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https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/21546| Title: | Estudo da dinâmica de secagem em um secador rotatório com alimentação intermitente |
| Other Titles: | Dynamic study of drying in rotary dryer operating with feed intermittent |
| Authors: | Moura, Bríggida Dantas de |
| Advisor: | Oliveira, Jackson Araújo de |
| Keywords: | Secador rotatório;Modelagem matemática;Análise dinâmica de resposta intermitente;Resíduo de maracujá |
| Issue Date: | 15-Apr-2016 |
| Citation: | MOURA, Bríggida Dantas de. Estudo da dinâmica de secagem em um secador rotatório com alimentação intermitente. 2016. 100f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2016. |
| Portuguese Abstract: | A crescente atividade industrial de beneficiamento de polpas de frutas é responsável pela geração de uma quantidade significativa de subproduto na forma de resíduos, constituídos basicamente de semente, casca e bagaço da fruta. Tais resíduos ainda são pouco aproveitados e o seu descarte direto pode resultar em prejuízos ambientais consideráveis. Portanto, é de grande interesse científico e tecnológico o desenvolvimento de estratégias para agregar valor econômico a estes resíduos. A secagem, por ser um dos processos mais utilizados na preservação de produtos alimentícios, representa uma alternativa interessante de aproveitamento dos resíduos, podendo gerar um material com potencial aplicação na forma de ingrediente para ração animal. Neste trabalho, foi realizado um estudo de secagem do resíduo de maracujá através de um secador rotatório com recheio de inertes e fluxo concorrente, operando com alimentação intermitente do material. Diferentes condições de intermitência e de temperatura do ar de secagem foram estudadas experimentalmente com o objetivo de avaliar o comportamento de resposta na saída do secador das seguintes variáveis: umidade do sólido; umidade do ar; temperatura do ar; e massa produzida cumulativamente ao longo da secagem. Também, um modelo matemático do processo foi implementado com o objetivo de descrever o comportamento de resposta dinâmica nas condições estudadas. Tal modelo matemático foi escrito com base nos balanços de massa e energia das fases sólido e gás (ar de secagem), resultando num sistema de equações diferenciais parciais (EDP), onde as variáveis do processo (umidade e temperatura do sólido e do gás) são dependentes do tempo e do espaço (direção da coordenada axial do secador). As propriedades fisico-quimicas e composicional do resíduo de maracujá foram avaliadas e permitiram inferir importantes parâmetros necessários ao modelo matemático. Testes iniciais de secagem em camada delgada demonstraram que a cinética de secagem apresenta uma característica de taxa constante, com constante de secagem dependente linearmente da temperatura. Um comportamento similar foi verificado no ajuste do modelo matemático do secador rotatório com os dados experimentais, onde se observou que a constante de secagem no termo de transferência de massa também apresentou forte correlação com a temperatura de operação. De um modo geral, os valores calculados pelo modelo matemático acompanharam adequadamente a evolução de resposta de todas as variáveis do processo, para todas as condições estudadas. Analisando-se a influència das condições operacionais em relação aos parâmetros do modelo, observou-se que a dispersão axial e a velocidade do sólido foram influenciadas moderadamente pela intermitência de alimentação, enquanto a constante de secagem e o coeficiente convectivo de transferência de calor foram fortemente influenciados pela temperatura. A partir do ajuste do modelo matemático do secador com as condições experimentais estudadas, simulações exploratórias foram feitas usando o modelo matemático em diferentes vazões de alimentação do material, tanto em regime contínuo quanto intermitente. O propósito principal com tais simulações foi de avaliar qual a característica dimensional de projeto (L/Dc) do secador capaz de garantir uma melhor produção de material e que atenda uma especificação de umidade do produto. Tais resultados demonstraram a capacidade do modelo matemático para avaliação dimensional de projeto básico, podendo ser também aplicado tanto na otimização do processo quanto na implementação de estratégias avançadas de controle. |
| Abstract: | The industrial fruit pulp processing is responsible for the generation of a significant amount of by-product in waste form, consisting essentially of seed, husk and rest of the fruit. These subproducts are still underutilized and their direct discard may result in considerable environmental damage. Therefore, it is of great scientific and technological interest to develop strategies able to add economic value to these waste. Drying is one of the processes most used for preservation of food products and represents an alternative for use in fruit waste. Drying processes can produce materials with potential application, mainly in form of ingredient for animal food. In this work, a drying study of passion fruit waste was performed using a rotary dryer containing inert loading and operating in concurrent flow with intermittent feed of material. Different experimental conditions were studied for intermittent material feed and air temperature, in order to evaluate the response behavior at the dryer outlet, verifying the following variables: moisture content of material; air absolute humidity; air temperature; mass (produced cumulatively during drying). Also, a mathematical model of the process was developed and implemented in order to describe the dynamic response characteristics in the studied conditions. This mathematical model was written based on microscopic balance of mass and energy for solid and gas phases, resulting in partial differential equations (PDE), where the process variables (temperature and moisture for solid and gas) are dependent on the time and space. Some physicochemical and compositional properties of passion fruit waste were evaluated, allowing to infer important parameters for the mathematical model. Drying in thin layer showed that the drying kinetics presents a characteristic of constant rate dependent linearly with the drying temperature. A similar behavior was observed in fitting the mathematical model of rotary dryer with the experimental data. It was noted that the drying constant for the mass transfer term also presented a strong correlation with the operating temperature. In general, the values calculated by the mathematical model were adequate in respect to all response variables and for all conditions studied. Analyzing the influence of operating conditions with respect to the model parameters, it was observed that the axial dispersion and the velocity of the solid were influenced moderately by the feed intermittence, while the constant of drying and the convective coefficient of heat transfer were strongly influenced by the temperature. From the mathematical model adjusted with the experimental conditions, exploratory simulations were performed in both continuous and intermittent regime and assuming different conditions of flow for the material. The main purpose with such simulations was to investigate the dimensional design feature (L/Dc) of the dryer, able to ensure better production and to comply with a product moisture specification. These results demonstrated that the mathematical model is able to perform a dimensional evaluation in equipment design as well as it can be applied for process optimization and advanced process control. |
| URI: | https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/21546 |
| Appears in Collections: | PPGEQ - Doutorado em Engenharia Química |
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