Sélection de tubes chauffants infrarouges pour le séchage de matériaux humides hydratés : Ondes courtes ou ondes moyennes-longues ?

Les matériaux colloïdaux multiporeux capillaires, comme indiqué précédemment, sont l'un des types de matériaux les plus courants dans la vie quotidienne et les processus de production. Le bois, le cuir et les aliments en sont des exemples. Ces matériaux sont au cœur de l'étude du séchage en raison de la facilité relative avec laquelle l'eau peut être expulsée des grands capillaires, alors que l'extraction de l'eau des microcapillaires ou des parois cellulaires est considérablement plus difficile. Par conséquent, le processus de migration de l'humidité interne dans ces matériaux implique à la fois les grands et les microcapillaires, y compris l'expulsion de l'eau libre à l'intérieur des cavités cellulaires.

L'énergie consommée pour la liaison de l'eau dans le matériau se manifeste non seulement dans l'expulsion de l'eau des parois cellulaires ou à la teneur en eau d'équilibre, mais aussi tout au long du processus d'assèchement. Le processus de séchage doit donc être considéré comme un transfert global d'énergie et de matière. Étant donné la structure complexe des matériaux, tels que les matériaux thermosensibles et biologiquement actifs (par exemple, les graines), les mécanismes des processus de transfert de chaleur et de masse sont complexes.

L'eau présente dans les matériaux peut être liée chimiquement, physico-chimiquement ou mécaniquement. L'eau liée chimiquement, lorsque l'eau est liée aux solides par des forces chimiques (par exemple, l'eau de cristallisation dans le sulfate de cuivre pentahydraté, CuSO4-5H2O), est généralement difficile à éliminer par chauffage et n'est généralement pas considérée comme faisant partie du processus de séchage, bien qu'un séchage réussi à l'aide d'un chauffage infrarouge par fibre de carbone ait été réalisé avec des billes de dolomite.

La liaison physico-chimique se produit lorsque l'eau ou les solvants se lient aux matériaux par des liaisons hydrogène ou des forces de van der Waals. L'interaction entre les molécules d'eau et le matériau se produit au niveau moléculaire, où la première couche de molécules liquides se lie le plus fortement au matériau et les couches suivantes se lient plus faiblement. Les changements dans les milieux environnants peuvent facilement perturber ces couches au-delà de la première.

La liaison mécanique implique que l'eau forme une tension superficielle dans les capillaires du matériau. La force combinée de l'eau dans les grands capillaires est faible, comme dans l'eau pure, où la pression de vapeur de l'humidité de surface est égale à la pression de vapeur saturante de l'eau pure à n'importe quelle température, ce qui facilite l'évaporation de l'eau. Dans les microcapillaires, un ménisque concave forme des liens solides avec les parois du capillaire, et sa pression de vapeur saturante de surface est inférieure à la vapeur saturante à la même température.

Les matériaux tels que le bois, les aliments, les fruits, les poudres, les fibres, les peintures et les revêtements réfléchissent, transmettent et absorbent le rayonnement infrarouge. Contrairement aux liquides, aux colloïdes, aux colloïdes poreux capillaires et aux solides amorphes, ils présentent non seulement des spectres de vibration, mais aussi des spectres de rotation. L'énergie des spectres infrarouges est absorbée par le matériau et convertie en énergie thermique.

Lors d'un chauffage radiatif, les matériaux ne gagnent de l'énergie qu'en absorbant le rayonnement. Le rayonnement transmis ou réfléchi ne contribue pas au chauffage, ce qui fait des taux d'absorption un paramètre essentiel de l'efficacité de l'utilisation de l'énergie radiative par le matériau. L'analyse des spectres d'absorption de matériaux tels que les pommes, les pommes séchées, les pommes de terre, les pommes de terre séchées, les feuilles de thé, le bois et la peinture révèle que les colloïdes poreux capillaires absorbent le moins dans la gamme des ondes courtes, les taux d'absorption augmentant avec la longueur d'onde et atteignant des pics d'absorption maximaux à la limite des ondes moyennes et longues.

Compte tenu de ces caractéristiques et des effets des molécules d'eau dans les matériaux, tels que le bois et la peinture contenant des groupes hydroxyles et alkyles, des bandes d'absorption significatives sont évidentes dans la gamme de longueurs d'onde de 3 à 6μm. L'eau contenue dans les matériaux influence considérablement le spectre d'absorption, l'eau liquide présentant trois pics d'absorption entre 5μm-17μm, ce qui en fait les pics d'absorption optimaux pour le rayonnement infrarouge dans les matériaux humides hydratés.

D'après les données expérimentales, le séchage des matériaux humides hydratés nécessite des tubes chauffants infrarouges à ondes moyennes-longues.

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