Seleção de tubos de aquecimento por infravermelhos para secagem de materiais húmidos hidratados: Onda curta ou onda média-longa?

Os materiais coloidais capilares multiporosos, tal como referido anteriormente, são um dos tipos de materiais mais comuns encontrados na vida quotidiana e nos processos de produção. Alguns exemplos são a madeira, o couro e os alimentos. Estes materiais são um foco importante no estudo da secagem devido à relativa facilidade com que a água pode ser expelida de grandes capilares, enquanto a extração de água de microcapilares ou paredes celulares é consideravelmente mais difícil. Consequentemente, o processo de migração da humidade interna nestes materiais envolve tanto capilares grandes como micro-capilares, incluindo a expulsão de água livre dentro das cavidades celulares.

A energia consumida na ligação da água dentro do material manifesta-se não apenas na expulsão da água das paredes celulares ou no teor de humidade de equilíbrio, mas ao longo de todo o processo de drenagem. Assim, o processo de secagem deve ser visto como uma transferência abrangente de energia e matéria. Dada a estrutura complexa dos materiais, como os materiais termossensíveis e biologicamente activos (por exemplo, sementes), os mecanismos dos processos de transferência de calor e massa são complexos.

A água nos materiais pode ser quimicamente ligada, físico-quimicamente ligada ou mecanicamente ligada. A água quimicamente ligada, em que a água está ligada a sólidos por forças químicas (por exemplo, água de cristalização em sulfato de cobre penta-hidratado, CuSO4-5H2O), é tipicamente difícil de remover através de aquecimento e não é geralmente considerada parte do processo de secagem, embora tenha sido conseguida uma secagem bem sucedida utilizando aquecimento por infravermelhos de fibra de carbono com bolas de dolomite.

A ligação físico-química ocorre quando a água ou os solventes se ligam aos materiais através de ligações de hidrogénio ou forças de van der Waals. A interação entre as moléculas de água e o material ocorre a nível molecular, em que a primeira camada de moléculas líquidas se liga mais fortemente ao material e as camadas subsequentes se ligam mais fracamente. As alterações nos meios circundantes podem facilmente perturbar estas camadas para além da primeira.

A ligação mecânica envolve a formação de tensão superficial pela água nos capilares do material. A força combinada da água com grandes capilares é fraca, semelhante à da água pura, onde a pressão de vapor da humidade superficial é igual à pressão de vapor saturado da água pura a qualquer temperatura, facilitando a evaporação da água. Nos micro-capilares, um menisco côncavo forma fortes ligações com as paredes capilares, e a sua pressão de vapor de saturação superficial é inferior à do vapor de saturação à mesma temperatura.

Materiais como a madeira, alimentos, frutos, pós, fibras, tintas e revestimentos reflectem, transmitem e absorvem radiação infravermelha. Ao contrário dos líquidos, colóides, colóides capilares porosos e sólidos amorfos, não só apresentam espectros vibracionais como também espectros rotacionais. A energia dos espectros de infravermelhos é absorvida pelo material, convertendo-a em energia térmica.

Durante o aquecimento radiativo, os materiais só ganham energia através da absorção de radiação. A radiação que é transmitida ou reflectida não contribui para o aquecimento, tornando as taxas de absorção um parâmetro crítico para a eficácia com que a energia radiativa é utilizada pelo material. A análise dos espectros de absorção de materiais como maçãs, maçãs secas, batatas, batatas secas, folhas de chá, madeira e tinta revela que os colóides porosos capilares absorvem menos na gama de ondas curtas, com taxas de absorção que aumentam com o comprimento de onda e atingem picos máximos de absorção no limite de ondas médias-longas.

Dadas estas características e os efeitos das moléculas de água nos materiais, como a madeira e a tinta que contêm grupos hidroxilo e alquilo, são evidentes bandas de absorção significativas na gama de comprimentos de onda de 3-6μm. A água contida nos materiais influencia significativamente o espetro de absorção, com a água líquida a apresentar três picos de absorção entre 5μm-17μm, tornando estes os picos de absorção ideais para a radiação infravermelha em materiais húmidos hidratados.

Com base nos dados experimentais, a secagem de materiais húmidos hidratados requer eficazmente tubos de aquecimento por infravermelhos de onda média-longa.

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