O documento descreve um experimento de secagem de algodão por convecção natural em estufa a 80°C. Foram coletados dados de massa do algodão úmido ao longo do tempo para construir curvas de taxa de secagem e teor de umidade. Os resultados mostraram que a taxa de secagem diminui com o tempo à medida que o teor de umidade cai.

1. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL REI
Laboratório de Engenharia de Bioprocessos II
Secagem por convecção natural
Camila Benini
Fernanda Lorena
Gabriela Silveira
Mário Sérgio Lorenço
Ouro Branco,
24 de Março de 2015.

2. CAMILA BENINI, FERNANDA LORENA, GABRIELA SILVEIRA, MÁRIO
SÉRGIO LORENÇO
Secagem por convecção natural
Relatório apresentado ao curso de
Engenharia de Bioprocessos na disciplina
Laboratório de Engenharia de
Bioprocessos II sob responsabilidade do
professor Boutros Sarrouh.
Ouro Branco,
24 de Março de 2015

3. 1 INTRODUÇÃO
O processo de secagem é uma das técnicas mais antigas documentadas na literatura
para reduzir a atividade de água do alimento e melhorar a sua estabilidade, além disso, é
responsável pela sua alta perecibilidade do mesmo. Também é aplicado em diversos
processos usados em indústrias agrícolas, cerâmicas, químicas, alimentícias,
farmacêuticas, de papel e celulose, mineral e de polímeros (KARATHANOS et al.
1999).
A secagem por convecção é considerada como um processo simultâneo de
transferência de calor e massa, em que a água é transferida por difusão do interior do
material para a interface ar-sólido, e da interface para a corrente de ar por convecção.
(ARRIECHE, 2003). Dentre os métodos de secagem existentes a secagem convectiva é
a mais utilizada. No entanto, este método tem um alto consumo de energia e longos
tempos de secagem por causa das baixas condutividades térmicas dos materiais durante
o período de taxa decrescente, que dificultam a transferência de calor. Outros métodos
de secagem foram desenvolvidos que podem ser usados em conjunto com a secagem
por convecção ou de forma independente (MOTEVALI et al. 2011).
Este processo envolve dois fenômenos fundamentais, que ocorrem simultaneamente.
A transferência de massa ocorre do interior para a superfície do material e subsequente
evaporação e a transferência de calor do ambiente que faz com que ocorra a evaporação
da umidade superficial. Esta ultima depende das condições externas de temperatura,
umidade do ar, fluxo e direção do ar, área e exposição do sólido e pressão. O calor é
transferido para o sólido, evaporando o líquido contido na superfície do material e a
massa é transferida em fase líquida ou vapor no interior do material, ocorrendo à
transferência do vapor da superfície para a vizinhança do sólido. (FOUST et al.1982).
A evolução das transferências simultâneas de calor e de massa no decorrer da
secagem é denominada como curva de evolução do teor de água do produto (X), curva
de sua temperatura (T) e curva da velocidade de secagem (dX/dt), também chamada de
taxa de secagem, ao longo do tempo, para um experimento utilizando ar de propriedades
constantes. A Figura 1 representa qualitativamente as três diferentes curvas, separadas
entre três zonas distintas. A curva (a) representa a diminuição do teor de água do
produto durante a secagem (conteúdo de umidade do produto, X = X BS, em relação à
evolução do tempo de secagem t); como mostrado também na figura 1.

4. Figura 1. Comportamento das curvas de secagem/tempo durante um experimento a
propriedades constantes.
A curva (b) representa a velocidade (taxa) de secagem do produto (variação do
conteúdo de umidade do produto por tempo, dX/dt em relação à evolução do tempo t);
Por último, a curva (c) representa a variação da temperatura do produto durante a
secagem (variação da temperatura do produto, T em relação à evolução do tempo t).
(FOUST et al.,1982). A região 1 corresponde ao regime transiente, em que o 4 sistema
inicia a operação até que ele chegue ao ponto de regime estacionário, situação
representada pela região 2, enquanto a última região. Por último, a zona 3 de regime
transiente, é a região em que a temperatura da superfície se eleva e a taxa de secagem
cai rapidamente.
2 OBJETIVOS
Avaliar a perda de água do algodão, medir a sua massa e partir dos dados obtidos,
construir gráfico da massa úmida em função do tempo e da taxa de secagem em função
da umidade.
3 METODOLOGIA
Utilizando uma balança analítica foram pesadas 5,00 g de algodão, que estavam
dispostas em uma bandeja de alumínio. O algodão foi colocado em uma estufa (Figura
2) a 80°C. E então pesagens foram feitas em tempos corridos até a estabilização da
massa seca.

5. Figura 2: Foto ilustrativa estufa.
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
As bandejas de metal vazias foram pesadas antes do experimento e suas massas
foram de 396,32g - Grupo 1; 395,51g – Grupo 2; 394,64g – Grupo 3. As massas dos
pedaços de algodão secos pesadas foram de 5; 5; 5,03g respectivamente, As massas das
bandejas com o algodão úmido foram de 410,24; 410,48; 409,52 g. Realizando a
subtração desta massa com a massa das bandejas vazias obteve-se a massa referente ao
algodão úmido. Ao decorrer do experimento, a massa da bandeja vazia foi descontada a
fim de determinar a massa do algodão úmido. Os dados obtidos estão expostos na tabela
1.
Tabela 1. Cinética de Secagem.
Tempo
(Minutos)
Massa de sólido úmido (g)
Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Média Erro
0 14,92 14,97 14,88
14,92 0,05
3 14,7 14,81 14,75
14,75 0,06
6 14,49 14,72 14,61
14,61 0,12
9 14,34 14,59 14,52
14,48 0,13

