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5 Manual Secagem Rev A

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MANUAL DE OPERAÇÃO 
FOLHA 
1 de 10 
PRÁTICA 
SECAGEM EM TÚNEL DE VENTO 
UNIDADE 
Instituto de Química 
DEPART. 
Operações e Processos Industriais 
DISCIPLINA 
Laboratório de Engenharia Química II 
PROFESSOR Felipe Alves DATA: 14/09/2015 REVISÃO A 
 
 ORIGINAL REV. A REV. B REV. C REV. D REV. E REV. F REV. G REV. H 
DATA ------------ 14/09/2015 
ELABORAÇÂO DOPI Felipe Alves 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Manual de Operação 
Secagem em Túnel de Vento 
 
 
 
 
 
 
 
 
MANUAL DE OPERAÇÃO 
FOLHA 
2 de 10 
PRÁTICA 
SECAGEM EM TÚNEL DE VENTO 
UNIDADE 
Instituto de Química 
DEPART. 
Operações e Processos Industriais 
DISCIPLINA 
Laboratório de Engenharia Química II 
PROFESSOR Felipe Alves DATA: 14/09/2015 REVISÃO A 
 
 
 
 
Sumário 
 
1. OBJETIVO ........................................................................................................................ 3 
2. DESCRIÇÃO DE EQUIPAMENTO .................................................................................. 3 
3. OPERAÇÃO DO EQUIPAMENTO .................................................................................. 5 
4. SUGESTÕES PARA O RELATÓRIO ............................................................................... 6 
5. BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA................................................................................. 7 
ANEXO: FORMULÁRIO E QUESTIONÁRIO DA PRÁTICA ............................................... 7 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MANUAL DE OPERAÇÃO 
FOLHA 
3 de 10 
PRÁTICA 
SECAGEM EM TÚNEL DE VENTO 
UNIDADE 
Instituto de Química 
DEPART. 
Operações e Processos Industriais 
DISCIPLINA 
Laboratório de Engenharia Química II 
PROFESSOR Felipe Alves DATA: 14/09/2015 REVISÃO A 
 
 
 
1. OBJETIVO 
Tem-se como meta no processo de aprendizagem do aluno o estudo da transferência simultânea 
de calor e massa no processo de secagem de um sólido em túnel de vento. Nesta experiência os 
parâmetros mais relevantes são relativos à transferência de massa, cujos valores deverão ser 
determinados em função das condições térmicas e hidrodinâmicas, de acordo com o problema de 
interesse em engenharia. 
Neste sentido, trata-se de uma abordagem de caráter didático sobre secagem cujo objetivo é 
obter as curvas de secagem (teor de umidade vs. tempo) e de taxa de secagem (taxa de secagem vs. 
tempo) e determinar as etapas características do processo de secagem e o teor de umidade de 
equilíbrio, bem como avaliar o ajuste de modelos encontrados na literatura aos resultados 
experimentais. 
 
2. DESCRIÇÃO DE EQUIPAMENTO 
O equipamento encontra-se esquematizado na Figura 1. O esquema da unidade experimental 
consiste basicamente de um sistema de escoamento de ar, circuito de aquecimento de ar, 
desumidificador de ar, circuitos de medidas de temperatura, umidade e velocidade do ar, assim 
como, a câmara de secagem, propriamente dita. 
Na unidade experimental o ar de secagem é impulsionado por um soprador tipo compressor 
radial (1) que impulsiona o ar para o sistema, passando por três válvulas tipo gaveta, de diâmetro 
0,0508 m, sendo uma “encarregada” de regular a vazão do ar de secagem que escoa para o 
aquecedor elétrico (V1), outra em relação ao ar que retorna através de um reciclo para o soprador 
(V2) e a outra para a descarga na atmosfera (V3), permitindo uma regulagem da razão do ar de 
secagem. 
O aquecedor (2), segundo a figura (1), é composto por duas resistências elétricas aletadas (22), 
com a potência máxima de 1200 watts, em 220 volts. No aquecedor elétrico (2) está conectado um 
sistema elétrico e eletrônico que controla a quantidade de calor dissipada pelas resistências, ou seja, 
permite obter a temperatura do ar no valor desejado em cada experiência. 
O circuito de controle da temperatura no interior da câmara de secagem (9) é composto pelas 
resistências elétricas (22), termosensor (T7) e o controlador propriamente dito (19). 
O circuito de medidas de temperatura possui um indicador para cada termopar, T1, T2 e T3, 
correspondentes às temperaturas de bulbo seco, bulbo úmido e da amostra, respectivamente. 
Logo após a resistência (2), tem-se a linha L6 (toda a tubulação tem diâmetro nominal de 2”) 
que contém o tubo Pilot (3) e, em seguida, para a distribuição e homogeneização final do 
escoamento do ar foi utilizado um rotor (6) e um conjunto de telas no compartimento de secagem da 
amostra (7) na figura 1. O rotor (6) causa turbulência no ar, fazendo com que o fluido ao passar 
pelas telas (7) seja homogeneizado. 
 
