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Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Modelagem termodinâmica e simulação computacional de secador para bagaço de cana-de-açúcar
Alternate title (s): Thermodynamic modeling and computational simulation of a sugarcane bagasse dryer
Author: Azevedo, Cássio
First Advisor: Carvalho, Solidônio Rodrigues de
First member of the Committee: Centeno, Felipe
Second member of the Committee: Filho, Enio
Third member of the Committee: Filho, José
Summary: Este trabalho tem como objetivo o reaproveitamento do bagaço de cana-de-açúcar (Saccharum officinarum L.) como combustível para a geração de vapor, empregado na produção de cachaça, utilizando os gases de exaustão da caldeira no processo de secagem. O alto teor de umidade e baixa densidade energética da biomassa dificultam a estabilidade da combustão, levando os produtores a utilizar lenha de eucalipto como combustível nas caldeiras. Para solucionar esse problema, a modelagem termodinâmica da combustão foi estruturada com o auxílio do software EES (Engineering Equation Solver) e o dimensionamento de um secador para reduzir a umidade do bagaço de cana-de-açúcar das destilarias que sai do processo de moagem com 51,76% em base úmida. A simulação computacional do silo secador foi realizada no software OpenFOAM utilizando o solver multiphaseEulerFoam e comparada com a solução analítica realizada no software EES. O projeto original propunha o desenvolvimento de secador compacto de leito fixo com autonomia de 4 horas e produção de 1000 kg/h de vapor, para realizar o processo de secagem e alimentação da caldeira de forma automática por meio de uma rosca transportador localizada na base do secador. No entanto, devido à alta potência requerida no ventilador do silo secador para prevenir a condensação do vapor d’água, optou-se por um secador rotativo como solução, resultando na redução da potência do ventilador de 39,5 cv para 3 cv. O secador rotativo permitiu evaporar 111,13 kg/h de vapor d’água e reduzir a umidade da biomassa de 51,76% para 38,22% em base úmida.
Abstract: This study aims to repurpose sugarcane bagasse (Saccharum officinarum L.) as a fuel for steam generation, used in the production of cachaça, by utilizing the exhaust gases from the boiler in the drying process. The high moisture content and low energy density of the biomass hinder the stability of combustion, leading producers to use eucalyptus firewood as fuel in boilers. To address this issue, thermodynamic modeling of combustion was performed with the help of the EES (Engineering Equation Solver) software, and a dryer was designed to reduce the moisture content of the sugarcane bagasse from distilleries, which leaves the milling process at 51.76% on a wet basis. The computational simulation of the dryer silo was carried out in the OpenFOAM software using the multiphaseEulerFoam solver and compared with the analytical solution performed in the EES software. The original project proposed the development of a compact fixed-bottom dryer with a 4-hour autonomy for the production of 1000 kg/h of steam, to carry out the drying process and boiler feeding automatically through a conveyor screw located at the base of the dryer. However, due to the high power required in the dryer silo fan to prevent water vapor condensation, a rotary dryer was chosen as a solution, resulting in a reduction of the fan power from 39.5 hp to 3 hp. The rotary dryer allowed for the evaporation of 111.13 kg/h of water vapor and reduced the biomass moisture content from 51.76% to 38.22% on a wet basis.
Keywords: Secagem
Bagaço de cana-de-açúcar
OpenFOAM
Drying
Sugarcane bagasse
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::TRANSFERENCIA DE CALOR
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS
Subject: Engenharia mecânica
Cana-de-açúcar - Produtos
Bagaço de cana - Indústria
Resíduos como combustível
Caldeiras a vapor
Fornos - Combustão - Simulação por computador
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: AZEVEDO, Cássio Césio Lopes. Modelagem termodinâmica e simulação computacional de secador para bagaço de cana-de-açúcar. 2023. 116 F. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.175.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.175
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/38203
Date of defense: 24-Mar-2023
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