TCC - Tambor Rotativo

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UNIVERSIDADE SANTA CECÍLIA
FACULDADE DE ENGENHARIA
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA
DESENVOLVIMENTO DE UMA UNIDADE EXPERIMENTAL PARA ESTUDO DO TEMPO DE RESIDÊNCIA EM SECADOR TUBULAR ROTATIVO
Alice Barcellos de Souza
Beatriz Bastos Marques 
Breno Dantas Santos
Bruna Silveira Leal
Júlio Bernardo Beltran
Norberto Pinheiro Lima
Raíssa Henrique Barbosa Oliveira
Thaís Centamore de Oliveira
Vivianne Aparecida Santos Mariano Paz
Santos/SP
Dezembro/2020
UNIVERSIDADE SANTA CECÍLIA
FACULDADE DE ENGENHARIA
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA
DESENVOLVIMENTO DE UMA UNIDADE EXPERIMENTAL PARA ESTUDO DO TEMPO DE RESIDÊNCIA EM SECADOR TUBULAR ROTATIVO
Alice Barcellos de Souza
Beatriz Bastos Marques 
Breno Dantas Santos
Bruna Silveira Leal
Júlio Bernardo Beltran
Norberto Pinheiro Lima
Raíssa Henrique Barbosa Oliveira
Thaís Centamore de Oliveira
Vivianne Aparecida Santos Mariano Paz
Orientador: 
Dr. Deovaldo de Moraes Júnior
Santos/SP
Dezembro/2020
I
DEDICATÓRIA
 