MANUAL DE OPERAÇÃO 
FOLHA 
4 de 10 
PRÁTICA 
SECAGEM EM TÚNEL DE VENTO 
UNIDADE 
Instituto de Química 
DEPART. 
Operações e Processos Industriais 
DISCIPLINA 
Laboratório de Engenharia Química II 
PROFESSOR Felipe Alves DATA: 14/09/2015 REVISÃO A 
 
 
 
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MANUAL DE OPERAÇÃO 
FOLHA 
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PRÁTICA 
SECAGEM EM TÚNEL DE VENTO 
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Instituto de Química 
DEPART. 
Operações e Processos Industriais 
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Laboratório de Engenharia Química II 
PROFESSOR Felipe Alves DATA: 14/09/2015 REVISÃO A 
 
 
No compartimento de secagem (9) possui uma tampa de acrílico (17) que permite colocar o 
“box-dryer” (18) dentro do túnel. Após passar pelo compartimento de secagem da amostra, o ar 
escoa em um tubo cilíndrico de acrílico transparente (10), abastecido de sílica, retorna ao soprador 
(1) e o “ciclo” se inicia novamente. O material a ser processado deve ser distribuído uniformemente 
no “box-dryer”, construído em acrílico (18). 
Encontram-se instalados termopares de com pote rígido e mola flexível no rabicho, de bulbo 
úmido (T2) e bulbo seco (T1), para efetuar as medidas de umidade do ar de secagem via 
psicrometria. O tubo do psicrômetro tem diâmetro nominal de ¾ in e aproximadamente 40 cm de 
comprimento. A medida de temperatura do fluido de secagem é realizada no termopar T3. 
Tem-se instalado na tubulação L6 o sistema de medida que permite determinar a velocidade 
superficial no interior da câmara de secagem via tubo Pitot (3). O painel suporta o frasco Mariote de 
500 mL e o tubo de vidro inclinado de 56,0 cm contendo água para as medidas das diferenças de 
pressões estática e dinâmica no Pitot, construído com tubos de aço inox. 
Além destas condições operacionais, o projeto e a construção do conjunto experimental, bem 
como, dos sistemas de medidas das variáveis foram executados de forma a permitirem a realização 
de testes em diferentes condições forçadas com escoamento do ar de secagem em regimes laminar e 
turbulento. 
 
3. OPERAÇÃO DO EQUIPAMENTO 
Neste experimento será utilizada uma amostra preparada a partir da mistura de amido de milho 
(“maisena”), contendo 11% de umidade, com água. A amostra, com umidade conhecida, sofrerá o 
processo de secagem na forma de uma fina camada, esta formada por meio do espalhamento da 
amostra em um Box-dryer de dimensões conhecidas. 
Por meio dos dados experimentais coletados será, então, possível obter as curvas de secagem e 
de taxa de secagem e determinar as etapas características do processo de secagem e o teor de 
umidade de equilíbrio, bem como avaliar o ajuste de modelos encontrados na literatura aos 
resultados experimentais. 
Os aspectos sobre segurança estão restritos aos cuidados usuais em se manipular sólido e fluido 
a altas temperaturas, bem como, com instalações elétricas. 
Para uma correta e segura operaçãodo equipamento, tem-se as seguintes instruções: 
a) Medir as dimensões do “box-dryer” e pesá-lo; 
 
b) Encher o “Box-dryer” com a amostra e pesar; 
 
c) Encher o reservatório no qual estará imerso o termopar do bulbo úmido (T2), instalado na 
parte frontal do tubo do psicrômetro, com água “limpa” até a altura de interesse, recomenda-
se próximo ao topo do frasco; 
 
MANUAL DE OPERAÇÃO 
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Instituto de Química 
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Laboratório de Engenharia Química II 
PROFESSOR Felipe Alves DATA: 14/09/2015 REVISÃO A 
 
 
d) Abrir a válvula tipo gaveta (V1), conectada à tubulação L1 de descarga do soprador, girando-a 
no sentido anti-horário; abrir fechar totalmente as válvulas (V2) e (V3), instaladas nas linhas 
L3 e L4, respectivamente, girando-os no sentido horário; 
 
e) Anotar o valor da posição inicial do nível do manômetro inclinado (4). 
 
