Escolha a tecnologia de secagem certa

A secagem do material é inevitável para todos os processadores de plásticos. Também é crucial para a produção de produtos-de alta qualidade. A escolha de uma tecnologia de secagem adequada ajuda a poupar custos e a reduzir o consumo de energia, e uma avaliação correta da tecnologia e dos custos de secagem é essencial para selecionar a tecnologia adequada.

O aumento do teor de água reduz gradualmente a viscosidade de cisalhamento do material. Durante o processamento, alterações nas propriedades de fluidez do material fundido levam a alterações correspondentes na qualidade do produto e em uma série de parâmetros de processamento. Por exemplo, tempos de permanência excessivamente longos podem resultar em baixo teor de umidade residual, aumentando a viscosidade, levando ao preenchimento incompleto do molde e ao amarelecimento do material. Além disso, algumas alterações nas propriedades não são diretamente observáveis, mas só podem ser detectadas através de testes de materiais relevantes, tais como alterações nas propriedades mecânicas e na rigidez dielétrica.

Ao selecionar um processo de secagem, é fundamental identificar as propriedades de secagem do material. Os materiais podem ser categorizados como higroscópicos ou não{1}}higroscópicos. Os materiais higroscópicos absorvem a umidade do ambiente circundante, enquanto os materiais não{3}}higroscópicos não. Para materiais não{5}}higroscópicos, qualquer umidade presente no ambiente permanece na superfície, tornando-se "umidade superficial", que é facilmente removida. No entanto, grânulos feitos de materiais não{7}}higroscópicos podem se tornar higroscópicos devido a aditivos ou enchimentos.

Além disso, o cálculo do consumo de energia para um processo de secagem pode variar dependendo da complexidade do processamento e de outros fatores, portanto os valores aqui apresentados são apenas para referência.

Secagem por Convecção

Para materiais não{0}}higroscópicos, secadores de ar quente podem ser usados. A umidade é frouxamente ligada pela tensão interfacial entre o material e a água, facilitando sua remoção. Essas máquinas funcionam por meio de um ventilador para aspirar o ar ambiente e aquecê-lo até a temperatura necessária para a secagem do material específico. O ar aquecido passa pelo funil de secagem e aquece o material por convecção para remover a umidade.

A secagem de materiais higroscópicos geralmente envolve três etapas: a primeira etapa evapora a umidade superficial do material; a segunda etapa concentra a evaporação no interior do material, onde a taxa de secagem diminui lentamente enquanto a temperatura do material começa a subir; na etapa final, o material atinge o equilíbrio higroscópico com o gás de secagem. Nesta fase, a diferença de temperatura entre o interior e o exterior é eliminada. No final da terceira fase, se o material seco já não libertar humidade, isso não significa que esteja isento de humidade, mas simplesmente indica que foi estabelecido um equilíbrio entre as partículas e o ambiente circundante.

Na tecnologia de secagem, a temperatura do ponto de orvalho do ar é um parâmetro crucial. A temperatura do ponto de orvalho é a temperatura na qual a umidade relativa atinge 100%, mantendo constante o teor de umidade do ar úmido. Representa a temperatura na qual o ar atinge o ponto de condensação. Geralmente, quanto mais baixo for o ponto de orvalho do ar utilizado para a secagem, menor será o teor de umidade residual e mais lenta será a taxa de secagem.

Atualmente, o método mais comum para produzir ar seco é utilizando um gerador de gás seco. Este equipamento é centrado em um secador por adsorção composto por duas peneiras moleculares, onde a umidade do ar é absorvida. No estado de secagem, o ar flui através das peneiras moleculares, que absorvem a umidade do gás, fornecendo gás desumidificado para secagem. No estado de regeneração, as peneiras moleculares são aquecidas até a temperatura de regeneração por ar quente. O gás que flui através das peneiras moleculares coleta a umidade removida e a transporta para o ambiente circundante. Outro método para gerar gás seco é reduzir a pressão do gás comprimido. A vantagem deste método é que o gás comprimido na rede de abastecimento possui um ponto de orvalho de baixa pressão. Depois que a pressão é reduzida, seu ponto de orvalho atinge aproximadamente 0 grau. Se for necessário um ponto de orvalho ainda mais baixo, secadores de membrana ou de adsorção podem ser usados ​​para reduzir ainda mais o ponto de orvalho do ar antes que a pressão do ar comprimido seja reduzida.

