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
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
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) 7,9 4 3 3 Água 4 7 5,98 4 6 3 7 7 8,9 4 9 3 4% sacarose 7,98 4 3 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.
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.
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
Water mass collected Vertical axis collector's position 5 4 3 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.
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [] A.S. Mujundar, Principles, Classifications and Selection of Dryers in: A.S. Mujumdar, Handbook of Industrial Drying, CRC Press, Lodz,, pp. 4-3. [] 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. 4-434. [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.