f) Ligar o soprador (1) via botoeira (13). A velocidade do ar para a operação será obtida a partir 
do desnível do manômetro inclinado (4), conectado no tubo Pitot, instalado na linha L6, e 
com suporte no painel (5); 
 
g) Ligar a chave seletora do painel de controle e ajustar set point no valor desejado. Não 
esquecer que as condições operacionais deverão estar com valores constantes para o início do 
processo de secagem; 
 
h) Remover o visor acrílico (17), posicionar o “box-dryier”(18) no interior da câmara de 
secagem (9) contendo o material a ser processado e recolocar o visor de acrílico (17); 
 
i) Abrir a válvula V4 do psicrômetro (14) para fazer a medida de temperaturas dos termopares 
do bulbo seco, T1, e do bulbo úmido, T2, indicadas no medidor de temperatura (19); 
 
j) Anotar os valores de temperatura (T1, T2 e T3), assim como, da variação de massa da amostra 
em função do tempo (a cada 10 minutos) durante o processo de dessorção de vapor d’água da 
amostra até atingir o teor de umidade de equilíbrio higroscópico, nas condições operacionais 
utilizadas; 
 
k) Após o término das experiências desligar o soprador (1) e chave seletora do controlador de 
temperatura; 
 
l) Alimentar a planilha previamente elaborada com os dados experimentais adequados e calcular 
o que se pede no formulário em anexo; 
 
m) Apresentar ao professor a planilha e explicar os cálculos realizados; 
 
n) Por fim, identificar os componentes do grupo e entregar o formulário ao professor no final da 
prática. 
 
4. SUGESTÕES PARA O RELATÓRIO 
 
a) Faça uma breve revisão bibliográfica sobre o processo de secagem e suas curvas 
características; 
 
b) Explique sucintamente a diferença entre porcentagem de água de um sólido, teor de umidade 
de um sólido e umidade relativa de um gás; 
 
 
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UNIDADE 
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Laboratório de Engenharia Química II 
PROFESSOR Felipe Alves DATA: 14/09/2015 REVISÃO A 
 
 
c) Explique como usar a carta psicrométrica nesta prática; 
 
d) Revise os conceitos de tubo de Pitot e manômetro de tubo inclinado; 
 
e) Com os dados da prática, determine a umidade relativa e a velocidade do ar; 
 
f) Construa as curvas características de secagem: Teor de umidade vs Tempo e Taxa de secagem 
vs Teor de umidade. Distingue os diferentes períodos no processo de secagem e determine o 
teor crítico e de equilíbrio; 
 
g) Existem na literatura diversos modelos para representar a curva de teor de umidade. Kumar, et 
al (2010) e Thao, el al (2011), disponíveis no Anexo II, avaliaram o ajuste de modelos semi-
teóricos (os mais comumente utilizados para representar a secagem em camada fina) a dados 
experimentais de secagem de bagaço de cenoura e de amido de batata doce, respectivamente. 
Este último é o que mais se assemelha à amostra utilizada neste experimento, lembrando que 
as condições experimentais, o tipo de equipamento de secagem e seu arranjo, também 
exercem grande influência na secagem. Face ao exposto, compare e avalie o ajuste do modelo 
teórico proposto por Sherwood e Newman (FOUST, 1982), baseado na lei de Fick, com três 
modelos semi-teóricos avaliados por Kumar, et al (2010) e Thao, el al (2011), de livre 
escolha; 
 
h) A partir do modelo teórico proposto por Sherwood e Newman (FOUST, 1982), calcule a 
difusividade efetiva e compare com dados da literatura. 
 
 
 
5. BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA 
 
FOUST, A. S.; WENZEL, L.A.; CLUMP, C.W; MAUS, L.; ANDERS, L.B. Princípios das 
Operações Unitárias, 2ª ed., LTC, Rio de Janeiro, 1982. 
 
THAO, H.M.; NOOMHORM, A. Modeling and Effects of Various Drying Methods on Sweet 
Potato Starch Properties. Walailak Journal of Science and Technology, v. 8, n. 2, p. 139-158, 16 
nov. 2011. 
 
KUMAR, N.; SARKAR, B. C.; SHARMA, H. K. Mathematical modelling of thin layer hot air 
drying of carrot pomace. Journal of Food Science and Technology, v. 49, n. 1, p. 33-41, 15 fev. 
2010. 
 
