Cinética e termodinâmica da secagem convectiva de filmes de Quitosana
Autor: Micheli Legemann Monte (Currículo Lattes)
Resumo
Os filmes biopoliméricos têm sido o objeto de estudo em muitas pesquisas por apresentarem vantagens, como a substituição dos polímeros derivados do petróleo. A quitosana é um biopolímero obtido a partir da quitina presente no exoesqueletos de crustáceos, como o camarão, e o processo de produção dos filmes de quitosana consiste na sua dissolução, e posteriormente, a etapa de secagem. O presente trabalho teve por objetivo estudar a secagem convectiva em camada delgada dos filmes de quitosana, por meio das curvas experimentais, determinação das propriedades físicas e de transporte dos filmes durante a operação, e avaliação das propriedades termodinâmicas através das isotermas de sorção de umidade. Para o estudo da cinética de secagem foi utilizado um secador de convecção forçada com velocidades do ar de 0,3 e 0,9 m s-1 e as temperaturas de secagem de 30, 40 e 50°C, sendo a umidade absoluta constante de 0,012 kg kg-1. Os experimentos das isotermas de sorção foram realizados pelo método gravimétrico estático, com atividade de água de 0,041 a 0,89, nas temperaturas de 20 a 50 °C. O modelo GAB foi o que melhor representou as curvas experimentais de isotermas de sorção, sendo utilizado para o cálculo das propriedades termodinâmicas. O calor isostérico de sorção aumentou com a diminuição da atividade de água, mostrando a forte interação água-polímero da monocamada. A temperatura isocinética foi maior que a temperatura média harmônica, sugerindo que os processos de sorção foram controlados pela entalpia. O tamanho médio de poro (rp) dos filmes de quitosana foi na faixa de 0,7 a 22 nm, sendo classificado como um material com microporos e mesoporos. Com relação a cinética de secagem, a taxa constante foi predominante, obtendo-se taxa constante 2,5 vezes maior com o aumento de temperatura de 30 para 50°C. A constante de secagem (K) aumentou com a temperatura, atingindo o maior valor em var = 0,9 m s-1 e 50 ° C. A espessura do filme de quitosana apresentou comportamento linear com a umidade, sendo a espessura final do filme seco em torno de 0,095 mm. A difusividade efetiva volumétrica média (Defm) variou de 1,55 a 3,59 ×10-12 m2 s-1, com os maiores valores de Defm para temperatura de 50°C. O número de Biot de massa apresentou-se menor que 30 para a 1ª fase decrescente, sugerindo que o processo foi controlado pelo transporte convectivo de umidade. Em relação às propriedades dos filmes, observou-se que o aumento da var para 0,9 m s-1 não ocasionou diferença significativa (p<0,05) para resistência à tração (RT), alongamento (A) e permeabilidade ao vapor de água (PVA). A solubilidade dos filmes diminuiu com o aumento da temperatura, sugerindo que a secagem a 50°C produziu uma matriz polimérica com menor disponibilidade dos grupos hidrofílicos do glicerol, como mostrado na análise estrutural da superfície dos filmes. Baseado nos resultados sugere-se que os filmes sejam secos a temperaturas de 40 ou 50°C e var de 0,9 m s-1 possibilitando menor tempo de secagem, sem que ocorram alterações nas propriedades dos filmes (RT, A e PVA).