Dedico o presente trabalho
Aos meus pais Monica de F. de Souza e Possidonio C. de Souza Neto e todos que me apoiaram de forma e direta e indireta nessa jornada.
Alice Barcellos de Souza.
Dedico este trabalho e todo o esforço à minha família e professores que deram o incentivo inicial para começar o curso e também à amigos que, em muito me apoiaram e incentivaram durante a realização do mesmo. 
Agradeço primordialmente aos meus Pais Eliana Bastos Marques e Honorio Marques Neto, que me deram a oportunidade de cursar o ensino superior e por acreditarem em mim e em meu sucesso; a minha irmã Thais Bastos Marques, meu sobrinho Renan, minha querida vó Lourdes e toda minha família pelo amor, amparo em todos os momentos difíceis, risos nos períodos felizes e incentivos constantes para continuar no curso.
Agradeço aos meus colegas da turma, que compartilharam comigo momentos inesquecíveis durante toda a faculdade e também pela cumplicidade, incentivo e auxílio neste trabalho de conclusão e em todos os outros nesta jornada.
Beatriz Bastos Marques
Aos meus pais, Ricardo de Carvalho Santos e Solange Negreiros Dantas Santos, que me deram apoio incondicional nesta longa caminhada e aos meus amigos que sempre me deram suporte quando necessário durante meus anos acadêmicos.
Breno Dantas Santos
	A Deus que sempre me proporcionou diversas oportunidades e muita saúde, aos meus pais, Vanderleia e Romildo, por sempre acreditarem, investirem no meu potencial, por sempre me apoiarem e me incentivarem e a minha avó Maria Raidete, que sempre cuidou de mim com muito amor e dedicação
Bruna Silveira Leal
Aos meus pais, Rosana Bernardo da Silva e Francisco Beltran Neto, que sempre estiveram comigo nos melhores e piores momentos da minha vida, sempre me apoiando, e aos demais colegas e amigos feitos durante toda essa jornada, aos quais eu sou eternamente grato.
Júlio Bernardo Beltran
Aos meus pais Norberto E. S. Lima e Renata L. P. Lima por sempre me apoiarem em todas as minhas escolhas acadêmicas. A todo corpo docente da Universidade Santa Cecília que se propuseram a passar todo conhecimento que adquiri ao longo do curso. Ao meu amigo Cainan que sempre me ajudou nos momentos em que eu perdi o foco. Aos meus amigos de turma Felipe, Raissa e Karina por estarem ao meu lado desde os primeiros dias de aula.
Norberto Pinheiro Lima
Dedico aos meus pais Iara Henrique Oliveira e Paulo Barbosa Oliveira por me apoiarem e sempre acharem meios de me ajudarem em todos os períodos da minha vida. Minha irmã Luma Henrique Barbosa Oliveira que mesmo à distância se fez presente em todos os momentos da minha vida. Aos meus avôs, Francisco Henrique e Claudete Gonçalves Henrique, por terem feito parte da formação da pessoa que eu sou hoje. Meu namorado Leonardo Miashiro que conseguiu amenizar o stress de conciliar trabalho com os estudos e tornou tudo mais leve e bonito.
Raíssa Henrique Barbosa Oliveira
Aos meus pais, Silvana Maria Centamore e Gentil Anacleto de Oliveira, que me apoiam e me dão suporte para tudo na minha vida. Aos meus irmãos Thobias Oliveira e Ângelo Centamore de Oliveira por serem exemplos para mim, a minha tia Silvia Renata Centamore por estar sempre presente. Aos meus padrinhos, Tufik Geleilete e Priscila Ambroziak, por me incentivarem a seguir minhas escolhas. E a minha avó, Vanda Ambroziak, por ser um exemplo de força e carinho.
Thaís Centamore de Oliveira
A Deus, minha família e todos aqueles que me apoiaram durante a minha formação.
Vivianne Aparecida Santos Mariano Paz
II
AGRADECIMENTO
Agradeço
Aos meus companheiros de grupo e colegas de profissão que junto a mim desenvolveram esse trabalho, muito obrigada, parabéns e muito sucesso Beatriz Marques, Breno Santos, Bruna Leal, Júlio Beltran, Norberto Lima, Raíssa Oliveira, Thaís Centamore, Vivianne Paz.
Gratifico todos os professores que construíram o meu conhecimento desde sua base, com muita dedicação, competência e paciência. Em especial ao Professor Deovaldo Junior pela orientação neste trabalho de conclusão e por todos os ensinamentos compartilhados de forma prática e com uma didática incomparável. Extremamente “plus”.
Agradeço aos técnicos, Volnei de Lemos e Álvaro Luiz Conrado pelo suporte nos experimentos e pela dedicação a montagem dos equipamentos de pesquisa.
Reconheço o suporte da instituição Universidade Santa Cecília por ceder e proporcionar uma estrutura que permitiu o desenvolvimento deste trabalho. 
Alice Barcellos de Souza.
Agradeço aos técnicos Irineu Penha da Ressureição, Volnei de Lemos e Álvaro Luiz Moreira Conrado por toda a dedicação e pelo conhecimento passado, pois sem eles não teríamos o esmero na montagem do equipamento de pesquisa.
Deovaldo, meu professor e orientador, pela paciência e boa vontade em sanar as dúvidas existentes durante esse trabalho, contribuindo para a minha formação profissional e pessoal.
Agradeço a todos os meus professores e mestres, por transmitir conhecimento técnico ao longo do curso com muita paciência e didática.
Beatriz Bastos Marques
A todos os professores do curso de Engenharia Química, os quais sempre deram suporte quando necessário, principalmente em período pandêmico, sem o conhecimento passado por eles não seria possível a realização deste trabalho. Ao Orientador Prof. Dr. Deovaldo de Moraes Júnior e ao Prof. Dr. Vitor da Silva Rosa, os quais tive o prazer de dividir incríveis momentos durante as inúmeras pesquisas realizadas nos meus anos como estagiário do Laboratório de Operações Unitárias.
Aos Funcionários do Laboratório de Operações Unitárias, Volnei de Lemos, Vitor Dias de Paula e Irineu Penha da Ressurreição que sempre mantiveram a unidade experimental utilizada neste trabalho em perfeito estado.
Aos companheiros de grupo Alice, Beatriz, Bruna, Júlio, Norberto, Raíssa, Thaís e Viviane por toda a paciência e dedicação para realização deste trabalho.
Breno Dantas Santos
A oportunidade de obter uma bolsa de 100% durante toda a minha graduação, agradeço a Universidade Santa Cecília que sempre disponibilizou todo o equipamento e material necessário, agradeço a todos os professores e funcionários que me auxiliaram no meu desenvolvimento profissional, em especial ao orientador Dr. Deovaldo de Moraes Júnior, que sempre deu todo o suporte teórico e aos técnico Volnei de Lemos, Álvaro Luiz Moreira Conrado e Irineu Penha da Ressurreição pelo suporte nos experimentos, montagem e desmontagem dos equipamentos, e por último agradeço aos meus colegas de grupo, Alice, Beatriz, Breno, Júlio, Norberto, Raíssa, Thaís e Viviane sem eles esse não teria finalizado esse experimento com todo o êxito.
Bruna Silveira Leal
Ao orientador Deovaldo de Moraes Júnior, aos técnicos Irineu Penha da Ressurreição, Volnei de Lemos e Álvaro Luiz Moreira Conrado por me acompanharem e pelo suporte proporcionado ao longo dos experimentos e pelo conhecimento compartilhado, e aos meus colegas de grupo Alice, Beatriz, Breno, Bruna, Norberto, Thaís, Viviane e Raíssa.
Júlio Bernardo Beltran
Aos professores como um todo, principalmente o Prof.Luiz de França Netto e o Prof. Dr. Deovaldo de Moraes Junior por todo auxílio, disposição e paciência de tirar minhas dúvidas até fora de nossas aulas. 	
Aos técnicos Irineu Penha da Ressureição, Volnei de Lemos e Álvaro Luiz Moreira Conrado pelo primor na montagem do equipamento de nossa pesquisa e todo auxílio nas melhorias e manutenções. Aos amigos Alice, Beatriz, Breno, Bruna, Julio, Raíssa, Thaís e Viviane, que fizeram parte deste trabalho ao meu lado, por todo apoio e confiança.
Norberto Pinheiro Lima
A Universidade Santa Cecília por conceder um auxílio para que fosse possível concluir a minha Graduação e por disponibilizar espaço no Laboratório de Operações Unitárias para realização do experimento. Ao Prof. Dr. Deovaldo Morais Júnior por todo conhecimento compartilhado e orientações. Aos técnicos Volnei de Lemos, Álvaro Luiz Moreira Conrado e Ireneu Penha da Ressureição por todo suporte durante os ensaios e na montagem do equipamento. Aos meus colegas de classe Thaís, Beatriz, Norberto, Viviane, Breno, Bruna e Júlio pelo trabalho realizado e comprometimento.
Raíssa Henrique Barbosa Oliveira
A Universidade Santa Cecília, por disponibilizar um espaço para realizar este trabalho. Ao Prof. Dr. Deovaldo Morais Júnior, por todo suporte e incentivo durante o curso. Aos técnicos Volnei de Lemos, Álvaro Luiz Moreira Conrado e Irineu Penha da Ressurreição pele suporte e dedicação com o equipamento. Aos meus colegas, Alice, Beatriz, Breno, Bruna, Júlio, Noberto, Raíssa e Vivianne pela parceria e cumplicidade.
Thaís Centamore de Oliveira
Aos meus professores que contribuíram na minha formação e aos meus colegas Alice, Beatriz, Breno, Bruna, Júlio, Norberto e Raíssa e Thaís que ajudaram na elaboração deste trabalho.
Vivianne Aparecida Santos Mariano Paz
III
RESUMO
O secador rotativo realiza a redução do percentual de umidade em materiais sólidos como areia, milho, soja e café através de um fluxo de ar quente no interior do tambor. Essa remoção proporciona redução de custo com transporte, maior capacidade de armazenagem e durabilidade dos grãos. O presente trabalho visou determinar experimentalmente o tempo de residência e a inclinação angular do escoamento do material no tambor rotativo visando um alto rendimento no processo. Apesar da carência de dados na literatura no qual concerne o cálculo do tempo de residência, tem como vantagem uma secagem uniforme e simplicidade no processo. O experimento foi realizado na bancada piloto desenvolvida no Laboratório de Operações Unitárias utilizando-se tacômetro, escala de 100 cm, cronômetros, balança, peneiras, estufa, areia 12 mesh e o equipamento composto por tambor rotatório revestido com ferro, seis chicanas retas, silo e helicoide. 300g de areia com 0,5% de umidade foi adicionada gradualmente na moega e transportada pela helicoide até o início do tambor. O tempo foi aferido considerando 90% do fluxo de areia. Foram realizados ensaios com duplicatas, alternados com e sem a utilização da chicana, inclinações de 12 e 22 cm e rotações de 10 e 20 rpm. Os resultados mostraram que com a rotação de 20 rpm o tempo de residência foi de 383 segundos apresentando uma redução de 17,72% de umidade calculada pela diferença entre massa inicial e final. Concluiu-se que a maior eficiência foi obtida com a utilização de chicanas na altura de 22 cm e rotação de 20 rpm. Comprovando que, quanto maior forem as rotações e o ângulo de inclinação, menor será o tempo de residência. Entretanto com a utilização das chicanas foi obtido um tempo de residência maior assim como a eficiência do equipamento.
Palavras chave: Secador Rotativo; Inclinação; Tempo de Residência; Umidade
IV
SUMÁRIO
1.	INTRODUÇÃO	10
1.1.	Generalidades	10
1.2.	Objetivos	10
2.	REVISÃO BIBLIOGRÁFICA	11
2.1.	Secador Rotativo	11
2.2.	Eficiência do Secador Rotativo	13
2.3.	Secagem	14
2.4.	Chicanas	15
2.5.	Classificação dos sólidos	17
2.5.1 Areia	18
2.6.	Tempo de Residência	18
3.	MATERIAL E MÉTODO	20
3.1.	Equipamentos e acessórios	20
3.2.	Procedimento experimental	20
4.	RESULTADOS E DISCUSSÃO	22
5.	CONCLUSÃO E SUGESTÕES	25
6.	REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	25
ANEXO
1. INTRODUÇÃO
1.1. Generalidades
Os Secadores são equipamentos comumente utilizados na produção industrial química, alimentícia, metalúrgica e farmacêutica. Também possuem grande importância nas indústrias agrícolas uma vez que atuam na remoção da umidade dos grãos, retardando a proliferação de microrganismos e colaborando para a redução de peso. Além disso, promovem uma maior durabilidade e espaço de armazenagem do material e economia com transporte. Devido a essa classe fornecer uma ampla variedade de equipamentos, é necessário estabelecer qual é o mais adequado a cada processo. Essa seleção pode ocorrer através de análises que consideram as propriedades do produto a ser secado como toxicidade e termolabilidade, volume do processo e método de aquecimento. Segundo Foust (1992), este equipamento funciona a partir de um tambor rotativo de tipo eixo horizontal, no qual inclui pás internas (chicanas), as quais favorecem a troca térmica sólido-gás. O fluxo de ar quente é contrário à direção de avanço do material, ou seja, trabalham em contracorrente, o que aumenta o rendimento térmico do processo. Existem vários fatores que influenciam diretamente a projeção do equipamento tais como: tempo de residência, inclinação angular do escoamento e propriedades físico-químicas do material, número de rotações, dentre outras. Das variáveis citadas, pode-se considerar o tempo de residência uma das mais importantes. Uma permanência maior que a necessária poderá ocasionar em perda do material e maior gasto de energia, em contrapartida, um tempo muito reduzido pode gerar ineficiência de remoção da umidade. O cálculo dessa variável proporciona uma certa dificuldade devido à escassez de equações de cálculo na literatura. Isso faz com que ocorra a indução à erros com a aplicação de equações incorretas ou incompletas, ocasionando baixos rendimentos no processo. A inclinação angular e as rotações realizadas influenciam diretamente no tempo de residência. 
1.2. Objetivos
O presente trabalho teve como objetivo principal, determinar experimentalmente o tempo de residência e a inclinação angular do escoamento do material no tambor rotativo visando um melhor rendimento no processo.
Os objetivos secundários foram: a) verificar a influência das variáveis inclinação, rotação e chicana no tempo de residência; b) calcular a redução de porcentagem de umidade da areia com e sem emprego de chicana.
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1. Secador Rotativo 
O secador rotativo é formado por um tambor tubular horizontal ou ligeiramente inclinado que gira em torno de seu eixo longitudinal a uma velocidade compreendida, geralmente possuem chicanas internas, que auxiliam na troca térmica entre o material e a fonte de calor. Conforme a Figura 1, este modelo geralmente é o mais econômico em relação a outros secadores com características similares. 
Figura 1 – Gráfico que relaciona os gastos em três tipos de secadores.
Fonte: Site Atlas Copco (Fabricação de Secadores)
Conforme Berk Z. (2018), a Figura 2 demonstra o funcionamento de um secador rotatório com chicanas, onde o material é alimentado na extremidade superior e descarregado na extremidade inferior enquanto o ar quente é soprado na direção da co-corrente ou contracorrente. Como o cilindro gira, o material sobe no sentido de rotação e vai perdendo sua umidade ao longo do comprimento.
Figura 2 - Esquema de um secador rotativo.
Fonte: BERK Z., 2018.
No processamento de materiais termicamente sensíveis e em casos nos quais é preciso uma secagem rápida no início do processo, normalmente o fluxo é concorrente. Porém, com outros materiais é possível tirar proveito devido a uma eficiência térmica mais alta com o uso de fluxo contracorrente (BAKER, 1983).
De acordo com Foust et al. (1982) o engenheiro responsável por utilizar esse equipamento precisa considerar diversas variáveis como: rotação, vazão volumétrica, propriedadesquímicas e físicas do sólido granulado, ângulo de inclinação, umidade, dentre outras. 
 
