BS é dado em gramas de água por grama de flavedo seco (g H2O/ g s.s.)
Com os dados obtidos foi possível calcular:
− Massa dos COV selecionados (em ng) pelas curvas analíticas;
− Concentração dos COV selecionados (em µg.m-3 a 25°C) pela equação 4.9;
− Taxa de emissão dos COV selecionados por massa de flavedo (em mg.h-1/g) pela equação 4.10.
Os valores de XA,BS e de taxa de emissão de COV ( ) foram utilizados para construir
gráficos de tendência em função do tempo.
TABELA 15
Programação para a exposição das amostras padronizadas de flavedo ao fluxo de ar da terceira etapa. Temperatura: 150°C
EXPERIMENTOa TEMPO (min) T (°C)
67 89 0,5 68 90 1 69 91 2 70 92 3 71 93 4,5 150 72 94 6 73 95 7,5 74 96 9 75 97 10,5 76 98 12 77 99 15
80 TABELA 16
Programação para a exposição das amostras padronizadas de flavedo ao fluxo de ar da terceira etapa. Temperatura: 205, 220 e 250 °C
EXPERIMENTOa, b, c TEMPO (min) T (°C)
78 100 0,5 79 101 1 80 102 2 81 103 3 82 104 4,5 205 83 105 6 84 106 7,5 85 107 9 86 108 10,5 87 109 12 88 110 15 111 116 1 112 117 2 113 118 4,5 250 114 119 6 115 120 10,5 121 126 1 122 127 2 123 128 4,5 220 124 129 6 125 130 10,5
a: os experimentos 100 a 110 são duplicatas. b: os experimentos 116 a 120 são duplicatas. c: os experimentos 126 a 130 são duplicatas.
81 5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Esta seção apresenta os resultados obtidos a partir da aplicação dos métodos descritos na seção 4 (Materiais e Métodos) envolvendo a determinação da massa dos discos de flavedo e albedo, os teores de umidade e de voláteis. Além disso, esta seção apresenta os resultados e discussão dos tempos de retenção e das curvas analíticas dos COV selecionados, das três sequências de experimentos realizadas e da análise termogravimétrica.