6.2. Mecanismul uscării
Când un material umed este uscat cu un curent de aer cald, căldura se transferă la suprafţa materialului prin convecţie. Vaporii care se formează sunt transportaţi de curentul de aer departe de suprafţa materialului. Pentru a obţine curbele uscării se poate lucra în condiţii constante sau variabile de uscare. În primul caz parametrii agentului de uscare nu variază în urma trecerii prin sau peste materialul supus uscării. Acest mod de lucru se poate realiza practic lucrând la debite mari de aer cald şi cu strat de material supus uscării de grosime mică. În aceste condiţii după trecerea aerului peste sau prin strat conţinutul său de umezeală şi temperatura sa rămân constante. Dacă se reprezintă variaţia conţinutului de umiditate liberă în timp se obţine o curbă de uscare, care poate arata ca în figura 6.1.
Figura 6.1. Curbă de uscare (variaţia conţinutului de umiditate liberă în timp)
Viteza de uscare este proporţionlă cu variaţia umidităţii în timp. Dacă se reprezintă viteza de uscare în funcţie de timp sau de umiditatea liberă a materialului atunci se observă mai bine porţiunile din care este alcătuită curba de uscare.
Figura 6.2. Curbe ale vitezei de uscare în funcţie de timp sau de conţinutul de umiditate liberă.
Procesul de uscare poate fi descris ca având mai multe perioade în care viteza de uscare joacă un rol cheie. Punctele A si A' reprezintă punctele iniţiale pentru un material rece şi, respectiv, un material cald la începutul procesului de uscare. Punctul B reprezintă atingerea echilibrului temperaturii la suprafaţa materialului. Durata de timp între puctele A şi B fiind mică nu se ia în calcul când se determină durata uscării. Porţiunea BC a curbelor de uscare este cunoscută ca fiind perioada de uscare cu viteză constantă şi este asociată cu îndepărtarea apei nelegate din material. În această etapă a uscării apa se comportă ca şi când solidul nu ar fi prezent în sistem. Iniţial suprafaţa produsului este foarte udă, activitatea apei fiind apropiată de 1. Într-un solid poros apa îndepărtată în această etapă de pe suprafaţă este compensată de curgerea apei din interiorul solidului către suprafaţă. La o valoare critică a umidităţii corespunzătoare punctului C această etapă ia sfârşit. Temperatura de la suprafaţa produsului corespunde aproximativ temperaturii termometrului umed. Prima perioadă de viteză descrescătoare începe din punctul C, procesul fiind guvernat de transferul de masă în faza gazoasă şi de curgerea apei din interiorul materialului. Umiditatea corespunzătoare punctului C este cea la care apare prima porţiune de suprafaţă uscată a materialului. Activitatea apei la suprafaţă devine mai mică decât 1. În punctul D întreaga suprafaţă a materialului este uscată, din acest punct începând a doua perioadă de viteză descrescătoare, frontul de evaporare deplasându-se spre interiorul materialului. Căldura necesară îndepărtării umidităţii se transferă prin solid către suprafaţa de evaporare şi vaporii de apă obţinuţi se deplasează prin solid în curentul de aer care circulă la suprafaţă. În acest caz procesul este controlat de difuzia internă. Cantitatea de apă îndepărtată poate fi foarte mică şi timpul de uscare lung, deoarece viteza de uscare este mică. Valoarea scăzută a vitezei de uscare se poate datora fie unei interacţiuni solid-apă, fie unei tranziţii din stare sticloasă în stare elastică. Curbele de uscare sunt specifice fiecărui material şi prezenţa celor trei perioade nu este obligatorie. Pentru alimente comportarea la uscare depinde de porozitate, omogenitate şi de proprietăţile higroscopice.