2.2. Eficiência do Secador Rotativo
Leonel, E.C. (2014) simulou através do Software MATLAB modelos matemáticos com a finalidade de determinar a eficiência energética de um secador rotativo. Foram analisadas duas expressões diferentes, uma conhecida pela literatura e outra desenvolvida com os dados e variáveis do processo simulado. Utilizou-se a sensibilidade paramétrica com duas formas de alimentação contracorrente e concorrente. Analisou-se que a forma mais eficiente foi a alimentação contracorrente, porém, independente da alimentação, foi possível alterar a eficiência e otimização do processo sem alterar o resultado do produto final. Concluiu-se que a simulação realizada pode prever valores para o processo de secagem, analisar de forma minuciosa a troca térmica nas duas formas de alimentação e prever os resultados. Também foi possível relacionar a eficiência e a umidade do produto no final do processo dependendo do teor de umidade desejado. 
2.3. Secagem
A secagem é um processo muito utilizado na indústria alimentícia no qual consiste na remoção da umidade de um produto através da transferência de massa. Segundo Celestino (2010), as propriedades nutritivas dos alimentos podem ser perdidas quando submetidos a um processo com tratamento térmico. Contudo algumas vantagens podem ser atribuídas a um alimento se o submetermos a desidratação, tais como: aumento da vida útil do produto, concentração dos valores nutricionais, facilidade no transporte, armazenamento, comercialização e redução de perdas pós-colheita. 
A Figura 3 ilustra dois tipos de processos de secagem, os processos artificiais são os que envolvem o uso de maquinário para efetuar essa remoção da umidade. No mercado tem diversos modelos projetados para atender o processo da melhor maneira (Perry & Green, 2007), alguns exemplos são os secadores de bandeja, os secadores de tubo, os secadores de esteira, o secador de leito fluidizado e o secador por tambor rotativo. 
Figura 3 - Alguns exemplos de processos de secagem.
Fonte: Site agrolink 
 BERK (2018) ressalta que na indústria alimentícia todos os modelos de secadores são utilizados conforme as propriedades físicas e químicas de cada tipo de alimento e concluí que o tambor rotativo é mais atribuído a desidratação de frutas, cascas, vegetais, rações para animais ou para torrar nozes, sementes e grãos. 
Cabrera-Pandilla et al (2014) estudaram o processo de secagem e produção de farinha a partir da pasta de banana “nanica”, utilizando um secador rotativo com recheio de inertes. Encontraram-se as condições de operação ideais: vazão de ar para aquecimento de , o processo de secagem consistiu em 45 minutos de secagem com o ar a uma temperatura média de 70°C e 20 minutos com uma temperatura média de 53°C, vazão de alimentação de , utilizou-se um aditivo na pasta alimentada para viabilizar a produção da farinha de banana.
Foi obtida uma produção média de 0,122 Kg de farinha e flocos de banana por esse processo, representando uma eficiência de 72,9% na produção de farinha, com um teor de umidade de 8%, que está dentro dos parâmetros estabelecidos para este tipo de produto.
Não foram utilizados outros equipamentos para efetuar a produção de farinha, assim como não sugeriram a possibilidade da utilização de outros aditivos ou tipos de banana viáveis para este processo.
2.4. Chicanas
As chicanas apresentam uma grande variedade quanto ao tipo, geometria, espaçamento, angulações e cortes. A escolha do modelo a ser utilizado deve levar em conta a vazão, perda de carga e sustentação. Mostra-se nas Figuras 4 e 5 os tipos de chicanas mais encontrados na indústria. Um determinado secador pode incorporar um ou mais tipos diferentes de chicanas. Na maioria dos casos, a profundidade da chicana está entre D/l2 a D/8, em que, D é o diâmetro do secador (PERRY e GREEN, 1999). 
 
