Secagem
Métodos
Patricia Moreira Azoubel
Secagem
● Métodos
Existem vários métodos que podem ser utilizados para fornecer calor para o material, assim é muito difícil classificar todos os métodos de secagem;
Um dos métodos mais comuns, onde o calor sensível é transferido para o material por convecção;
O agente de secagem (ar pré-aquecido) passa sobre ou através do sólido, evaporando a umidade e transportando-a para fora do secador;
Tendo em mente o aumento da eficiência térmica e a economia de energia, uma recirculação total ou parcial do ar de secagem é também muito utilizada;
As condições de secagem podem ser controladas pela temperatura e umidade do ar aquecido.
● Secagem por convecção
Secagem
Secagem por convecção com circulação de ar
● Secagem por convecção
Secagem
Se o material a ser seco é muito fino ou muito úmido, este método é o mais apropriado;
Calor é fornecido ao material úmido por condução (contato) de superfícies aquecidas, que suportam ou confinam o material, tais como: bandejas, placas, cilindros ou paredes de secadores;
A temperatura do material é maior do que na secagem por convecção e os coeficientes de transferência de calor do material para a superfície aquecida e da superfície aquecida para o ar aquecido governam o total de calor transferido para o material.
● Secagem por condução
Secagem
A energia térmica pode ser suprida através de vários tipos de fonte eletromagnética;
Tendo-se que a penetração da radiação infravermelha é baixa, a secagem por radiação é geralmente usada para materiais finos, tais como filmes, pinturas e coberturas;
Radiadores de baixa temperatura e lâmpadas de quartzo de alta temperatura são geralmente empregados como fonte de radiação infravermelha;
Na secagem por radiação, o transporte de umidade e a difusão de vapor do sólido seguem as mesmas leis que a secagem por condução e convecção.
● Secagem por radiação
Secagem
● Secagem dielétrica
Embora a maioria dos materiais úmidos, especialmente quando quase secos, sejam pobre condutores de rádio-freqüência na faixa de 20 Hz, a impedância de tais materiais permite que se tenha aquecimento elétrico como uma técnica factível. O material é posto em um campo eletromagnético de freqüência muito alta (na região de radio-freqüência ou microondas) que varia rapidamente de direção, causando a mudança de orientação nos dipolos de líquidos dielétricos ou polares. Esta mudança provoca uma geração de energia devido à fricção molecular; Desde que a constante dielétrica (que é proporcional à geração de calor) da água líquida é consideravelmente maior que materiais sólidos a serem secos, calor é produzido nas partes úmidas dos materiais. Assim a secagem dielétrica é uma boa escolha quando há pequenas variações de umidade no material a ser seco;
● Secagem dielétrica
Secagem
Este método baseia-se na sublimação da água congelada do material colocado em uma câmara de secagem onde a pressão é abaixo do ponto tríplice da água; A energia requerida é geralmente suprida por radiação ou condução de bandejas aquecidas;
A umidade sublimada se condensa em placas refrigeradas localizadas em uma câmara do secador longe do material ou em um condensador separado;
Este método é utilizado quando o material a ser seco não pode ser aquecido, mesmo com temperaturas baixas;
É muito caro, pois as taxas de secagem são baixas e usa-se o vácuo.
● Secagem por liofilização
Secagem
Neste processo, o secador é preenchido com ar quente e tem início a convecção; No decorrer do processo, a umidade evaporada começa a circular juntamente com o ar quente;
Isto faz com que a pressão interna aumente e ative uma válvula de controle de pressão, a qual regula qualquer sobrepressão, retirando gradualmente o ar ainda presente no secador, fazendo com que a secagem ocorra no contato com o vapor superaquecido.
● Secagem por vapor super aquecido
Secagem
Este método consiste na imersão do corpo sendo seco em um leito de uma substância dissecante, fluidizada pelo ar.
O mecanismo de transferência de umidade da superfície do material para o leito dissecante possui uma natureza penetrativa;
A força de secagem do processo é uma diferença entre a conteúdo de umidade do material dissecante em equilíbrio com a superfície e o centro do leito fluidizado.
