TÍTULO: INFLUÊNCIA DA VISCOSIDADE NO COMPORTAMENTO DA ATOMIZAÇÃO EM UM SPRAY DRYER DE DISCO ROTATIVO

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1 TÍTULO: INFLUÊNCIA DA VISCOSIDADE NO COMPORTAMENTO DA ATOMIZAÇÃO EM UM SPRAY DRYER DE DISCO ROTATIVO CATEGORIA: CONCLUÍDO ÁREA: ENGENHARIAS E ARQUITETURA SUBÁREA: ENGENHARIAS INSTITUIÇÃO: UNIVERSIDADE SANTA CECÍLIA AUTOR(ES): IGOR PAIVA SANSÃO, RODRIGO DE ABREU COSTA ORIENTADOR(ES): DEOVALDO DE MORAES JÚNIOR, LUCAS BERNARDO MONTEIRO

2 RESUMO A secagem é uma das principais operações unitárias para a remoção de água de produtos sólidos. Muitos tipos de equipamentos podem ser usado, como secadores de bandejas, secadores de leito fluidizado, secadores de tambor e de pulverização. Secadores por atomização são normalmente utilizados para se obter produtos. Um dos problemas deste equipamento é a falta de dados para projetar um spray dryer, aliada à falta de documentos práticos que estudam parâmetros para um projeto mais preciso do equipamento. O objetivo deste estudo foi observar o comportamento e o alcance máximo do leque de atomização de um spray dryer de disco rotativo. Os experimentos foram realizados utilizando água e solução de sacarose de 4% em massa, variando a vazão e a rotação. Os resultados permitiram observar que a rotação tem influência sobre o alcance e na distribuição do leque de atomização. Foi também possível observar um fenômeno de canal preferencial, resultando numa distribuição unidirecional do produto atomizado. PALAVRAS-CHAVE spray dryer de disco rotativo; comportamento da atomização, viscosidade. INTRODUÇÃO A secagem é uma operação unitária que têm sido utilizados na produção de tijolos, medicamentos, fertilizantes, papel, cerâmica e muitas outras utilizações industriais. [] O produto final pode ser obtido a partir de uma grande variedade de equipamentos como tambores rotativos, leito fluidizado, secador de bandeja e spray dryers. Este ultimo é comumente utilizado para secar as pequenas gotas de líquidos ou emulsões com o objetivo final de obter um produto em pó livre de água []. Os secadores por atomização têm a grande vantagem de secar o produto em aproximadamente 5 segundos. O maior problema é que a literatura carece de propriedades de projeto para esse tipo de equipamento, especialmente da câmara de secagem, que é de grande relevância desta operação unitária. Com isso, as equações para projetar uma câmara de secagem encontradas na literatura são em geral empíricas, acarretando em altos custos de materiais e de energia, principalmente energia na forma de calor que não é aproveitado durante o processo [6]. Um parâmetro importante para se projetar um spray dryer com precisão é conhecer o real alcance do produto atomizado quando este deixa o sistema de atomização. O comportamento da atomização e o tamanho das gota são diferentes para cada tipo de sistema de atomização [3]. Atualmente há poucos artigos que tentam simular o comportamento no interior de uma câmara de secagem a partir do momento que o fluido deixa o atomizador até a saída do equipamento como um pó. Durante testes utilizando carbonato de cálcio e biomassa de banana verde foi possível observar que ambas as emulsões apresentavam comportamentos diferentes. No caso do carbonato de cálcio foi obtido um produto em pó e na operação com a biomassa, utilizando o mesmo equipamento e sistema, foi constatado inscrustações do produto na parede da câmara [4, 5, 6]. A análise experimental indicou que a rotação pode interferir na distância máxima que o material particulado pode atingir. Este fator pode ser determinante quanto à eficiência de produção de material seco pelo equipamento.. OBJETIVO

3 O presente trabalho teve como objetivo estudar a influência da viscosidade de uma solução no comportamento da atomização de um spray dryer de disco rotativo, utilizando água pura e solução de sacarose a 4% em massa. 3. METODOLOGIA Foi utilizada uma unidade de spray dryer existente no Laboratório de Operações unitárias da Universidade Santa Cecília, Santos, São Paulo (Figura ). A água pura ( mpa.s) e solução de sacarose com porcentagem em massa de 4% (6, mpa.s) [7] foram usadas como fluidos a serem atomizados. A Tabela apresenta os experimentos realizados. Tabela Experimentos e variáveis do estudo Experimento Fluido Vazão (g/s) Rotação (rpm) 7, Água 4 7 5, , % sacarose 7, Para a realização dos experimentos, colocou-se o sistema de atomização no suporte de tubos de aço. Abaixo deste instalou-se uma peça de madeira em formato de estrela com 8 pontas, medindo 8 milímetros de comprimento de uma ponta a outra. Foram colocados sobre este suporte de madeira todos os 8 coletores com os materiais adsorventes, permitiu obter a quantidade do material coletado em cada direção. O sistema de atomização foi composto por um motor elétrico e um disco de atomização de 3 mm de diâmetro com 6 orifícios com 9,6 mm² cada. Os coletores de foram feitos de placas de acrílico com 5,5 mm x 36, mm em média, cada um com os materiais adsorventes sobre ele.

