Simulação de Secagem

Prévia do material em texto

Simulação de secagem
Docente: Felipe dourado
Anápolis, 2019. 
Relembrando...
Base úmida e base seca
Exemplo: Método padrão da Estufa
Peso inicial da amostra = 50 g
Peso final = 40 g
Peso da água = 50 – 40 = 10 g
%U b.u.=(10/50)*100 = 20%
%U b.s.=(10/40)*100 = 25%
Relembrando...
Base úmida e base seca
Introdução
Permite a otimização.
Tem um custo (12% em média);
Precisa ser previsto, dimensionado e planejado;
Exerce influência na qualidade.
Simulação: tempo e dinheiro.
Introdução
Secagem: envolve fenômenos de transferência de calor e massa entre o produto e o ar de secagem.
Os fenômenos podem ser equacionados e agrupados em modelos matemáticos:
Modelo de Hukill, Thompson, Morey e Michigan.
5
PROCESSO ADIABÁTICO
Calor que entra na massa de grãos = Calor que sai no ar de exaustão
BALANÇO DE ENERGIA
Balanço de Energia
O calor sensível fornecido pelo ar é igual o calor latente de vaporização necessário para evaporar a água contida no produto até o teor de água final desejado.
.
7
Balanço de Energia
8
Balanço de Energia
Te é a temperatura na qual o ar está em equilíbrio com o produto com teor de umidade inicial, depois de ter sido resfriado ao longo da linha de temperatura de bulbo molhado constante.
9
Balanço de Energia
Determinação de Te:
Pelo gráfico psicrométrico.
10
Balanço de Energia
O calor latente de vaporização da água contida no produto é determinada pela Equação 2 e Tabela 1:
O valor de hv é calculado com o teor de umidade média do produto, por não ser constante durante o processo de secagem.
A, B e C são parâmetros que variam por produto, Tabela 1.
11
Balanço de Energia
Balanço de Energia
Nas condições a seguir, calcular o tempo necessário para secagem do milho em um sistema de secagem a baixa temperatura:
Balanço de Energia
Solução pelo balanço de energia:
	Para a determinação do tempo total de secagem, é preciso determinar:
Vazão do ar de secagem;
Propriedades psicrométricas do ar;
Teor de umidade de equilíbrio;
Calor latente de vaporização;
Tempo de secagem; e
Tempo permissível de armazenagem.
Balanço de Energia
Vazão do ar de secagem:
 Q= produto do fluxo de ar (m³.min-¹.t-¹)
Balanço de Energia
Vazão do ar de secagem:
Q=fluxo x Mu
Q=2 m³min-¹t-¹ x 25,6 t
Q=51,2 m³min-¹
Balanço de Energia
b) Propriedades psicrométricas do ar:
Temperatura do ar de secagem (Ta) = Temperatura do ar ambiente (T) + Atrito nas pás do ventilador (Tvent).
T=22ºC;
Tvent=3ºC;
Logo, Ta=25ºC.
UR secagem depois do ventilador = 59%;
Logo, Te=20ºC e v=0,865 m³kg-¹
18
Balanço de Energia
c) Teor de umidade de equilíbrio:
Balanço de Energia
d) Calor latente de vaporização:
Balanço de Energia
e) Tempo de secagem:
Balanço de Energia
f) Tempo permissível de armazenagem:
Perda de matéria seca < 0,5% 
Teor de água=20%
Temperatura= 20ºC
Interpolação: 19 dias.
Balanço de Energia
Nas condições a seguir, calcular o tempo necessário para secagem do milho em um sistema de secagem a baixa temperatura:
Umidade inicial do produto = 22 % b.u. = 0,282 b.s.;
Temperatura do ar ambiente = 23 ºC;
Umidade relativa = 80%;
Aquecimento devido ao ventilador = 3 ºC;
Diâmetro do silo = 5 m;
Silo cheio até 3 metros de altura;
Fluxo de ar = 3 m3 min-1 t-1;
Massa específica do produto (d) = 0,680 t m-3;
Calor específico do ar (Ca) = 0,24 kcal ºC -1 kg-1.