6. 12 14,21 14,46 14,39
14,35 0,13
15 14,09 14,39 14,33
14,27 0,26
18 13,88 14,36 14,18
14,14 0,24
21 13,74 14,15 14,09
13,99 0,22
24 13,55 14,07 13,98
13,87 0,28
27 13,49 13,92 13,88
13,76 0,24
30 13,22 13,78 13,79
13,60 0,33
33 13,14 13,69 13,66
13,50 0,31
38 12,85 13,53 13,49
13,29 0,38
43 12,63 13,28 13,29
13,07 0,38
48 12,36 13,09 13,16
12,87 0,44
53 12,09 12,95 12,94
12,66 0,49
58 11,88 12,79 12,74
12,47 0,51
63 11,64 12,64 12,63
12,30 0,57
68 11,37 12,44 12,46
12,09 0,62
73 11,16 12,25 12,23
11,88 0,62
78 10,98 12,09 12,11
11,73 0,65
83 10,73 11,91 11,91
11,52 0,68
88 10,45 11,68 11,8
11,31 0,75
93 10,13 11,59 11,62
11,11 0,85
98 10,08 11,33 11,46
10,96 0,76
103 9,78 11,16 11,26
10,73 0,83
108 9,43 10,96 11,08
10,49 0,92
113 9,21 10,8 10,69
10,23 0,89
118 9,07 10,63 10,5
10,07 0,87
123 8,88 10,46 10,52
9,95 0,93
128 8,65 10,29 10,44
9,79 0,99
133 8,35 9,97 10,21
9,51 1,01
138 8,13 9,87 10,11
9,37 1,08

7. 143 7,89 9,67 9,96
9,17 1,12
Com posse destes dados foi possível o calculo dos parâmetros fundamentais para
o estudo da secagem, como teor de umidade e taxa de secagem. As equações utilizadas
estão descritas abaixo:
Para o cálculo da taxa de secagem é necessário o conhecimento das áreas dos
algodões utilizados. As áreas foram 102,35 cm²; 90 cm²; 75 cm² respectivamente,
resultando em uma área média de 89,12 13,69 cm². Os valores dos parâmetros
obtidos podem ser lidos na tabela abaixo.
Tabela 2. Valores de massa evaporada, taxa de umidade e taxa de secagem em relação
ao tempo.
Tempo
(Minutos)
Massa
evaporada (g)
Teor de
umidade – X
(g)
Taxa de
Secagem – R
(g/min.m2)
0
0,00
1,98 0,02
-
3
0,17
1,95 0,03
0,000635847
6
0,32
1,92 0,07
0,00059221
9
0,44
1,89 0,02
0,000548574
12
0,57
1,87 0,08
0,000532989
15
0,65
1,85 0,10
0,000488729
18
0,78
1,82 0,13
0,000488314
21
0,93
1,79 0,15
0,000496922

8. 24
1,06
1,70 0,31
0,000494028
27
1,16
1,75 0,16
0,00048208
30
1,33
1,72 0,22
0,00049621
33
1,43
1,69 0,21
0,000485102
38
1,63
1,65 0,26
0,000482299
43
1,86
1,61 0,26
0,000484496
48
2,05
1,57 0,31
0,000480002
53
2,26
1,53 0,34
0,000479179
58
2,45
1,49 0,35
0,000474628
63
2,62
1,46 0,39
0,000466644
68
2,83
1,41 0,45
0,000467534
73
3,04
1,37 0,43
0,000467791
78
3,20
1,34 0,45
0,000459862
83
3,41
1,30 0,47
0,00046055
88
3,61
1,26 0,52
0,000460734
93
3,81
1,22 0,59
0,000459692
98
3,97
1,19 0,53
0,000454176
103
4,19
1,14 0,57
0,000456459
108
4,43
1,09 0,65
0,000460608
113
4,69
1,04 0,62
0,000465714
118
4,86
1,01 0,60
0,000461829
123
4,97
0,99 0,65
0,000453394
128
5,13
0,96 0,69
0,00044971
133
5,41
0,89 0,69
0,000456707
138
5,55
0,87 0,75
0,000451543
143
5,75
0,83 0,78
0,000451187
Com posse destes dados, foi possível a construção dos seguintes gráficos:

10. 5 CONCLUSÃO
O processo de secagem em estufas é considerado um método simples e barato, no
entanto é um método relativamente lento. Devido à simplicidade deste método não
foram encontradas muitas dificuldades durante a realização deste experimento. O único
ponto crítico desta prática se dava no momento das pesagens das amostras que requeria
certa agilidade e precisão, uma vez que pesagens demoradas levariam a absorção de
umidade do ar e consequente alteração nos resultados.

11. 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] FERREIRA, M. M. P.. Desenvolvimento, Caracterização e Secagem de Sementes
com Cobertura Artificial. Tese de Doutorado, DEQ/UFSCar, São Carlos, 235 p., 2003.
[2] PARK, K. J.; YADO, M. K. M.; BROD, F. P. R. (2001). Estudo de Secagem de PÍra
Bartlett (Pyrus sp.) em Fatias. CiÍncia e Tecnologia de Alimentos, Campinas, 21 (3):
288 ñ 292.
[3] FOUST, et al. - Princípios de operações unitárias. Rio de Janeiro:Guanabara Dois,
1982.
[4] ARRIECHE, L. S. Evolução da forma e encolhimento de um system gel durante
a secagem por convecção forçada. Dissertação de Mestrado, PPG-EQ/UFSCar, 136 p.,
São Carlos-SP, 2003.
[5] MOTEVALI,ALI; MINAEI, SAEID; KHOSHTAGAZA HADI, MOHAMMAD.
Evaluation of energy consumption in different drying methods.