Como é possível aumentar a velocidade de transferência de massa em um processo de secagem?
Passo 1
O enunciado pergunta como podemos aumentar a velocidade de transferência de massa em secagem. O conteúdo de base é a cinética de secagem, que em regime de convecção pode ser descrita pela lei de Fick ou pelo modelo convectivo
onde
é o fluxo de massa (kg
),
é o coeficiente de transferência de massa,
é a concentração de vapor na superfície do sólido e
é a concentração de vapor no gás. Para acelerar a secagem precisamos ou aumentar o “força motriz”
ou aumentar
.
Passo 2
Aumentar a força motriz
:
- Elevar a temperatura do sólido (e do ar): isso aumenta a pressão de vapor na superfície, logo
cresce. - Reduzir a umidade do ar de secagem, ou usar gás seco/puro para diminuir
. - Trabalhar em vácuo: ao reduzir a pressão total, cai
(menos vapor presente), aumentando .
Passo 3
Elevar o coeficiente de transferência de massa
:
- Aumentar a velocidade do ar (maior Re), pois
costuma crescer com o número de Reynolds e o número de Sherwood ( ). - Promover turbulência (ex.: baffles, jatos de ar direcionados) para reduzir a espessura da camada limite ao redor do sólido.
- Agitar ou mexer o material (em leito fluidizado, pás rotativas etc.) para melhorar a renovação da camada de ar em contato.
Passo 4
Maximizar a área de troca:
- Diminuir o tamanho característico (fatias mais finas, partículas menores) para que cada partícula tenha maior área superficial relativa.
- Espalhar o produto em camadas finas (secagem em bandejas rasas, filmes finos) para expor toda a superfície ao ar.
- Utilizar leito fluidizado ou spray drying, onde gotículas ou partículas ficam bem dispersas.
Passo 5
Outras estratégias de intensificação:
- Uso de dessecantes ou agentes higroscópicos para captar vapor e manter
baixo. - Secagem por micro-ondas ou infravermelho, que geram calor diretamente no interior do sólido, mantendo alta
. - Ciclos de pulso de vácuo e reposição de ar seco, para alternar alta força motriz e alta convecção.
Resposta
Para aumentar a velocidade de transferência de massa em secagem basta:
(a) aumentar a força motriz elevando temperatura, secando o ar ou operando em vácuo;
(b) elevar o coeficiente de transferência aumentando velocidade do ar, turbulência ou agitação;
(c) maximizar a área de troca com partículas menores, camadas finas ou leito fluidizado;
(d) empregar técnicas de intensificação como micro-ondas, IR, dessecantes ou ciclos de vácuo.
(a) aumentar a força motriz
(b) elevar o coeficiente de transferência
(c) maximizar a área de troca com partículas menores, camadas finas ou leito fluidizado;
(d) empregar técnicas de intensificação como micro-ondas, IR, dessecantes ou ciclos de vácuo.