Si tiene conto della diffusione infrarossa quando si utilizzano tubi riscaldanti in fibra di carbonio per asciugare materiali umidi nella produzione industriale?

Nella produzione industriale, il riscaldamento elettrico è comunemente utilizzato per riscaldare e asciugare i materiali umidi. I principali principi di essiccazione sono i seguenti: il primo prevede il riscaldamento dei materiali ad alta temperatura ambiente per ottenere l'essiccazione; il secondo utilizza le microonde per riscaldare e asciugare i materiali; il terzo impiega il riscaldamento a raggi infrarossi; il quarto prevede l'essiccazione per disidratazione a bassa temperatura. Questi processi variano nella tecnica ma condividono lo stesso obiettivo: espellere l'umidità dai materiali umidi, ottenendo un prodotto asciutto per ridurre i costi di stoccaggio e trasporto e la durata dello stoccaggio.

Oggi discutiamo brevemente se sia necessario considerare la struttura microscopica dei materiali e il loro effetto sulla riflessione e la diffusione dei raggi infrarossi quando si utilizzano tubi riscaldanti in fibra di carbonio per l'essiccazione.

L'intensità di diffusione della radiazione da parte di liquidi e solidi è direttamente proporzionale alla loro temperatura termodinamica ed è influenzata dalla densità del materiale, che in genere aumenta con l'aumentare della densità. Inoltre, è correlata alla tensione superficiale del liquido, che aumenta al diminuire della tensione superficiale. L'acqua ha il più alto coefficiente di tensione superficiale e quindi presenta una minore diffusione delle radiazioni rispetto agli altri liquidi.

Quando la radiazione infrarossa a onde medie e lunghe interagisce con i granuli di amido o le cellule vegetali, eccita vibrazioni complesse. Pertanto, le vibrazioni di una particella non sono costanti e la diffusione della radiazione da parte della particella include gli effetti combinati di riflessione, rifrazione e radiazione secondaria.

I fenomeni di diffusione a livello molecolare si verificano generalmente quando il materiale è eterogeneo, ad esempio in aree con gradienti di densità, gradienti di umidità, gradienti di temperatura, anisotropia e disomogeneità strutturali. Pori e capillari irregolari all'interno del materiale, insieme ai bordi delle superfici liquide capillari, possono causare la diffusione della radiazione e cambiamenti nella direzione della stessa. Pertanto, quando si studiano gli effetti di riscaldamento della radiazione infrarossa dei tubi di riscaldamento in fibra di carbonio, è necessario considerare se questi effetti di dispersione possono influenzare la radiazione.

Le pareti dei pori e le membrane cellulari dei materiali vegetali sono costituite da particelle colloidali, che fungono da centri di diffusione nel materiale, dando luogo a dispersioni multiple. Anche nei materiali di spessore inferiore a 1μm, possono verificarsi più di due casi di dispersione multipla, che assorbono l'energia della radiazione. Di conseguenza, le caratteristiche del materiale e il trasferimento di calore radiativo sono strettamente legati.

Sostanze come il legno, il tè e la frutta hanno strutture colloidali porose che presentano bande di assorbimento elevate per la radiazione infrarossa intorno a una lunghezza d'onda di 20μm. Questo elevato assorbimento è dovuto al fatto che tutti i componenti della struttura colloidale porosa assorbono la radiazione infrarossa. Pertanto, quando si utilizzano tubi riscaldanti in fibra di carbonio per riscaldare o asciugare questi materiali, è essenziale far corrispondere le lunghezze d'onda di picco di assorbimento dei materiali.

I materiali contenenti umidità, soprattutto all'interno di specifiche bande spettrali, presentano una bassa riflettività alla radiazione infrarossa. Ciò è particolarmente evidente negli strati superficiali del legno che contengono umidità, con conseguente riduzione della riflettività. Quando il contenuto di umidità aumenta all'interno di queste bande spettrali, aumenta anche il tasso di assorbimento dell'energia della radiazione infrarossa.