Na secagem com ar desumidificado, a energia necessária para produzir o gás seco deve ser calculada separadamente. Na secagem por adsorção, a peneira molecular regenerada deve ser aquecida desde a temperatura do estado seco (aproximadamente 60 graus) até a temperatura de regeneração (aproximadamente 200 graus). Isto normalmente é feito aquecendo continuamente o gás até a temperatura de regeneração através da peneira molecular até atingir uma temperatura específica ao sair da peneira. Teoricamente, a energia necessária para a regeneração consiste na energia necessária para aquecer a peneira molecular e a água adsorvida nela, a energia necessária para superar a adesão da peneira molecular à água e a energia necessária para evaporar a umidade e aumentar a temperatura do vapor d'água.

Geralmente, o ponto de orvalho obtido da adsorção está relacionado à temperatura e à capacidade de absorção de umidade da peneira molecular. Normalmente, um ponto de orvalho de 30 graus ou menos permite que a peneira molecular atinja uma capacidade de absorção de umidade de 10%. A necessidade teórica de energia para produção do gás seco, calculada a partir de fontes de energia, é de 0,004 kWh/m³. Porém, na prática, esse valor deve ser um pouco maior porque os cálculos não levam em conta o ventilador ou a perda de calor. Por comparação, o consumo específico de energia de diferentes tipos de geradores de gás de secagem pode ser determinado. Geralmente, o consumo de energia para a secagem do gás desumidificador está entre 0,04 kWh/kg e 0,12 kWh/kg, dependendo do material e do teor de umidade inicial. Na operação real, pode atingir 0,25 kWh/kg ou superior.

A energia necessária para secar os grânulos consiste em duas partes: a energia necessária para aquecer o material desde a temperatura ambiente até a temperatura de secagem e a energia necessária para evaporar a umidade. O volume de gás necessário é geralmente determinado com base na temperatura do gás de secagem que entra ou sai do funil de secagem. A transferência de calor do ar seco a uma determinada temperatura para os grânulos através de convecção também é um processo de secagem convectiva.

Na produção real, o consumo real de energia é por vezes muito superior ao valor teórico. Por exemplo, o material pode permanecer no funil de secagem por muito tempo, resultando em uma maior quantidade de gás consumido para completar o processo de secagem, ou a capacidade de adsorção da peneira molecular pode não ser totalmente utilizada. Um método viável para reduzir a demanda por gás de secagem e, portanto, diminuir os custos de energia é usar um funil de secagem de duas-etapas. Neste tipo de equipamento, o material na parte superior da tremonha de secagem é apenas aquecido, mas não seco, portanto o aquecimento pode ser obtido utilizando ar ambiente ou gases de exaustão do processo de secagem. Usando este método, muitas vezes apenas 1/4 a 1/3 da quantidade normal de gás de secagem precisa ser fornecida ao funil de secagem, reduzindo assim os custos de energia. Outro método para melhorar a eficiência de secagem do gás desumidificador é por meio de termopares e regeneração controlada-do ponto de orvalho, enquanto a empresa alemã Motan usa gás natural como combustível para reduzir custos de energia.

Secagem a Vácuo

Atualmente, a secagem a vácuo também entrou no campo de processamento de plásticos. Por exemplo, o equipamento de secagem a vácuo desenvolvido pela empresa americana Maguire tem sido aplicado no processamento de plásticos. Esta máquina de operação contínua consiste em três câmaras montadas em uma correia transportadora rotativa. Na primeira câmara, após o enchimento dos grânulos, é introduzido gás aquecido até à temperatura de secagem para aquecer os grânulos. Na saída do gás, quando o material atinge a temperatura de secagem, ele é encaminhado para a segunda câmara, que é evacuada. Como o vácuo reduz o ponto de ebulição da água, a umidade evapora mais facilmente como vapor d'água, acelerando assim o processo de difusão da umidade. O vácuo também cria uma maior diferença de pressão entre o interior dos grânulos e o ar circundante. Normalmente, o material permanece na segunda câmara durante 20-40 minutos, mas para alguns materiais altamente higroscópicos, podem ser necessários até 60 minutos. Por fim, o material é transferido para a terceira câmara e retirado do secador.

