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metadata.dc.type: Tese
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Análise da modelagem, simulação e otimização da secagem em leito deslizante com escoamentos paralelos
metadata.dc.creator: Pfeifer, Adriene Artiaga
metadata.dc.contributor.advisor1: Barrozo, Marcos Antonio de Souza
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Murata, Valeria Viana
metadata.dc.contributor.referee1: Lobato, Fran Sérgio
metadata.dc.contributor.referee2: Duarte, Claudio Roberto
metadata.dc.contributor.referee3: Sartori, Dermeval Jose Mazzini
metadata.dc.contributor.referee4: Soares, Rafael de Pelegrini
metadata.dc.description.resumo: A produção brasileira de soja aumenta a cada ano, sendo armazenada em lugares seguros de modo a suprir demandas futuras ou colheitas mal sucedidas. O processo de secagem deve reduzir o teor de umidade e manter as qualidades físicas e fisiológicas (fissuras, germinação e vigor), principalmente quando o objetivo é o replantio. A técnica do leito deslizante demonstra ser uma alternativa segura para a manutenção da qualidade das sementes e redução da umidade em menor tempo. A literatura apresenta diversos estudos sobre as configurações do escoamento entre o sólido e o fluido, e as variáveis operacionais que influenciam na qualidade das sementes de soja. Funções empíricas são utilizadas para representar os índices de germinação, vigor e de sementes sem fissuras como funções das variáveis de secagem, sendo as mais comumente analisadas: a velocidade intersticial do ar, temperatura de entrada do ar, vazão de sólidos e umidade relativa do ar de entrada. Uma forma de reduzir o desgaste das sementes de soja é dividir o leito do secador em estágios, gerando um secador de múltiplos estágios. A modelagem matemática que descreve a transferência de massa e energia em secadores de leito deslizante são largamente apresentados na literatura. Associa-se a este modelo, as equações dos índices de qualidade, além das equações constitutivas para o coeficiente de transferência de calor entre as duas fases, a cinética de secagem e o conteúdo de umidade no equilíbrio do material sólido. Verifica-se que a modelagem e a simulação dos modelos apresentados na literatura necessitam ser melhor estudadas. Para isso, esta tese buscou analisar a modelagem, simulação e otimização da transferência de massa e energia entre o ar e sementes de soja em leito deslizante com escoamentos paralelos, buscando encontrar condições satisfatórias que promovam a manutenção da qualidade das sementes e melhores taxas de remoção de umidade. Além disso, a modelagem buscou melhorar a concordância entre os modelos utilizados e os dados experimentais obtidos na literatura. A modelagem matemática generalizada gerou 5 modelos, que propunham a variação das propriedades físico-químicas (Cpf , Cpv, Cpl e Cps) constantes ou não, variação da porosidade do leito e do perfil de velocidade, e estes forneceram dados importantes para a análise do modelo de secagem. De acordo com assimilações, os resultados apresentaram concordância em relação aqueles modelos que consideravam a propriedade calor específico do sólido (Cps) constante. Esta propriedade foi representada por uma função da umidade do sólido, enquanto que as outras propriedades eram funções explícitas da temperatura. De forma geral, foi observado que as propriedades físico-químicas, perfil de porosidade e de velocidade influenciam nos perfis de umidade e temperatura do sólido e do fluido, para todos os experimentos realizados, confirmando que as hipóteses adotadas em cada modelo geram modificações significativas nos resultados de secagem. A fluidodinâmica computacional mostrou-se de grande ajuda para a verificação do efeito da parede nos perfis de porosidade e velocidade do fluido, confirmando que a suposição de perfil plano de velocidade da fase fluida, no modelo a duas fases, não é válida na faixa de ar analisada. Em relação ao estudo da qualidade das sementes de soja, quanto aos índices de germinação, vigor e sementes sem fissuras, e do desempenho de secagem, observou-se que a utilização do secador de múltiplos estágios é bastante satisfatória em relação `a elevação do potencial de secagem e manutenção da qualidade das sementes. O estudo da otimização do secador, por meio da técnica de Evolução Diferencial, obteve condições operacionais ótimas que maximizam os índices de qualidade ou a remoção de umidade. Assim, esta tese gerou dados de simulação e otimização que poderão ser utilizados para a melhoria dos modelos já apresentados na literatura e consequentemente, fornecer informações para a construção e melhoria de secadores, além de condições experimentais ótimas para o estudo da secagem em leito deslizante.
