Análise de secagem por meio da primeira e segunda Lei da Termodinâmica: simulação de secagem de grãos em leito fluidizado - Ietec

Análise de secagem por meio da primeira e segunda Lei da Termodinâmica: simulação de secagem de grãos em leito fluidizado

Mestre
Valéria Renata de Sousa

No mundo industrializado a secagem é uma operação essencial em indústrias química, agrícola, biotecnologia, polímeros, cerâmicas, farmacêutica, processamento mineral e madeira. O objetivo deste trabalho é apresentar uma metodologia para análise de secagem de arroz em casca em leito fluidizado, por meio das primeira e segunda leis da termodinâmica. O modelo foi desenvolvido tendo como base os conceitos e equações de transferência de massa e calor. A solução numérica foi realizada utilizando o software Mathcad e envolveu o método de integração numérica de Runge-Kutta Fehlberg.

Na simulação consideram-se condições de referência de secagem, para temperatura do ar, umidade relativa e velocidade, respectivamente, iguais a 52ºC, 0,118 kg/kg e 2,5 m/s. Os valores das condições iniciais da massa de grãos de arroz foram com teor de água igual a 0,25 kg/kg, base úmida, temperatura inicial do grão de arroz igual a 20ºC e razão de umidade do ar igual a 0,01 kg de água/kg de ar seco. Um estudo paramétrico foi feito variando-se a velocidade do ar e a altura do leito, respectivamente, nas faixas de 0,10 a 0,20 m e 2,4 a 3,4 m/s. Os resultados incluem curvas do teor médio de água dos grãos e da temperatura do ar de saída, umidade de equilíbrio nas condições de secagem em relação à umidade relativa, dados da disponibilidade do ar e de eficiências de primeira e de segunda leis da termodinâmica, ao longo do período de secagem. Os resultados mostraram que a velocidade do ar não afeta significativamente a curva de secagem, o que leva a inferir que a velocidade minima de fluidização é em torno de 2,4 m/s.

Por outro lado, a altura do leito de fluidização possui maior influência na curva e no tempo de secagem. Observou-se também que a eficiência por meio da primeira lei é consideravelmente maior que a da segunda lei e durante o processo de secagem a eficiência da primeira lei é reduzida drasticamente. A maior perda exergética no processo de secagem ocorre na saída do ar de secagem, por isso é recomendado a utilização de recirculação de ar nos secadores. Com a variação dos parâmetros de secagem como velocidade e altura do leito a eficiência do sistema é alterada.

Palavras-chave: Exergia. Energia. Leito fluidizado. Secagem. Runge-Kutta Fehlberg.

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Data: 31/10/2017

Banca avaliadora: Prof. Dr. José Leôncio Fonseca de Souza - CEFET MG, Prof. Dr. Mauri Fortes - Ietec, Profa. Dra . Wanyr Romero Ferreira - Ietec (Oreintadora)

gradeço aos meus orientadores e grandes mestres, professores Wanyr Romero Ferreira e Mauri Fortes pelos ensinamentos, orientação e disponibilidade. Agradeço também aos professores Rafael Pinheiro Amantéa e José Helvécio Martins pelos ensinamentos, apoio e principalmente pela amizade. Agradeço aos colegas, funcionários e professores do IETEC pelo apoio constante que tornou a nossa convivência muito agradável.