● Secagem em leito fluidizado ativo
Secagem
Devido à grande variedade de tipos de produtos que devem ser secos por diferentes métodos, existe também uma variedade de projeto de secadores; Os critérios para se classificar os secadores são muitos:
- Quanto ao modo de operação (contínuo, batelada);
- Quanto ao sistema para fornecimento de calor (condução, convecção, radiação, dielétrico);
- Quanto ao método de aquecimento (contato direto, contato indireto);
- Quanto ao agente de secagem (ar quente, vapor superaquecido, líquidos aquecidos, gases rejeitados);
- Quanto à pressão utilizada (atmosférica, vácuo).
● Classificação
Secagem
- Equipamento mais adequado ao manuseio do produto;
- As propriedades da amostra a ser desidratada (características físicas); - As características de secagem do material (umidade, temperatura, tempo); - Fluxo de material entrando e saindo no secador (quantidade, operação contínua ou intermitente);
- A qualidade do produto seco (redução de volume, contaminação, perda de aroma, alterações na cor, no sabor e no valor nutritivo);
● Seleção
Secagem
- A disponibilidade de recursos (espaço, combustível ou força elétrica, temperatura do ambiente, umidade, pureza do ar, permissão para barulho, vibração e calor);
- Estimativa de custo inicial e operacional; - Testes de secagem para o produto em questão.
Consistem em uma câmara com isolamento térmico, onde o material a ser seco é colocado em bandejas;
A secagem se dá pela circulação do meio secante sobre o material colocado nas bandejas. O meio secante pode ser: vapor de água, gás ou ar aquecido eletricamente;
Bandejas: podem ser de fundo fechado (chapa), com fluxo de ar passando horizontalmente entre uma bandeja e outra, ou então de fundo perfurado (tela) onde o fluxo de ar passa perpendicularmente através da bandeja;
Operação descontínua, pequena escala;
Possuem custos de capital inicial e de manutenção baixos e alto custo de operação (mão de obra necessária para carregar e descarregar as bandejas); Muito utilizado na secagem de frutas, legumes, hortaliças.
● Secadores de bandeja
Secagem
● Secadores de bandeja
● Secadores de bandeja
Para conservar a energia e também controlar a umidade do ar no nível que leva ao melhor produto, é possível reciclar uma parte do ar.
Secagem
Alguns materiais não podem ser satisfatoriamente secos ao ar em pressão atmosférica normal, seja por se deteriorarem nas temperaturas necessárias para se terem taxas de secagem razoáveis, seja por reagirem com o oxigênio do ar; Secadores de bandeja podem ser construídos para excluir o ar atmosférico e usarem outros meios como vapores orgânicos superaquecidos, ou então o ar rarefeito de um vácuo;
Alto custo, utilizado para produto com elevado preço unitário, como produtos farmacêuticos e café de alta qualidade.
Bandejas movimentando-se no interior de um túnel de secagem (operação contínua)
● Secadores de túnel
Fonte: Ibarz e Barbosa-Cánovas et al. (2002)
Entrada de ar Exautão Aquecedor Fluxo de ar Aquecedor Exautão
Secagem
Transporte contínuo do material por meio de uma esteira (normalmente construída de aço inoxidável, dotada de seções perfuradas e interligadas ou em forma de tela trançada);
Normalmente construídos de forma modular, de modo que cada seção apresenta seu ventilador e aquecimento próprio;
Mais indicado para produção em larga escala e onde existe disponibilidade contínua de matéria-prima;
Não é indicado para operar em situações onde a matéria-prima ou as condições de secagem mudam frequentemente;
A complexidade na produção de diferentes produtos provoca interrupções, com partidas e paradas frequentes, dificultando a operação de secagem em condições econômicas adequadas.
● Secadores de esteira
Fonte: Foust et al. (1982)
Secagem
Constam de um cilindro rotatório de metal ligeiramente inclinado, de modo que o material avança gradualmente desde o bocal de alimentação até o bocal de saída;
● Secadores rotatórios
Vista interna
Os sólidos úmidos granulares são alimentados na parte mais alta, movendo-se enquanto o corpo do secador se movimenta;
Podem ser usados como meio secante: gases de combustão, vapor superaquecido ou mesmo o ar aquecido eletricamente;
O fluxo de ar quente pode ser em paralelo, contracorrente;
Em alguns secadores, existem tubos aquecidos a vapor de água, que correm longitudinalmente ao longo do cilindro, para manter a temperatura do ar e atuar como superfícies de secagem;
A superfície exposta do sólido é muito maior que a exposta nos secadores de bandeja ou de túnel e a taxa de secagem é maior;
Necessário estimar tempo de retenção dos sólidos (depende da densidade, inclinação do secador, outros).