Abstract: The Brazilian soybean production increases every year, and its stored in safe places so as to meet future demands, or unsuccessful crops. The drying process must reduce the moisture content and maintain the physical and physiological qualities (seeds fissures, germination and vigor), especially when the objetive is to replant. The technique of sliding bed proves to be a safe alternative for the maintenance of seed quality and reduction of moisture in less time. The literature presents several studies on differents configurations of flow between the solid and fluid, and the operating variables that influence the quality of soybean seeds. Empirical functions are used to represent the germination, vigor and non-fissured seeds indices as functions of drying variables, which are: the interstitial air velocity, inlet air inlet temperature, solids flow rate and inlet relative humidity. Another method to reduce the damage on the soybean seed is to divide the bed of the dryer in stages, generating a multi-stage dryer. The mathematical model that describes the transfer of mass and energy in sliding bed dryers are widely reported in the literature. Associated with this model, the equations of the quality indices, in addition to the constitutive equations for the coefficient of heat transfer between the two phases, the drying kinetics and equilibrium moisture content in the solid material. The modeling and simulation of the models presented in the literature need to be better studied. To this end, this thesis examine the modeling, simulation and optimization of energy and mass transfer between air and soybean seeds in parallel flow sliding bed, searching for satisfactory conditions that promote the maintenance of seed quality and better removal rates moisture. In addition, the modeling sought to improve the agreement between the models used and the experimental data obtained in the literature. The mathematical model generated five general models, which proposed the change in physicochemical properties (Cpf , Cpv, Cpl and Cps) constants or not, variation of the porosity of the bed and the velocity profile, and these have provided important data for the analysis of the drying model. According to the simulations, the results showed agreement in relation to those models that considered the property of the solid specific heat (Cps) constant. This property was represented by an equation that was a function of moisture from the solids, whereas other properties were explicit functions of temperature. Overall, it was observed that the physico-chemical profile and porosity influence the velocity profiles of humidity and temperature of the solid and fluid for all experiments, confirming that the assumptions made in each model generates significant changes in drying results. The computational fluid dynamics proved to be of great help to verify the effect of wall profiles of porosity and fluid velocity, confirming that the assumption of flat velocity profile of fluid phase in twophase model is not valid in the range of air analysis. Regarding the study of the quality of soybean seeds, and index of germination, vigor and seeds without cracking and drying performance, it was observed that the strategy to transform a conventional sliding bed dryer on a multi-stage dryer is proved quite satisfactory in relation to the elevation of the potential for drying and maintaining the quality of seeds. The study of optimization of the dryer through the technique of Differential Evolution, obtained optimum operational conditions that maximize the quality indices or the removal of moisture. Thus, this thesis has generated data from simulation and optimization that can be used to improve the models already presented in the literature and thus provide for the construction and improvement of dryers, and optimal experimental conditions to study the sliding bed drying.
Keywords: Leito deslizante
Modelagem matemática
Qualidade das sementes
Múltiplos estágios
Otimização
Sliding bed
Mathematical modelling
Seed quality
Multiple stage
Optimization
Soja - Secagem
Sementes - Qualidade
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
metadata.dc.publisher.initials: UFU
metadata.dc.publisher.department: Engenharias
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Citation: PFEIFER, Adriene Artiaga. Análise da modelagem, simulação e otimização da secagem em leito deslizante com escoamentos paralelos. 2011. 237 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2011.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15068
Issue Date: 31-Oct-2011
Appears in Collections:TESE - Engenharia Química

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