Figura 4: Exemplos de chicanas encontradas na prática industrial.
Fonte: Site livros grátis.
Figura 5: Tipos comuns de chicanas.
Fonte: Site livros grátis.
As chicanas retas (Figura 4) geralmente são empregadas na secagem em casos em que o material sólido é pegajoso e adere nas paredes internas do tambor. Elas são geralmente situadas imediatamente à alimentação e podem ser usadas para introduzir os sólidos úmidos dentro do secador (PERRY e GREEN, 1999).
A adição desse acessório em secadores melhora a troca térmica entre o sólido e o meio secante (ar quente), aumentando a remoção de umidade e evitando a formação de caminhos preferenciais promovendo uma secagem uniforme. (Perry & Green, 2007).
2.5. Classificação dos sólidos 
Segundo Sampaio e Silva (2007), o peneiramento é um método usado numa variedade de indústrias e nas mais diferentes áreas para separação de minerais, grãos e outros sólidos granulados por tamanho. Em minérios com granulometria grossa e um baixo percentual de fração fina recomendou-se o uso de ensaios secos. 
O método consistiu na classificação através de peneiras de diferentes malhas como as da série Tyler que comumente seguem uma sequência em progressão geométrica como mostra a tabela no ANEXO A com a série de peneiras americanas e equivalentes de série Tyler (ASTM-E-11-61). (Moraes Jr., D., Moraes, M. S., 2017)
A amostra foi seca na estufa para evitar que as partículas aglomerem, mascarando o resultado do ensaio e na sequência a amostra foi despejada na peneira superior e então a agitação foi realizada de forma manual ou automática. Finalizando-se o ensaio, as frações retidas em cada peneira foram pesadas para o cálculo da distribuição granulométrica. (Sampaio e Silva, 2007)
2.5.1 Areia
Segundo Kaluif Y. e Recueiro J. C., areia é o termo usado para identificar um tipo de recurso mineral, granular de 2 a 0,06 mm, composto de sílica, e outros minerais como o quartzo. Esse recurso natural advém de processos intempéricos que podem ser seguidos ou não de outros processos do ciclo das rochas, como erosão, transporte e deposição.
É um recurso muito utilizado em indústrias de materiais de construção, dentre outros segmentos. Trata-se de um material irregular que comumente passa pela classificação a qual é dividida em grãos finos, grossos e médios por meio de peneiras granulométricas de diferentes malhas. O produto obtido é precificado para venda de acordo com sua espessura. (KALUIF e RECUEIRO, 2015)
2.6. Tempo de Residência 
A movimentação do sólido granular em um secador rotativo é um desafio na determinação do tempo de residência. Ocorre devido a diversas forças que atuam em seu interior (Sherrit et al., 1993), sendo as principais: 
0. Força gravitacional, em função da inclinação do tambor.
0. A reação do rebate da partícula no fundo do tambor.
0. A força centrípeta gerada pelo rolamento do tambor.
O tempo de residência pode ser definido como o tempo que em que o material leva para se deslocar no sistema. Variadas equações foram propostas para determinar esse tempo em secadores rotativos. Sendo, a equação 1 a mais simples (Kelly e O'Donnell, 1977 apud Lisboa, 2007).
Fonte: (LISBOA M. H. et sl, 2007)
Em que,
 = tempo médio de passagem, unidade de tempo
H = taxa de alimentação de sólidos granulados que pode ser definida com a pesagem do conteúdo do tambor rotativo, unidade de massa
W= vazão mássica de alimentação, unidade de massa/tempo
Foust (1982) propôs um método empírico que permite estimar o tempo de residência considerando a resistência do ar sobre os sólidos e o sentido do fluxo. Na equação 2, o sinal negativo é usado para fluxo em correntes paralelas e o sinal positivo vale para escoamento contracorrente.
Fonte: (Foust, 1982)
Sendo,
 = tempo médio de passagem, min
/ = comprimento do secador, ft
s = inclinação do secador, ft/ft
N = velocidade de rotação, rpm
D = diâmetro do secador, ft
B = constante que depende das dimensões da partícula do material operado, 
DP = média ponderada dos diâmetros das partículas, mícrons
GV’ = velocidade mássica do gás, lb/ft2 h
GF = taxa de alimentação do secador,lb de material seco/h ft2 de seção reta
2.7. Armazenamento de grãos 
A água é um elemento essencial presente em vegetais, animais e vários outros materiais. Nos alimentos encontram-se diferentes teores conforme os dados apresentados na Tabela 1. (RIBEIRO, SERAVALLI, 2007)
Tabela 1 - Teores de água em alguns alimentos
	Alimento
	Teor de água (g/100g)
	Maçã, Laranja
	85-90
	Tomate, Morango
	90-95
	Cenoura, Batata
	80-90
	Aspargo, Lentilha
	90-95
	Arroz, Milho (cru)
	12-15
	Leite em pó, Ovo desidratado
	9-12
Fonte: (FRANCO apud RIBEIRO, SERAVALLI, 2007)
RIBEIRO, e SERAVALLI (2007) explicaram que essa umidade gera influência na textura, no sabor, na aparência além de ocasionar a deterioração química e microbiológica. Por isso um dos métodos de preservação dos alimentos é a secagem.
ARAÚJO (2017) dimensionou um secador rotativo para grãos de sorgo com o objetivo de minimizar a deterioração durante o armazenamento. Construiu o equipamento e realizou testes variando a rotação, temperatura do ar de secagem e a velocidade de secagem. Concluiu que a rotação não gerou influência significativa na velocidade de secagem, porém ressaltou sua importância para garantir a uniformidade e observou que nos grãos que nos grãos úmidos houve a proliferação de pragas evidenciando a relevância da secagem para preservação dos grãos.
SCHUH et al. (2011) estudaram os efeitos de dois métodos de secagem em milho safrinha armazenado por 6 meses. Avaliaram a qualidade físico-química do grão submetido a secagem ambiente e em um secador de concreto aquecido por GLP. Após a secagem armazenou-se em silos a granel, de onde recolheram as amostras e variaram a medição da umidade, peso volumétrico, proteína, extrato etéreo, cinzas e carboidratos a cada 3 meses. Concluíram que a secagem com ar aquecido por GLP no secador de concreto foi mais rápida e eficaz garantindo os melhores resultados nas análises de qualidade do grão após 6 meses de armazenamento.
3. MATERIAL E MÉTODO
3.1. Equipamentos e acessórios
O equipamento secador rotativo foi projetado e desenvolvido no Laboratório de Operações Unitárias, presente na Universidade Santa Cecília. Utilizado para a realização dos ensaios e estudo do equipamento. Na figura X, há a planta de projeto do equipamento.
Figura 7 – Projeto da unidade experimental desenvolvida na Universidade Santa Cecília 
Fonte: Autores do presente trabalho 
 
