Principais características dos materiais na mecânica de secagem

No domínio da mecânica de secagem, o trabalho árduo dos investigadores que estudam a dinâmica da secagem é indispensável. Sem a sua incansável experimentação, não teríamos parâmetros de processo prontos a utilizar para secar ou cozer produtos utilizando elementos de aquecimento de fibra de carbono. A dinâmica de secagem envolve o estudo da desidratação de materiais durante o processo de secagem e a sua relação com vários factores determinantes. Estes factores estão divididos em duas categorias principais.

A primeira categoria é constituída pelas características dos próprios materiais, incluindo as características estruturais, as características biológicas, as características da flor de pera e as propriedades termofísicas. Trata-se de factores intrínsecos.

A segunda categoria inclui as condições de aquecimento, que incluem parâmetros e métodos de aquecimento. Os parâmetros de aquecimento incluem a temperatura de aquecimento por radiação, a potência de aquecimento, as temperaturas de bolbo seco e húmido, a direção e a velocidade do fluxo de ar. Os métodos de aquecimento incluem o fornecimento de temperatura constante e variável, o aumento rápido ou lento da temperatura, a duração da temperatura constante e os métodos de arrefecimento. Estes são factores externos.

Ao integrar factores internos e externos, o objetivo é compreender como a humidade no interior de diferentes materiais se difunde para a sua superfície e se evapora a partir daí. Isto envolve o estudo da resistência encontrada pela humidade à medida que migra ou se difunde no interior dos materiais, e como estas resistências se relacionam com a estrutura dos materiais e a sua capacidade de absorver energia externa. Trata-se de uma exploração das características de transferência de calor e massa dos materiais húmidos. A dinâmica de secagem, baseada na procura de leis de secagem de materiais, estabelece esquemas de aquecimento optimizados e ciclos de secagem. Isto fornece uma base teórica para a conceção de novos processos e para a adaptação de equipamentos antigos, com o objetivo de poupar energia e garantir a qualidade da secagem.

Durante o processo de secagem, as propriedades do material que está a ser seco - tais como a estrutura, a forma, o tamanho, a estabilidade térmica e a estabilidade química - são cruciais para determinar a técnica de secagem. Em particular, as novas características do material produzidas pela combinação da humidade com diferentes tipos de materiais são os factores mais significativos que afectam o processo de secagem. A forma como a humidade se combina com os materiais sólidos afecta a facilidade de remoção da humidade dos materiais. Para dominar as regras de desidratação, é necessário estudar primeiro os modos de ligação da água aos materiais.

Vamos analisar como as substâncias na natureza podem ser classificadas com base na sua interação com a água em três categorias:

1. Corpos Porosos Capilarestambém conhecidos como meios porosos. Nestes materiais, o tamanho muda pouco ou nada com as alterações do teor de água. No entanto, tornam-se frágeis à medida que a humidade diminui e alguns podem transformar-se em pó, como o coque, o carvão, o solo, a areia, os tijolos e alguns materiais de construção. As forças capilares nestes materiais excedem largamente as suas forças circunferenciais, pelo que são elas que determinam a distribuição interna da humidade. Quando neutros em comparação com as forças capilares, estes materiais são designados por corpos porosos. Nos corpos porosos, a ligação dos materiais com a água faz-se principalmente através de forças capilares, que é um método de ligação relativamente simples em que as moléculas de água existem num estado de radical livre.
2. Colóides. Estes materiais mudam de tamanho e volume à medida que o seu teor de água varia. Existem dois tipos de colóides: os que se expandem infinitamente após a absorção de água, perdendo as suas dimensões geométricas originais e acabando por se dissolver, conhecidos como corpos infinitamente expansíveis, como a goma arábica; e os que apenas absorvem uma certa quantidade de água, expandem-se até um certo ponto e mantêm a sua forma geométrica, conhecidos como corpos finitamente expansíveis, como a gelatina. Nestes materiais, os micro-capilares são muito pequenos, comparáveis em tamanho às moléculas dos materiais, tornando a desidratação um desafio.
3. Colóides porosos capilares. Estes materiais possuem as características de ambas as categorias acima referidas, tendo uma estrutura porosa capilar com propriedades coloidais nas suas paredes capilares ou paredes celulares, que são elásticas e podem absorver água para se expandirem e contraírem durante a desidratação, como a madeira, a pele, os cereais e os alimentos.

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