Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/41524
ORCID:  http://orcid.org/0009-0009-8005-9021
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Estudo experimetal e numérico da dinâmica de grãos de café em um tambor rotatório
Alternate title (s): Experimental and numerical study of the dynamics of coffee beans in a rotary drum
Author: Resende, Isabela Araújo
First Advisor: Duarte, Claudio Roberto
First coorientator: Barrozo, Marcos Antonio de Souza
First member of the Committee: Pivello, Márcio Ricardo
Second member of the Committee: Vieira Neto, José Luiz
Third member of the Committee: Ataíde, Carlos Henrique
Summary: O estudo da dinâmica de partículas no interior de um tambor rotatório é de grande importância devido à ampla aplicação deste equipamento em diferentes setores industriais. Na produção de café, nas etapas de secagem e torra, são utilizados tambores rotatórios. Considerando o fato de que o Brasil é o maior produtor e exportador de café do mundo, melhorar a eficiência de funcionamento destes equipamentos é de grande relevância. Dessa forma, o presente trabalho desenvolveu um estudo experimental e numérico sobre a dinâmica de grãos de café, nas condições verde e torrado, no escoamento em um tambor rotatório. Experimentalmente, avaliou-se, para ambos os cafés verde e torrado, as transições entre os regimes de rolamento, cascateamento, catarateamento e centrifugação, utilizando-se uma técnica de análise de imagens. A diferença de densidades das partículas nos dois casos influenciou de maneira significativa a transição catarateamento-centrifugação. Uma análise mais aprofundada foi feita em relação ao regime de rolamento, para o qual se avaliou os perfis de velocidade das partículas em estudo e também a espessura da camada ativa para diferentes níveis de enchimento e velocidades de rotação do tambor. Tal espessura mostrou-se dependente de ambas as variáveis. Encontrou-se uma grande similaridade no comportamento da região ativa para os grãos de café antes e depois do processo de torra, considerando-se o grau de enchimento do cilindro constante. Em relação ao estudo numérico, foram empregadas duas metodologias: Lagrangeana e Euleriana. Na abordagem Euleriana foram testadas duas condições de contorno na parede (coeficientes de especularidade e não deslizamento) e o modelo com a condição de contorno de não deslizamento acoplado à viscosidade friccional mostrou-se eficiente em prever o comportamento dos grãos de café verde em relação aos perfis de velocidade no regime de rolamento. Quanto à abordagem Lagrangeana, realizou-se uma calibração para os coeficientes de atritos de rolamento e estático partícula-partícula e partícula-parede. Estes parâmetros foram avaliados em um Planejamento Composto Central e também foi possível encontrar a melhor combinação entre eles capaz de reproduzir o comportamento dos grãos verdes para os perfis de velocidade.
Abstract: The study of particle dynamics inside a rotating drum is extremely important due to the wide range of application for this equipment in different industrial sectors. In order to produce coffee, in the drying and roasting stages, rotary drums are used. Considering the fact that Brazil is the largest producer and exporter of coffee in the world, improving the efficiency of these equipments has great relevance. Thus, the present work developed an experimental and numerical study about the dynamics of coffee beans, under green and roasted conditions, inside a rotating drum. Experimentally, for both green and roasted coffees, the transitions between rolling, cascating, cataracting and centrifuging regimes were evaluated using an image analysis technique. The different density values in both conditions, green and roasted, significantly influenced the cataract-centrifuging transition. Further analyses were made regarding the rolling regime: velocity profiles of the particles were evaluated as well as the thickness of the active layer for different filling degrees and rotation speeds of the drum. This thickness was observed as dependent on both variables. It was found great similarity between the behavior of the active region for coffee beans before and after the roasting process, considering a constant filling level. About the numerical study, two methodologies were employed: Lagrangian and Eulerian. For the Eulerian approach, two boundary conditions on the wall were tested (specularity coefficient and no-slip ) and the model with non-slip condition coupled with frictional viscosity parameter proved to be an efficient model predicting the velocity profiles for green coffee beans in the rolling regime. As for the Lagrangean approach, a calibration was performed involving the coefficients of rolling and static friction (particle-particle and particle wall). These parameters were evaluated using a Central Composite Experimental Design and it was also possible to find the best combination between them, capable of reproducing the behavior of the green grains for particle velocity profiles.
Keywords: tambor rotatório
café
abordagem Euleriana
abordagem Lagrangeana
perfis de velocidade
regimes de escoamento
dinâmica da partícula
química
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Subject: Química
Café - Produção
Dinâmica da partícula
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: RESENDE, Isabela Araújo. Estudo experimental e numérico da dinâmica de grãos de café em um tambor rotatório. 2017. 102 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2017. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2024.5507.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2024.5507
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/41524
Date of defense: 23-Feb-2017
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Química

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