Extras din curs

TERMODINAMICA CORPURILOR UMEDE

3.1 Umiditatea corpului umed

Umiditatea unui corp umed se defineşte prin două mărimi fundamentale: umiditatea relativă, notată cu c, şi umiditatea absolută, notată cu U.

Umiditatea relativa c (%) a unui corp umed se defineşte ca raporul dintre masa apei din corp mapa raportata la masa totală a corpului mcorp:

(3.1)

Umiditatea absolută U (kg.apa/kg.cus) a unui corp umed, denumită şi conţinutul de umiditate al corpului, se defineşte ca raportul dintre masa apei din corp mapa raportată la masa corpului uscat mcus:

(3.2)

Umiditatea relativă este cel mai des utilizată în tabele cu compozitia alimentelor, în timp ce umiditatea absolută este utilizată în izotermele de sorbţie si caracteristicile de uscare. Cantitatea de apa din alimente este mult mai usor determinat prin luarea unei probe reprezentative şi uscarea acesteia păna la obtinerea unei mase constante. Un aparat mult utilizat este termobalanţa.

3.2 Umiditatea de echilibru

Umiditatea relativă a unui corp umed în echilibru termodinamic cu aer de umiditate şi temperatura dată se numeşte umiditate relativă de echilibru (EMC) notată cu ec (%), pentru care corespunde o umiditate absolută de echilibru Ue. Graficul EMC, la o temperatură dată, în funcţie de umiditatea relativă a aerului se numeşte izotermă de sorbţie. O izotermă obţinută prin expunera solidului la aer, a cărui umiditate creşte, se numeşte izotermă de adsorbţie. Cea obţinută prin expunerea solidului la aer, a cărui umiditate scade, este cunoscută ca izotermă de desorbţie, caracteristică care este importantă în uscare deoarece conţinutul de umiditate al solidelor descreşte progresiv. Majoritatea materialelor uscate prezintă „histerezis”, adică cele două izoterme sunt diferite.

Figura 3.1 este prezentată forma generală a izotermelor de sorbţie tipice pentru legume şi fructe. Ele sunt caracterizate de trei zone diferite A, B şi C, care indică diferitele mecanisme de legare a apei în puncte individuale din matricea solidă. În regiunea A, apa este legată puternic şi nu este disponibilă pentru reacţie. În această regiune, este esenţială adsorbţia stratului monomolecular a vaporilor de apă şi nu există nici o diferenţă între izotermele de adsorbţie şi desorbţie. În regiunea B, apa este legată mai slab. Scăderea presiunii vaporilor sub presiunea de echilibru a vaporilor de apă la aceeaşi temperatură este datorată apei din capilarele mai mici. Apa din regiunea C şi mai slab legată în capilare mai mari. Este disponibilă pentru reacţii şi ca solvent.

Figura 3.1 Izoterme de sorbţie tipice

Numeroase ipoteze au fost propuse pentru explicarea histerezisului (Bruin şi Luyben, 1980; Fortes şi Okos, 1980; Bruin, 1988).

In teoria uscării, referitor la umiditatea corpurilor se mai utilizează următoarele mărimi prezentate şi in tabelul 3.1:

Tabelul 3.1 Principalele mărimi referitoare la umiditatea corpului

Termen Simbol UM Specificatie

Umiditate absolută aer Xa kg.a/kg aus

Umiditate absolută corp U kg.a/kg cus

Umiditate absolută iniţiala corp Uini kg.a/kg cus

Umiditate critica corp Ucr kg.a/kg cus umiditatea la care viteza de uscare începe prima dată să scadă în condiţii de uscare constante.

Umiditate de echilibru corp Ue kg.a/kg cus umiditate corpului stabilizata la o umiditate RH a mediului

Umiditate legată Uleg kg.a/kg cus apă fizic şi/sau chimic legată de materia solidă astfel încât să exercite o presiune a vaporilor mai mică decât cea a lichidului pur la aceeaşi temperatură

Umiditate relativă aer a %

Umiditate relativă corp u %

Umiditatea liberă

Ulib = U – Ue

Ulib kg.a/kg cus umiditatea corpului care este în exces faţă de cea de echilibru (deci ce poate fi îndepărtată)

In figura 3.2 se prezintă arată diferitele tipuri de umiditate definite în tabelul

Figura 3.2 Diferite tipuri de umiditate a corpului

Izotermele de desorbţie sunt deasemenea dependente şi de presiunea externă. In cazul uscării convective, care se face la presiunea normală, acest efect poate fi neglijat.

Conform lui Keey (1978), dependenţa umidităţii de echilibru de temperatură poate fi corelată prin relaţia:

(3.3)

Parametrul variază în domeniul 0,005 0,01 K-1. Această relaţie poate fi folosită pentru estimarea dependenţei de temperatură a umidităţii de echilibru Ue dacă nu sunt disponibile alte date.