Gestão Ambiental Empresarial

INTRODUÇÃO

O ar, didaticamente, é dividido em duas frações: vapor de água e ar seco. A fração vapor de água pode aumentar ou diminuir. Aumenta, por exemplo, na secagem de grãos, em que a água removida do produto é repassada ao ar. E diminui quando do reumedecimento de produtos ou da condensação de vapor de água sobre superfícies.

Em aplicações na área de armazenagem de grãos, a fração ar seco é considerada constante, sendo composta por nitrogênio (78,80%), oxigênio (21,00%), gases nobres (0,90%), gás carbônico (0,30%) e outros gases (0,01%).

Para caracterizar o ar são utilizadas propriedades psicrométricas, como: temperatura de bulbo seco, temperatura de bulbo úmido, umidade relativa, volume específico, razão de mistura e entalpia.

A temperatura de bulbo seco corresponde temperatura do ar medida por termômetros de mercúrio ou digitais. Enquanto a temperatura de bulbo úmido é medida por meio de um termômetro com o bulbo envolto por cadarço de algodão embebido em água. Esse artifício visa simular o processo de evaporação, em que, o calor necessário é extraído do bulbo. Desse modo, a temperatura de bulbo úmido tende a ser menor que a temperatura de bulbo seco. E quanto maior é essa diferença, mais seco o ar estará, ou seja, o aporte de vapor de água no ar está em baixo nível. Esse nível é expresso em escala percentual por meio da propriedade umidade relativa.

Se a umidade relativa é zero significa que não há vapor de água no ar, enquanto 100% caracteriza o estado de saturação, ou seja, o ar está com o aporte máximo de vapor de água. Nessa condição, as temperaturas de bulbo seco e úmido são iguais.

O volume específico corresponde ao volume de ar que contem um quilograma de ar seco e mais uma quantidade variável de vapor de água. A variabilidade da quantidade de vapor é expressa pela propriedade - razão de mistura, que corresponde à razão entre quantidade de vapor e 1,0 kg de ar seco. Por exemplo, o ar com temperatura de 25ºC e umidade relativa de 60% tem a razão de mistura igual 0,0125 kg de vapor de água por 1,0 kg de ar seco.

PROCESSO DE TROCA DE CALOR

O processo de troca de calor ocorre quando o ar é aquecimento ou resfriado. O aquecimento do ar para fins de secagem pode ocorrer em fornalhas, resistores elétricos, ou pela radiação solar.

No caso das fornalhas a lenha, cada quilograma de lenha queimada libera cerca de 3.500 kcal. No entanto, apenas 40% dessa energia é transferida ao ar, em razão da baixa eficiência térmica das fornalhas.

Ao receber calor, a entalpia do ar aumentada, a temperatura eleva e a umidade relativa reduz, pois quanto maior o aporte de calor do ar, maior será capacidade em conter água na forma de vapor. É por isso que na maioria dos secadores, parte do ar de secagem deve passar pela fornalha.

No caso do resfriamento do ar empregam-se geradores de frio para remover calor do ar. Com isso, a temperatura do ar diminui e a umidade relativa aumenta, pois o ar perde capacidade de reter água na forma de vapor. E se a quantidade de calor removida for demasiada, parte do vapor de água condensa e, ou congela.

PROCESSO DE TROCA DE MASSA – VAPOR D’ÁGUA

Os grãos são higroscópicos, ou seja, possuem a capacidade de ceder ou receber água na forma de vapor do ar circunvizinho. O sentido da troca é estabelecido, por exemplo, pela diferença da umidade relativa da finíssima camada de ar sobre os grãos, chamada de microclima, e a umidade relativa do ar circunvizinho. O fluxo de vapor será estabelecido do ambiente como maior umidade relativa para o de menor valor. Isso ocorre até que seja atingida a condição de equilíbrio higroscópico, quando o fluxo de vapor cessa, pois os valores de umidade relativa tornam iguais.

Na secagem, os grãos devem dispor de aporte calórico para evaporar a água contida nos tecidos internos e promover migração do vapor para superfície. O que faz a umidade relativa nas superfícies dos grãos tornarem maior que a umidade relativa do ar circunvizinho. Sendo assim, o fluxo de vapor de água ocorrerá das superfícies dos grãos para o ar. Recebendo esse aporte de vapor, a temperatura do ar reduz, pois parte do calor do ar será utilizada para manter a massa de vapor em suspensão. Além disso, aumentam os valores da razão de mistura e da umidade relativa.

O reumedecimento da massa de grãos deve-se ao fato do ar circunvizinho apresentar úmida relativa maior que a umidade relativa sobre a superfície dos grãos.

Nesse caso, o fluxo de vapor será do ar para superfícies dos grãos, podendo ocorre condensação. A massa de grãos poderá absorver parte da água condensada, aumentando o seu teor de água em poucos pontos percentuais. No entanto, a maior quantidade de vapor condensa sobre as superfícies dos grãos, aumentando a atividade aquosa do ambiente, propiciando o desenvolvimento de fungos e bactérias.

Outro fato que leva o ar a perder vapor de água, é quando em contato com superfícies frias. Assim, à medida que o ar cede calor, diminui sua capacidade de manter a massa vapor em suspensão, ocorrendo condensação. Essas superfícies podem ser paredes ou tetos de silos ou graneleiros, ou as superfícies dos grãos.

PROCESSOS DE TROCA DE CALOR E MASSA NAS OPERAÇÕES UNITÁRIAS

Conhecendo os princípios da troca de calor e massa envolvendo as massas de grãos e ar é possível compreender como ocorrem às operações unitárias: aeração em silo-pulmão, secagem, seca-aeração, aeração durante a armazenagem e refrigeração da massa de grãos.

a) Uso do ar em silos-pulmão

Os silos-pulmão no fluxograma operacional são instalados entre as máquinas de pré-limpeza e os secadores com a finalidade de acondicionar produto úmido que aguarda a secagem. Normalmente, esses produtos apresentam teores de água superior a 18%, o que favorece a proliferação de fungos do gênero Fusarium. Portanto, para reduzir a proliferação desses microrganismos é recomendado remover calor da massa de grãos. Esse calor é gerado pela respiração dos grãos e o metabolismo de fungos e bactérias. Desse modo, com a passagem do fluxo de ar ambiente, Figura 1, pelos grãos, reduz a temperatura do produto e pode ocorrer uma pequena redução do teor de