 
ANEXO: FORMULÁRIO E QUESTIONÁRIO DA PRÁTICA 
Compare os parâmetros encontrados com os dos artigos
 
FORMULÁRIO E QUESTIONÁRIO 
FOLHA 
1 de 3 
PRÁTICA 
SECAGEM EM TÚNEL DE VENTO 
REALIZAÇÃO 
 
UNIDADE 
Instituto de Química 
DEPART. 
Operações e Processos Industriais 
DISCIPLINA 
Laboratório de Engenharia Química II 
PROFESSOR 
Felipe Alves 
GRUPO 
 
ENTREGA 
 
NOTA 
 
 
RELATORES : 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Formulário e Questionário 
Secagem em Túnel de Vento 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FORMULÁRIO E QUESTIONÁRIO 
FOLHA 
2 de 3 
PRÁTICA 
SECAGEM EM TÚNEL DE VENTO 
REALIZAÇÃO 
 
UNIDADE 
Instituto de Química 
DEPART. 
Operações e Processos Industriais 
DISCIPLINA 
Laboratório de Engenharia Química II 
PROFESSOR 
Felipe Alves 
GRUPO 
 
 
 
1. DADOS EXPERIMENTAIS 
1.1. Materiais 
 
Box dryer 
Dimensões do 
reservatório de 
amostra 
Largura
a
 (m) Comprimento
a
 (m) Profundidade
a,b
 (m) Área
c
 (m²) 
 
 
 
 
 
 
 
a – Realizar 3 medidas e usar a média. 
b – Será a espessura da camada de amostra. 
c – É a área de amostra exposta = Largura x Comprimento. 
 
Massas (Amostra) 
Amostra original Amostra úmida 
Total
a
 (kg) 
Em base 
seca
b
 (kg) 
Água
c
 
(kg) 
Amostra + água 
adicionada (kg) 
Água 
adicionada 
(kg) 
Água 
total
d
 (kg) 
Teor de 
umidade
e
 
 
 
Box Dryer 
(kg) 
Box Dryer + Amostra 
úmida (kg) 
Amostra úmida 
(kg) 
Base seca
b
 (kg) 
Água
c
 
(kg) 
 
a – Massa de amostra pesada diretamente. 
b – Massa de amostra descontada a quantidade de água contida na amostra. 
c – Massa de água contida na amostra. 
d – Soma da massa de água contida na amostra original com a de água adicionada. 
e – Massa de água/Massa de amostra em base seca (adimensional). 
 
1.2. Condições experimentais 
 
Ar de secagem – Vazão e velocidade 
ρágua (kg/m³) ρar (kg/m³) 
Δh manômetro 
(m) 
Velocidade máxima 
(m/s) 
Velocidade média
a
 
(m/s) 
 
 
Duto de seção circular 
 Diâmetro (m) Área (m²) Vazão (m³/s) 
 
Duto de seção retangular 
Largura (m) Altura (m) Área (m²) Velocidade (m/s) 
 
a – Considerar: velocidade média = 0,8 x velocidade máxima. 
 
FORMULÁRIO E QUESTIONÁRIO 
FOLHA 
3 de 3 
PRÁTICA 
SECAGEM EM TÚNEL DE VENTO 
REALIZAÇÃO 
 
UNIDADE 
Instituto de Química 
DEPART. 
Operações e Processos Industriais 
DISCIPLINA 
Laboratório de Engenharia QuímicaII 
PROFESSOR 
Felipe Alves 
GRUPO 
 
 
 
1.3. Secagem 
 
T set point (ºC) = Amostra em base seca no Box dryer (kg) = 
Tempo 
(s) 
Massa 
(kg) 
Água 
(kg) 
Teor de 
umidade 
Temperatura (ºC) 
Bulbo seco (T1) Bulbo úmido (T2) Ar de secagem (T3) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1.4. Resultados. 
 
Cálculo do DL* experimental - Sherwood e Newman (FOUST, 1982) 
Erro : 
 
 
 
 
 
DL* (m
2
/s): 
 
 
OBS.: Para montar a planilha que determinará o DL*, por meio da minimização do erro: 
1º - Monte o cálculo do teor de umidade ( 
 
) em função do teor de umidade inicial ( 
 ), do teor de umidade no 
equilíbrio ( 
 ), da espessura da camada de amostra (L), do tempo (t) e do coeficiente de difusão (DL*). 
2º - Monte o cálculo do erro entre 
 e 
 e use o Solver para minimizá-lo variando o DL*.

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