A dispersão de infravermelhos é tida em conta quando se utilizam tubos de aquecimento de fibra de carbono para secar materiais húmidos na produção industrial?

Na produção industrial, o aquecimento elétrico é normalmente utilizado para aquecer e secar materiais húmidos. Os principais princípios de secagem incluem os seguintes: o primeiro envolve o aquecimento de materiais através de uma temperatura ambiente elevada para conseguir a secagem; o segundo utiliza micro-ondas para aquecer e secar materiais; o terceiro emprega o aquecimento por radiação infravermelha; e o quarto envolve a secagem por desidratação a baixa temperatura. Estes processos variam em termos de técnica, mas partilham o mesmo objetivo: expulsar a humidade dos materiais húmidos, resultando num produto seco para reduzir os custos de armazenamento e transporte e a duração do armazenamento.

Hoje, vamos discutir brevemente se precisamos de considerar a estrutura microscópica dos materiais e o seu efeito na reflexão e dispersão da radiação infravermelha quando utilizamos tubos de aquecimento de fibra de carbono para secagem.

A intensidade de dispersão da radiação por líquidos e sólidos é diretamente proporcional à sua temperatura termodinâmica e é afetada pela densidade do material, aumentando normalmente com uma maior densidade. Além disso, está relacionada com a tensão superficial do líquido, aumentando à medida que a tensão superficial diminui. A água tem o coeficiente de tensão superficial mais elevado, apresentando assim uma menor dispersão da radiação em comparação com outros líquidos.

Quando a radiação infravermelha de onda média a longa interage com grânulos de amido ou células vegetais, excita vibrações complexas. Por conseguinte, as vibrações de uma partícula não são constantes e a dispersão da radiação pela partícula inclui os efeitos combinados de reflexão, refração e radiação secundária.

Os fenómenos de dispersão a nível molecular ocorrem geralmente quando o material é heterogéneo, como áreas com gradientes de densidade, gradientes de humidade, gradientes de temperatura, anisotropia e inomogeneidades estruturais. Poros e capilares irregulares no interior do material, juntamente com os bordos das superfícies de líquidos capilares, podem causar dispersão de radiação e alterações na direção da radiação. Assim, ao estudar os efeitos de aquecimento da radiação infravermelha dos tubos de aquecimento de fibra de carbono, é necessário considerar se estes efeitos de dispersão podem afetar a radiação.

As paredes dos poros e as membranas celulares dos materiais vegetais são constituídas por partículas coloidais, que funcionam como centros de dispersão no material, conduzindo a dispersões múltiplas. Mesmo em materiais com menos de 1μm de espessura, podem ocorrer mais de duas instâncias de dispersões múltiplas, absorvendo a energia da radiação. Consequentemente, as características do material e a transferência de calor radiativa estão intimamente ligadas.

Substâncias como a madeira, o chá e os frutos têm estruturas coloidais porosas que apresentam bandas de absorção elevadas para a radiação infravermelha em torno de um comprimento de onda de 20μm. Esta elevada absorção deve-se ao facto de todos os componentes da estrutura coloidal porosa absorverem a radiação infravermelha. Por conseguinte, ao utilizar tubos de aquecimento de fibra de carbono para aquecer ou secar estes materiais, é essencial fazer corresponder os comprimentos de onda de absorção máxima dos materiais.

Os materiais que contêm humidade, especialmente dentro de bandas espectrais específicas, apresentam uma baixa refletividade à radiação infravermelha. Isto é particularmente notório nas camadas superficiais da madeira que contém humidade, levando a uma refletividade reduzida. À medida que o teor de humidade aumenta dentro destas bandas espectrais, a taxa de absorção da energia da radiação infravermelha também aumenta.