Orienta-se na Figura 6 os itens que compõem a unidade piloto com detalhes e seus acessórios. 
5
9
15
3
13
14
4
16
1
1
12
11
10
6
2
8
1
7
Figura 6 – Foto do equipamento: 1) motor elétrico; 2) silo de alimentação; 3) cooler; 4) ligação geral do equipamento; 5) liga/desliga do tambor; 6) controle da rotação do tambor; 7) liga/desliga do silo; 8) controle da rotação do silo; 9) chapa de alumínio; 10) saída da helicoide de alimentação; 11) tambor rotativo; 12) soprador elétrico; 13) duplo fuso; 14) sistema para variação de ângulo do tambor; 15) suporte de aço para alimentação no centro do tambor. 16) suporte para os sopradores.
3.2. Procedimento experimental 
O planejamento de como seriam os ensaios visou as limitações do equipamento. Primeiramente foi estipulado que a presença da chicana seria estudada. Após está definição foi alterado mais duas variáveis, a inclinação do equipamento e a rotação do tambor rotativo. A inclinação foi medida entre a mesa horizontal em que estava o equipamento, até o começo do tambor rotativo, considerando a duas situações extremas (12 e 22 cm). As rotações foram definidas com 10 e 20 rpm, visando a não ocorrência de oscilações no tambor, comportamento que se mostrou em outras rotações.
Figura 20 – Planejamento dos ensaios com chicana e sem chicana
Fonte: Autores do presente trabalho 
A determinação do mesh do sólido a ser secado foi realizada através de testes utilizando-se peneiras (Figura 7) com diferentes granulometrias (mesh 5, 7, 12, 24 e 32). Foi observado que o mesh 12 era mais adequado ao equipamento devido a sua granulometria ser maior. Granulometrias menores apresentam um tempo de residência reduzido, ocasionando uma baixa eficiência do equipamento. 
Figura 7 – Peneiras
Fonte: Autores do presente trabalho 
A areia mesh 12 foi colocada em uma bandeja e levada à estufa (Figura 8) até atingir a temperatura de 98ºC (aproximadamente 40 min) para realizar uma pré-secagem. A temperatura de 98ºC foi escolhida para evitar a perda de material com a evaporação da água. Depois de seca, foi pesado aproximadamente 300g de areia utilizando um béquer e uma balança, em seguida, a areia foi umedecida de forma homogenia com 1,5 ml (0,5%) de água utilizando um borrifador (Figura 9). 
Figura 8 – Bandeja utilizada para secar a areia na estufa 
Fonte: Autores do presente trabalho 
Figura 9 – Borrifador
Fonte: Autores do presente trabalho 
 
