Anais do Conic-Semesp. Volume 1, 2013 - Faculdade Anhanguera de Campinas - Unidade 3. ISSN 2357-8904 TÍTULO: APERFEIÇOAMENTO DE UM EQUIPAMENTO DO TIPO SECADOR DE BANDEJAS CATEGORIA: CONCLUÍDO ÁREA: ENGENHARIAS E TECNOLOGIAS SUBÁREA: ENGENHARIAS INSTITUIÇÃO: UNIVERSIDADE SANTA CECÍLIA AUTOR(ES): BRUNA DE SOUZA PEREZ, LETÍCIA MARREIRO GALVÃO BUENO, LUCAS RAFAEL BUENO DE ARANTES ORIENTADOR(ES): DEOVALDO DE MORAES JUNIOR, LUCAS BERNARDO MONTEIRO COLABORADOR(ES): JORDAN SOUZA HIGA
1. RESUMO O princípio da secagem é a remoção da umidade superficial e interna de um produto, aumentando o tempo de validade do mesmo, por isso é um dos últimos processos a ser empregado na indústria. Durante a secagem, ocorre transferência simultânea de calor e de massa, ou seja, enquanto o calor se transmite da área externa para a interna, a massa de umidade se desloca do interior para a superfície do material, posteriormente tornando-se vapor e sendo transferida para o ar seco. Um exemplo de equipamento deste processo é o secador de bandeja, empregado no presente estudo, tendo por objetivo geral estudar e aperfeiçoar a eficiência energética de um equipamento do tipo secador de bandeja. O presente estudo contemplou a substituição do ventilador e da resistência de um túnel de secagem com o sólido (algodão) na condição estática. Os resultados das curvas de secagem demonstram um aumento de aproximadamente 50% na taxa de secagem, da ordem de 2,0 kg kg para 3,0 no período com água na superfície (taxa constante) h.m² h.m² Palavras-chave: secagem, secador de bandejas, otimização. 1
2. INTRODUÇÃO O princípio da secagem é a remoção da umidade superficial e interna de um produto, aumentando o tempo de validade do mesmo. Por isso é um dos últimos processos empregado na indústria (MCCABE et al, 2005). Durante a secagem, ocorre transferência simultânea de calor e de massa, ou seja, enquanto o calor se transmite da área externa para o interior, a massa de umidade se desloca do interior para a superfície do material, posteriormente tornando-se vapor e sendo transferido para o ar seco (TREYBAL, 1980). Existem quatro condições de secagem: fluidizada, diluída, cinética e estática (TAIRUM et al, 2012).Na condição fluidizada, produtos como extratos, leite, sangue e látex de borracha se comportam de forma que o ar de secagem entra em contato com o produto, o mesmo se expanda, secando o produto (FOUST et al, 1982). Já na condição diluída, as partículas não exercem influencia uma com as outras por estarem dispersas dentro do equipamento. Um exemplo prático seria o spray dryer, contendo um sistema de atomização quando é alimentado por um produto, o disco atomizador forma uma névoa de gotículas a serem secas através de um fluido de ar quente seco. Esse equipamento é amplamente utilizado em indústrias de fabricação de leite em pó, café solúvel, detergente em pó. A condição cinética onde o produto fica em movimento, é utilizada em indústrias que necessitam de secadores rotatórios, como o de cimento, cloro, sais e areia. A condição estática, sendo contrário da cinética, não há movimentação do produto, é empregada para a secagem de produtos pequenos, como cerâmica, madeira, algodão, além de usos na indústria de panificação. Um exemplo de equipamento seria o secador de bandeja, que será empregado no presente estudo (MORAES JÚNIOR, 2013). Este processo em geral apresenta um alto consumo energético (DOMANSKI & LOURENÇO, 2011). Umas das possíveis causas seria um planejamento errôneo do equipamento, o qual pode ocorrer com certa facilidade uma vez que cada material a ser seco apresenta propriedades e parâmetros únicos, assim como cada tipo de equipamento de secagem. Se não pesquisado e projetado adequadamente, a quantidade de energia necessária pode ser superdimensionada, ocasionando um baixo rendimento e um alto custo operacional (CREMASCO, 1998). 3. OBJETIVOS A pesquisateve por objetivo geral estudar e aperfeiçoar a eficiência energética de um equipamento do tipo secador de bandeja. Os objetivos específicos foram: a) substituição de partes do equipamento obsoletas e b) o estudo da eficácia do processo em comparação com os dados obtidos pré-modificação. 2