4 E F Figura : Unidade Experimental composta por A) Motor de velocidades Bosch GKF 6 Professional; B) disco atomizador; C) suporte de madeira em forma de asterisco ; D)pPlacas coletoras distribuídas sobre o suporte, E) detalhe do disco atomizador e F) detalhe dos coletores. O procedimento experimental adotado foi: a) Adicionou-se kg de solução no sistema de alimentação; b) Pesou-se a massa de cada coletor; c) Calibrou-se a vazão de alimentação e rotação; d) Operou-se durante minutos; f) Mediu-se a massa de cada coletor no final da experiência. Durante os ensaios, verificou-se claramente que, para algumas condições, o alcance da atomização excedeu o tamanho transversal máximo do suporte de madeira, porém foi possível visualizar o comportamento e os canais preferencias que ocorreram durante o processo. 4. RESULTADOS As figuras de a 5 apresentam os melhores e os piores resultados observados para cada experimento.

5 Water mass collected Vertical axis collector's position position Water Mass collected Vertical axis collector's position Water mass collected Vertical Axis collector's position,5,5,5 Figura Resultados do experimento 6 4 Figura 3 Resultados do experimento 4,5,5,5 Figura 4 Resultados do experimento 7

6 Water mass collected Vertical axis collector's position Figure 5 Resultados do experimento As Figuras e 3 apresentam o melhor e o pior resultado observados pelo uso da água. A Figura mostra que o fluido de atomização apresenta uma melhor distribuição e que a cruz de madeira foi suficiente para concluir o alcance máximo de 9 mm. No entanto, na figura 3, o sistema atual não foi suficiente para se observar claramente o alcance da água atomizada e é possível se observar uma piora na distribuição da atomização. De forma semelhante ao caso supracitado, as figuras 4 e 5 apresentam o comportamento da solução de sacarose atomizado. Em ambos os casos, é possível observar que o sistema é insuficiente para medir o alcance máximo. Porém, é visível na figura 4 também que há uma melhor distribuição do produto se comparado a figura 5, mesmo sendo visível em ambos os casos o fenômeno de caminho preferencial. A observação dos resultados obtidos também permite constatar que, para todos os casos, a região preferencial da atomização foi a mesma. 5. CONCLUSÃO O estudo permitiu concluir que a viscosidade da solução desempenha um papel importante durante a atomização. É visível que a rotação do disco também interfere em uma melhor ou pior distribuição do produto atomizado, permitindo observar com mais clareza e precisão o comportamento e o fator que pode influenciar este processo. Apesar de ser comum apenas um ponto de alimentação nos discos de unidades industriais de secagem por atomização, os resultados indicaram a necessidade de, pelo menos, dobrar o local de ingressão do fluido a ser seco.

7 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [] A.S. Mujundar, Principles, Classifications and Selection of Dryers in: A.S. Mujumdar, Handbook of Industrial Drying, CRC Press, Lodz,, pp [] A.S. Foust, Transferência simultânea de calor e de massa secagem, in: A.S. Foust, L.A. Wenzel, C.W. Clump, L. Maus, L.B. Andersen, Princípios das Operações Unitárias, Editora Guanabara, Rio de Janeiro, 98, pp [3] Masters, K.; Spray Drying in Practice, SprayDryConsult International ApS, Denmark,. [4] A. Gonçalves, C.S. Sieiro, J.S. de Carvalho, J.R. dos Santos, M.T. White, Otimização do processo de fabricação da biomassa de banana verde por spray dryer, Final Paper,, Universidade Santa Cecília, Santos, SP, Brasil. [5] C.R.R. da Silva, C.A. Oliveira, L.M. Florentino, Z.A. dos Santos, Desenvolvimento de uma unidade piloto de secagem por pulverização, Final Paper, 3, Universidade Santa Cecília, Santos, SP, Brasil. [6] R.K. Oi. Secagem da biomassa de banana verde em spray dryer [Relatório]. - Campinas : [s.n.],. [7] R. Perry, D. Green (Eds.) Perry s Chemical Engineers Handbook, McGraw-Hill, New York, 8.