Tanto na secagem por desumidificação a gás quanto na secagem a vácuo, a energia consumida no aquecimento do plástico é a mesma porque ambos os métodos são realizados na mesma temperatura. No entanto, na secagem a vácuo, a secagem a gás em si não consome energia, mas é necessária energia para criar o vácuo. O consumo de energia necessário para criar o vácuo depende da quantidade de material que está sendo seco e do seu teor de umidade.

Secagem infravermelha

Outro método para secar grânulos é a secagem por infravermelho. No aquecimento por convecção, a condutividade térmica entre o gás e os grânulos, entre os próprios grânulos e dentro dos grânulos é muito baixa, limitando assim grandemente a transferência de calor. Na secagem infravermelha, como as moléculas são irradiadas pela luz infravermelha, a energia absorvida é diretamente convertida em vibrações térmicas, o que significa que o material aquece mais rápido do que na secagem por convecção. Comparada ao aquecimento por convecção, a secagem infravermelha também envolve um gradiente reverso de temperatura, além da diferença de pressão local entre o ar ambiente e a umidade nas partículas. Geralmente, quanto maior a diferença de temperatura entre o gás de secagem e as partículas aquecidas, mais rápido será o processo de secagem. O tempo de secagem infravermelho é normalmente de 5 a 15 minutos. Atualmente, os processos de secagem por infravermelho são concebidos como sistemas de tubos rotativos, onde as partículas são transportadas e circuladas ao longo de um tubo espiral com vários aquecedores infravermelhos na seção central. Na secagem infravermelha, a potência do equipamento pode ser selecionada com base em um padrão de 0,035 kWh/kg a 0,105 kWh/kg.

Conforme mencionado anteriormente, diferentes teores de umidade no material levarão a diferenças nos parâmetros do processo. Geralmente, as diferenças no teor de umidade residual podem ser devidas a diferentes taxas de fluxo de diferentes materiais; portanto, interrupções no processo de secagem ou na inicialização e desligamento da máquina causarão diferenças no tempo de residência. Com uma vazão de gás fixa, as variações na vazão do material geralmente se manifestam como alterações no perfil de temperatura e na temperatura de exaustão. Os fabricantes de secadores medem essas variações usando diferentes métodos e combinam a vazão do gás de secagem com a quantidade de material a ser seco, ajustando assim o perfil de temperatura do funil de secagem para garantir que os grânulos tenham um tempo de residência estável na temperatura de secagem.

Além disso, a variação do teor de umidade inicial no material pode levar à instabilidade no teor de umidade residual. Uma vez que o tempo de permanência é fixo, uma alteração significativa no teor de humidade inicial resultará inevitavelmente numa alteração igualmente significativa no teor de humidade residual. Para alcançar um teor de umidade residual estável, é necessário medir o teor de umidade inicial e residual. No entanto, devido ao baixo teor de umidade residual, a medição on-line é difícil e o longo tempo de residência do material no sistema de secagem pode causar problemas de controle se o teor de umidade residual for usado como sinal de saída. Portanto, os fabricantes de secadores desenvolveram um novo conceito de controle para alcançar um teor de umidade residual estável. Este conceito de controle visa manter o teor de umidade residual estável usando parâmetros de processo como o teor de umidade inicial do plástico, o ponto de orvalho dos gases de entrada e saída, a taxa de fluxo de gás e a taxa de fluxo de grânulos como variáveis ​​de entrada. Isto permite que o sistema de secagem se ajuste prontamente com base nessas variáveis ​​para manter um teor de umidade residual estável.

A secagem infravermelha e a secagem a vácuo são novas tecnologias no processamento de plásticos. A sua aplicação reduz significativamente o tempo de residência do material e reduz o consumo de energia. No entanto, estes processos de secagem inovadores também são relativamente caros. Portanto, nos últimos anos, esforços têm sido feitos para melhorar a eficiência da secagem tradicional com gás desumidificador. Assim, ao tomar decisões de investimento, deve ser realizada uma avaliação minuciosa dos custos, considerando não apenas os custos de aquisição, mas também a tubagem, a energia, o espaço e a manutenção, para maximizar o retorno do investimento.