Foi retirada e pesada uma amostra medida através de dois conteúdos cheios do lado arredondado da espátula (Figura 10). Antes de iniciar os ensaios, foi realizada a verificação das rotações do equipamento de forma manual, determinando o número de vezes pela qual a referência escolhida foi contabilizada em um período de 1 minuto. Essa análise foi necessária para comprovar a confiabilidade do tacômetro. Com o tacômetro (Figura 11) já verificado, as rotações desejáveis foram medidas e ajustadas antes de cada ensaio. Os valores das rotações (10 e 20 rpm) foram definidas através de testes experimentais considerando a não ocorrência de oscilações e escoamento da areia por todo o tambor. 
 Figura 10 – Espátula
Fonte: Autores do presente trabalho 
 
Figura 11 – Tacômetro
Fonte: Autores do presente trabalho 
 
O equipamento foi ligado seguindo a sequência de: sistema geral, tambor rotativo, silo e sopradores. Como a helicoide (Figura 12) que trabalha com a rotação de 60 rpm possui uma limitação quanto a vazão, a massa de 300g de areia foi adicionada de forma oposta ao silo e através de fluxos contínuo. Os limites de vazão e tempo foram estipulados através de testes levando em conta o funcionamento adequado da helicoide. Assim que a primeiro fluxo de areia passou pelo suporte de aço (Figura 13) com angulação de 45º com o tambor rotativo, os 2 cronômetros (Figura 14) foram acionados de forma simultânea. 
Figura 12 – Helicoide
Fonte: Autores do presente trabalho
 
Figura 13 – Suporte de aço
Fonte: Autores do presente trabalho 
Figura 14 – Cromômero
Fonte: Autores do presente trabalho 
 
A areia que passou pelo tambor foi direcionada a um balde. Foi verificado o exato momento em quem não havia mais fluxo de areia e foi parado o tempo dos cronômetros para contabilização. A areia foi transferida do balde para um béquer de 500 ml (Figura 15) e foi pesada novamente para obtenção da perda de material. Retiramos e pesamos em um vidro relógio (Figura 16) novamente uma amostra utilizando a mesma espátula e medidas da amostra inicial. As massas das amostras inicial e final foram utilizadas para a realização do cálculo de remoção de percentual de umidade. 
Figura 15 – Vidro relógio
Fonte: Autores do presente trabalho 
Figura 16 – Béquer de 500ml
Fonte: Autores do presente trabalho 
Após o primeiro ensaio, somente o botão do silo foi ligado para retirar a massa que ficou retida no equipamento, de forma a evitar que essa massa ocasione diferenças nos próximos ensaios. Foram realizados três ensaios com as rotações de 10 e 20 rpm, alternando cada rotação com as alturas mínima de 12 cm e máxima 22 cm. Nos ensaios com os sopradores houve o controle de temperatura com um termómetro elétrico (Figura 17). Os ensaios foram realizados com e sem a utilização de uma chicana com 6 pás retas (Figura 18) no interior do tambor para comparação da troca térmica. 
Figura 17 – Chicana de 6 pás planas
Fonte: Autores do presente trabalho 
Figura 18 – Termómetro elétrico
Fonte: Autores do presente trabalho 
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
 