● Secadores rotatórios
Secagem
São constituídos de cilindros horizontais de metal giratórios aquecidos internamente pelo vapor de água ou outro meio de aquecimento;
O material a ser seco é espalhado pela superfície externa do secador, adere a ela, e a secagem se realiza enquanto o tambor efetua suas rotações;
A velocidade de rotação, a temperatura da superfície do tambor e a espessura da camada de suspensão são ajustadas de modo a dar o teor de umidade desejado quando a crosta seca é raspada do tambor;
O produto seco não deve ser duro nem arenoso demais para danificar a superfície do tambor. São adequados para suspensões e para soluções.
Existem diversas configurações e diferentes métodos de alimentação, como os tambores rotatórios duplos com alimentação por imersão ou alimentação superior aos dois tubos, secadores de tambor simples, secadores a vácuo com dois ou mais tambores;
Possuem taxas de secagem e eficiência energética altas;
Custo inicial dos equipamentos alto e dano pelo calor causado em materiais sensíveis causados pela alta temperatura;
Uso: flocos de batata, cereais pré-cozidos, algumas sopas, purês de frutas desidratados.
● Secadores de tambor
Secagem
Um líquido ou uma suspensão são dispersos numa corrente de gás quente para formar finas gotículas;
Em contato com o fluxo de ar quente, a água se evapora dessas gotículas com rapidez, obtendo-se partículas secas que se separam da corrente de ar quente; As principais vantagens desse secador são: a rápida secagem, a produção contínua em larga escala, baixos custos de mão de obra e operação e manutenção relativamente simples;
Principais limitações: alto custo inicial, necessidade de um teor de umidade relativamente alto de alimentação para garantir que o alimento possa ser bombeado até o atomizador;
Usos: detergente, sabão em pó, enzimas, corantes, leite, ovos, café, chá, sucos de fruta, misturas para sorvete, extratos de carnes, leveduras.
● Secadores por aspersão
Secagem
O material a ser seco é introduzido em um sistema de transporte por tubulações onde o próprio ar de secagem, à medida que transporta o material, vai evaporando a água nele contida;
Possuem custos iniciais e de manutenção relativamente baixos, altas taxas de secagem e um bom controle das condições de secagem;
São frequentemente utilizados após a secagem por atomização para produção de alimentos com teor de umidade menor que o normal (leite especial, ovos em pó, batata em flocos).
● Secadores pneumáticos
Secagem
O ar quente é soprado, fazendo com que o material fique suspenso no ar e seja vigorosamente agitado (fluidizado), expondo a máxima área superficial do mesmo para a secagem;
O fluxo de ar é alto suficiente para vencer a ação da força de gravidade sobre a partícula, mantendo-a quase em suspensão, porém não o suficiente para transportá-la como nos sistemas pneumáticos;
O choque entre as partículas em movimento nesse sistema é muito mais brando do que no secador de tambor para sólidos ou no secador pneumático;
São compactos e possuem um bom controle das condições de secagem e altas taxas de secagem;
Usos: coco desidratado, chá, grãos, ervas, café instantâneo, sopas, fertilizantes, detergentes, polímeros, antibióticos, enzimas, polímeros.
● Secadores de leito fluidizado
Secagem
Alguns produtos não podem ser aquecidos a temperaturas altas e moderadas e são submetidos à liofilização;
A substância a ser seca é congelada pela exposição ao ar muito frio e a água é eliminada do material congelado como vapor por sublimação em uma câmara de vácuo;
Depois da sublimação, a água é removida com bombas de vácuo ou ejetores de vapor;
Método caro de desidratação devido à velocidade lenta de secagem e à necessidade de usar o vácuo;
Uso: café, frutas, sucos de frutas, frutos do mar, ervas e especiarias.
● Liofilizadores
Secagem
● Liofilizadores
São ondas de alta frequência, onde a energia incide com um objeto e é refletida, absorvida ou transmitida através do mesmo;
Vantagens do aquecimento com microondas sobre o aquecimento por condução são:
- Apenas o produto que se aquece absorve energia na forma de calor;
- As perdas no meio de transmissão de calor, tais como ar e parede do forno, são desprezíveis;
- A energia da onda penetra ou é transmitida no material de forma instantânea; - A profundidade de penetração da fonte de calor dá um aquecimento mais efetivo e uniforme.
● Microondas
Secagem
● Microondas