Balanço de Energia
Vazão do ar de secagem:
 Q= produto do fluxo de ar (m³.min-¹.t-¹)
 V= 58,90 m³
 Mu= 40,05 t
 Ms= 31,24 t
 Q= 120,15 m³.min¹ 
Balanço de Energia
b) Propriedades psicrométricas do ar:
Temperatura do ar de secagem (Ta) = Temperatura do ar ambiente (T) + Atrito nas pás do ventilador (Tvent).
T=23ºC;
Tvent=3ºC;
Logo, Ta=26ºC.
1
2
UR secagem depois do ventilador = 67%;
Logo, Te=22ºC e v=0,865 m³kg-¹
26
Balanço de Energia
c) Teor de umidade de equilíbrio:
Ue = 11,62 b.u ou 13,15 b. s
Balanço de Energia
d) Calor latente de vaporização:
Ue médio = 0,2067 b.s
hv = 598,69 kcal kg-1 de água evaporada
Balanço de Energia
e) Tempo de secagem:
t = aproximadamente 351,80 horas ou 14 dias 
Balanço de Energia
f) Tempo permissível de armazenagem:
Perda de matéria seca < 0,5% 
Teor de água=22%
Temperatura= 23ºC
Interpolação: 8 dias.
Modelos de secagem
Balanço de energia é para tempo final de secagem;
Para saber o que esta ocorrendo no sistema em qualquer tempo depois de ter iniciado o processo de secagem só com modelos matemáticos.
31
Modelo de secagem de Hukill
Ferramenta muito útil para simulação de secagem.
No modelo de Hukill, a variação do teor de umidade do produto depende da altura da camada de grãos e do tempo de secagem. 
Modelo de secagem de Hukill
Modelo de secagem de Hukill
34
Modelo de secagem de Hukill
Y = 10
35
Modelo de secagem de Hukill
Y = 10
36
Modelo de secagem de Hukill
Y = 10
37
Modelo de secagem de Hukill
Exemplo 1: pata determinadas condições dor de secagem, têm-se 
		Ue = 13% b.u , teor de umidade de equilíbrio do grão;
		Uo = 20 % b.u , teor de umidade inicial do grão;
		1 D = 10 cm 
		H = 4 horas, tempo de meia resposta 
Determine o teor de umidade de uma camada de grãos situada a 100 cm de altura após 40 horas de secagem 
38
Modelo de secagem de Hukill
39
Modelo de secagem de Hukill
40
Modelo de secagem de Hukill
U = 16,5 % b.u para camada de 100 cm 
41
Modelo de secagem de Hukill
Exemplo 2: Determinar o tempo de secagem pelo modelo de Hukill, do exemplo 1.
Modelo de secagem de Hukill
Modelo de secagem de Hukill
V = volume especifico do ar 
Hv= calor latente 
C= calor espcifico 
44
Modelo de secagem de Hukill
Modelo de secagem de Hukill
Usando Hukill 
Usando balanço de energia 
Modelo de secagem de Hukill
Modelo de secagem de Hukill
Exemplo: Calcular o tempo necessário para secagem do milho em sistema de alta temperatura em leito fixo horizontal, para as seguintes condições:
Modelo de secagem de Hukill
Para simular o sistema de secagem com alta temperatura, recomenda-se o seguinte:
A) dividir a camada de produto em um número predeterminado de subcamadas;
B) calcular o teor de umidade de cada subcamada e intervalos de tempo preestabelecidos;
C) determinar a umidade média;
D) terminar a simulação quando a umidade média for igual ou menor do que o teor de umidade final desejado.
Modelo de secagem de Hukill
Definição do número de camadas :
Modelo de secagem de Hukill
Cálculo do tempo de Meia Resposta 
Modelo de secagem de Hukill
Cálculo da vazão de ar 
Modelo de secagem de Hukill
Cálculo das propriedades psicrométricas 
Modelo de secagem de Hukill
Teor de umidade de equilíbrio 
Modelo de secagem de Hukill
Cálculo do calor latente de vaporização 
Modelo de secagem de Hukill
Cálculo do valor de D 
Modelo de secagem de Hukill
Cálculo dos adimensionais de tempo (Y) e de profundidade (D) 
Modelo de secagem de Hukill
Cálculo do teor de umidade nas várias posições para diferentes intervalos de tempos 
58