4.1. Resultados experimentais obtidos através dos ensaios sem secagem
Os primeiros ensaiosforam realizados sem a utilização dos sopradores, considerando as rotações de 10, 15 e 20 rpm e com inclinação do tambor rotativo de 12 e 22 cm. Conforme a Figura 19, foi possível analisar uma linha crescente dos valores de tempo conforme decorrer da redução das rotações. Outra observação feita é que a linha vermelha pertencente a inclinação mínima, está acima da linha azul (inclinação máxima), mostrando que o tempo dos ensaios foi maior com a inclinação mínima em relação à máxima.
Ilustra-se na Figura 19 o tempo de residência obtido sem chicanas para cada altura em função da rotação.
 Figura 19 – Tempo de residência sem chicanas para suas respectivas rotações em cada altura
O segundo ensaio foi realizado com a adição da chicana. Os valores obtidos na Figura 20 mostraram que com a adição das chicanas, a alternação de rotações não apresentou valores significativos no tempo de residência. Além destas observações, notou-se que a rotação de 15 rpm apresentou valores maiores em relação as rotações de 10 rpm e 20 rpm.
Demonstra-se na Figura 21 o tempo de residência obtido com chicanas para cada altura em função da rotação. 
 Figura 21 – Tempo de residência com chicanas para suas respectivas rotações em cada altura
 4.2 Resultados experimentais obtidos através dos ensaios com secagem
Foram realizados ensaios com a utilização de dois sopradores em que alternou-se as rotações de 10 e 20 rpm, utilizando apenas a inclinação máxima de 22 cm. Isso ocorreu devido a interrupção dos ensaios por conta da helicoide de polímero não ser apropriada para as condições de temperatura estabelecidas. A porcentagem de secagem foi calculada através das diferenças entre a massa seca e massa úmida (Equação 1), obtendo os valores de 17,72% com a utilização de chicanas e 9,55% sem o acessório, indicando que a presença da chicana mostra-se eficiente neste processo. 
Outras considerações referentes aos ensaios realizados foram que, mesmo com a utilização de telas na entrada e saída do tambor rotativo houve a perda de massa inicial e observou-se uma redução granulométrica na areia decorrente do atrito causado entre a helicóide e as paredes do silo.
 Foi realizado um ensaio considerando 1% de umidade na areia e notou-se que com essa porcentagem houve incrustação nas paredes da helicoide gerando entupimento do duto, portanto foi utilizado 0,5% de umidade. Devido a alta temperatura de operação, foi necessário acoplar um cooler no sentido contracorrente a entrada de calor para evitar que o motor se fundisse.
 (Equação 1)
4.3 Análise de secagem
Apresentam-se nas Tabelas 2 e 3 os tempos de residência obtidos para as rotações estudadas e a porcentagem de redução da umidade presente na areia. 
Tabela 2 – Redução da umidade com chicanas
	Com Chicanas
	Altura (cm)
	Rotação (rpm)
	Tempo de Residência
(s)
	Secagem (%)
	22
	20 rpm
	383
	17,72
	
	10 rpm
	372
	3,36
Tabela 3 – Redução da umidade sem chicanas
	Sem Chicanas
	Altura (cm)
	Rotação (rpm)
	Tempo de Residência
(s)
	Secagem (%)
	22
	20 rpm
	316
	9,55
	
	10 rpm
	390
	5,54
A equação 2, foi utilizada para determinar a eficiência da chicana.
 (Equação 2)
Em ambos os ensaios a alimentação foi padronizada de acordo com uma vazão mássica definida, a fim de assegurar a alimentação manual constante devido a potência do motor acoplado ao silo não ser o suficiente para garantir a alimentação automática do tambor rotativo.
5. CONCLUSÃO E SUGESTÕES
Nas condições experimentais da presente pesquisa vinculada aos objetivos secundários, permite-se concluir que:
a) A melhor condição operacional deste equipamento foi: inclinação máxima de 22cm, rotação de 20 rpm e com a utilização de chicanas, obtendo-se o tempo de residência de 383 segundos. A inclinação máxima reduziu o tempo em ambos os ensaios com e sem secagem e o ângulo de inclinação ideal da canaleta de alimentação entre a saída do silo e a entrada do tambor rotativo foi de 45° permitindo o escoamento constante. 
b) Dentro das variáveis estabelecidas para a secagem, a rotação que apresentou melhores resultados foi de 20rpm, com o uso de chicanas. Os resultados de secagem obtidos foram 17,72% comparado com chicana e 9,55% sem chicanas, ou seja, houve uma variação de 85,55% visto que esse acessório auxilia na uniformidade de secagem e evita o surgimento de canais preferenciais.
Aspirando a sucessão da presente linha de pesquisa, sugere-se que:
a) Realizar testes, utilizando o soprador com a finalidade de secagem, para estudo correlacionando as temperaturas de entrada e saída do ar e troca térmica do processo. 
b) Utilizar de uma helicoide de metal envolvida em um mangote para evitar que ocorra o atrito entre o sólido e as paredes gerando uma tensão de cisalhamento que pode ocasionar a moagem do material em análise. A troca do material também evitará o derretimento da helicoide através das altas temperaturas atingidas pelos sopradores. 
c) Substituir o motor por um de maior potência, permitindo a alimentação automática. Pode-se adicionar uma válvula dosadora para fixar a vazão. 
d) Implementar uma placa de metal na entrada e na saída do tambor rotativo para evitar a perda de ar quente. 
e) Implementar um prolongador da helicoide transportadora até o tambor rotativo, a fim de evitar perda de material durante o processo.
f) Instalar um recipiente com sustentação adequada para recebimento do material, após a passagem pelo tambor rotativo.
g) Realizar de testes com o posicionamento dos secadores a favor do fluxo, com o propósito de comprovar a eficiência do uso de secadores contrafluxo.
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1) ARAÚJO, S. L; Desenvolvimento de um secador rotativo para grãos de sorgo, Universidade de Brasília – UnB, 2017. 
2) BERK Z. Food Process Engineering and Technology. 3rd Ed., New York, Academic Press, 2018. 742 p. 
3) BAKER, C. G. J. Chapter 1: Cascading rotary dryers. Advances in Drying, Hemisphere, New York, Mujumdar A. S (ed). 1983. v. 2, p. 1-51.
4) CELESTINO, S.M.C. Princípios de Secagem de Alimentos. Planaltina: Embrapa Cerrados, 2010
5) CABRERA-PADILLA, R.Y.; OLADEINDE, T.O; FINZER, J.R.D; LIMAVERDE, J.R; Secagem de pasta de banana em secador rotativo com recheio de inertes. Brazilian Journal of Food Technology. Campinas, vol.17 (n°1): 41-50, Jan. /Mar. 2014
6) KELLY, J.J., O ́DONNELL, J.P., Residence Time Model for Rotary Druns.Trans IchemE, 55, 243, 252 (1977).
7) KULAIF, Y.; RECUEIRO, J. C. Sumário Mineral, DNPM/SP, 2015, vol. 35. ISSN 0101-2053.
8) LISBOA, M. H., VITORINO, D. S., DELAIBA, W. B., FINZER, J. R. D., BARROZO, M. A. S. A Study of particle Motion in Rotary Dryer. Vol. 24, No. 03, pp. 365 - 374, July – September 2007.
9) MATCHETT, A. J., BAKER, C. G. J. Particle residence times in Cascading rotary dryers. Part 2: Application of the two-stream model to experimental and industrial data, Journal of Separation Process Technology, v. 9, 1988.
10) MORAES, JR. D.; MORAES, M. S. Laboratório de Operações Unitárias I, Santos, 2ªEd, 2017.
11) NONHEBEL, G., Drying of solids in the Chemical Industry. London, Butterworth, 1971.
12) PERRY, R. H. GREEN, D. W. Perry’s Chemical Engineers handbook, 8th Ed., New York, McGraw-Hill, 2007. 2704 p.
13) RIBEIRO, E. P.; SERAVALLI, E. A. G., Química de Alimentos, 2ª Ed., Rio de Janeiro, Blucher, 2007, 196p.
14) SAEMAN, W. C. e MITCHELL, T. R. Jr. Analysis of Rotary Dryer and Cooler performance, Chemical Engineering Progress, v. 50, p. 467-475, 1954.
15) SAMAPAIO, A. J.; SILVA, G. N. A. F.; Análise granulométrica por peneiramento. Rio de Janeiro, COPPE/UFRJ, 2007. Engenharia Metalúrgica e de materiais/COPPE-UFRJ.
16) SCHUH, G.; GOTTARDI, R; FILHO, F. E.; ANTUNES, G. L. E.; DIONELLO, G. R, Efeitos de dois métodos de secagem sobre a qualidade físico-química de grãos de milho safrinha – RS, armazenados por 6 meses, Londrina, 2011, v. 32, n. 1, p. 235-244.
17) SHERRIT, R.G., CAPLE, R., BEHIE, L.A., MEHROTRA, A.K., Movement of Solids Through Flighted Rotating Drums, Journal of Chemical Engineering,71, 3, 337-346 (1993).
 ANEXOS
ANEXO A - Série de peneiras americanas equivalentes de série Tyler (ASTM-E-11-61). Perry & Green (1997) p.19-20
	Peneira Padrão (mm)
	USS ASTM
	Abertura da peneira (mm)
	Diâmetro nominal do fio (mm)
	Denominação Tyler equivalente
	107,6
	4,24 in.
	107,6
	6,4
	-
	101,6
	4 in.
	101,6
	6,3
	-
	90,5
	3 1/2 in.
	90,5
	6,08
	-
	76,1
	3 in.
	76,1
	5,8
	-
	64
	2 1/2 in.
	64
	5,5
	-
	
	
	
	
	
	53,8
	2,12 in.
	53,8
	5,15
	-
	50,8
	2 in.
	50,8
	5,05
	-
	45,3
	1 3/4 in.
	45,3
	4,85
	-
	38,1
	1 1/2 in.
	38,1
	4,59
	-
	32
	1 1/4 in.
	32
	4,23
	-
	
	
	
	
	
	26,9
	1,06 in.
	26,9
	3,9
	1,050 in.
	25,4
	1 in.
	25,4
	3,8
	-
	22,6
	7/8 in.
	22,6
	3,5
	0,883 in.
	19
	3/4 in.
	19
	3,3
	0,742 in.
	16
	5/8 in.
	16
	3
	0,624 in.
	
	
	
	
	
	13,5
	0,530 in.
	13,5
	2,75
	0,525 in.
	1,7
	1/2 in.
	1,7
	2,67
	-
	11,2
	7/16 in.
	11,2
	2,45
	0,441 in.
	9,51
	3/8 in.
	9,51
	2,27
	0,371 in.
	8
	5/16 in.
	8
	2,07
	2 1/2 mesh
	
	
	
	
	
	6,73
	0,265 in.
	6,73
	1,87
	3 mesh
	6,35
	1/4 in.
	6,35
	1,82
	-
	5,66
	N° 3 1/2
	5,66
	1,68
	3 1/4 mesh
	4,76
	N° 4
	4,76
	1,54
	4 mesh
	4
	N° 5
	4
	1,37
	5 mesh
	
	
	
	
	
	3,36
	N° 6
	3,36
	1,23
	6 mesh
	2,83
	N° 7
	2,83
	1,1
	7 mesh
	2,38
	N° 8
	2,38
	1
	8 mesh
	2
	N° 10
	2
	0,9
	9 mesh
	1,68
	N° 12
	1,68
	0,81
	10 mesh
	
	
	
	
	(Continua)
 
(Continuação)
	1,41
	N° 14
	1,41
	0,725
	12 mesh
	1,19
	N° 16
	1,19
	0,65
	14 mesh
	1
	N° 18
	1
	0,58
	16 mesh
	0,841
	N° 20
	0,841
	0,51
	20 mesh
	0,707
	N° 25
	0,707
	0,45
	24 mesh
	
	
	
	
	
	0,595
	N° 30
	0,595
	0,39
	28 mesh
	0,5
	N° 35
	0,5
	0,34
	32 mesh
	0,42
	N° 40
	0,42
	0,29
	35 mesh
	0,354
	N° 45
	0,354
	0,247
	42 mesh
	0,297
	N° 50
	0,297
	0,215
	48 mesh
	
	
	
	
	
	0,25
	N° 60
	0,25
	0,18
	60 mesh
	0,21
	N° 70
	0,21
	0,152
	65 mesh
	0,177
	N° 80
	0,177
	0,131
	80 mesh
	0,149
	N° 100
	0,149
	0,11
	100 mesh
	0,125
	N° 120
	0,125
	0,091
	115 mesh
	
	
	
	
	
	0,105
	N° 140
	0,105
	0,076
	150 mesh
	0,088
	N° 170
	0,088
	0,064
	170 mesh
	0,074
	N° 200
	0,074
	0,053
	200 mesh
	0,063
	N° 230
	0,063
	0,044
	250 mesh
	0,053
	N° 270
	0,053
	0,037
	270 mesh
	
	
	
	
	
	0,044
	N° 325
	0,044
	0,03
	325 mesh
	0,037
	N° 400
	0,037
	0,025
	400 mesh