4. METODOLOGIA Foi utilizado um anemômetro para a leitura da vazão de ar; oito termômetros, sendo quatro para a coleta da temperatura de bulbo seco, e o restante sendo envolto, na parte inferior, de uma gaze umedecida por água destilada para a coleta da temperatura de bulbo úmido; um paquímetro para as medições necessárias e mais precisas; uma balança semi-analítica para a pesagem do produto em processo de secagem; um béquer para coleta da umidade; uma bandeja feita de acrílico com duas faces expostas ao meio secante. Como material a ser seco foi utilizado algodão, uma vez que suas propriedades já são conhecidas e de fácil obtenção em âmbito acadêmico e industrial. O secador de bandeja que foi utilizado (Figura 1) localiza-se no Laboratório de Operações Unitárias, na Universidade Santa Cecília, em Santos, São Paulo. A Figura 2 apresenta um esboço do mesmo. Figura 1: Unidade de bancada que foi realizada a modificações e ensaio. Figura 2 Secador de Bandeja: 1, 2, 3, 4) termômetros de bulbo seco e bulbo úmido; 5) bandeja; 6) resistência; 7) evaporador, desumidificador; 8) coletor de umidade; 9) ventilador. Foram realizadas as trocas por um modelo novo de ventilador visando melhora do uso de energia para alimentar o equipamento com o ar de secagem; da resistência de aquecimento por uma resistência específica para aquecimento de ar, 3
similar às utilizadas em estufas, capaz de aquecer o ar em condição estática sem reduzir a vida útil da mesma. A figura 3 demonstra o equipamento após as substituições das peças. Figura 3 - Unidade após a troca dos componentes Antes da substituição das peças, realizou-se um ensaio de secagem de algodão, de modo a se obter parâmetros operacionais de referência. Utilizou-se 10 g de algodão seco e 10 g de água. Realizadas as modificações, repetiu-se o mesmo ensaio, visando estudar a possível melhora no processo de secagem, utilizando-se da mesma massa de algodão, além da adição de 10 g de água. 5. DESENVOLVIMENTO O processo de secagem consiste na remoção de um líquido retido em um material sólido (FOUST et al, 1982). Para que esta remoção de umidade seja possível, dois mecanismos operam simultaneamente. No primeiro, a transferência de calor onde a energia é fornecida ao sistema de modo que seja suficiente para facilitar a mudança da fase líquida para a gasosa. Para a transferência de massa, é importante que o fluido secante não se encontre saturado de umidade, possibilitando uma diferença de concentração entre o sólido e o meio de secagem, permitindo assim a transferência da massa de água do produto para o ar (FOUST et al, 1982). 4
R (Kg/(h.m²)) R (Kg/(h.m²)) 6. RESULTADOS OBTIDOS As figuras 4 e 5 apresentam as curvas de secagem para, respectivamente, as condições pré e pós modificação. 2,5000 2,0000 1,5000 1,0000 R (Kg/h.m²) - 0,5000 0,0000 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 X (Kg/Kg) Figura 4 - Curva de Secagem do algodão antes das modificações 3,5000 3,0000 2,5000 2,0000 1,5000 1,0000 R (Kg/(h.m²) - 0,5000 0,0000 0,0000 0,0100 0,0200 0,0300 0,0400 0,0500 0,0600 X (Kg/Kg) Figura 5 - Curva de Secagem do algodão após a secagem O maior valor de R calculado do gráfico da Figura 4 foi de 1,75 Kg/(h.m²), antes das modificações, e 2,75 Kg/(h.m²) após as modificações. A umidade superficial foi removida mais rapidamente com o novo sistema. A vazão de ar máxima, que era inicialmente de 2,5 m/s (medido na saída de ar), foi ampliada para 7,4 m/s teve grande influência na secagem, uma vez que 5
mesmo com uma temperatura menor, a maior vazão de fluido secante aumentou a taxa de secagem do produto. 7. CONSIDERAÇÕES FINAIS Com as alterações feitas, observa-se que houve uma melhora significativa na operação pelo aumento da vazão de ar e redução do tempo de secagem, comparando ensaios com quantidades semelhantes de água A unidade experimental tornou-e mais versátil, permitindo estudos da influência de variáveis relevantes como número de faces de secagem, umidade, temperatura e vazão. 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CREMASCO, M. A. Fundamentos da transferência de massa. Campinas: Universidade Estadual de Campinas. 1998. DOMANSKI, E. L. V.; LOURENÇO, S. R.; Eficiência energética nos produtivos na indústria. 2011. FOUST, A. S., WENZEL, L. A., CLUMP, C. W., MAUS, L., ANDERSEN, L. B.; Princípios das operações unitárias. 2. ed. Rio de Janeiro: Traduzida por Horacio Macedo, LTC, 1982. MCCABE, W. L., SMITH, J. C., HARRIOTT, P.; Unit operations of chemical engeneering. 7. ed. New York: McGraw-Hiil, 2005. (Chemical Engineering Series). MORAES JÚNIOR, D. Laboratório de operações unitárias III. 2013, Santos, Edição do autor. TAIRUM, A., ZANPIERI, D., KHATIB, H., DOMINGUES, L., SEVERO, M., BÜTTNER, N., GENNARO, T., SANSONE, V.; Secagem de fosfogesso na condição estática. 2012. Monografia (Graduação em Engenharia Química). Faculdade de Engenharia Química - Unisanta. TREYBAL, R. E. Mass transfer operations. 3 ed. Singapore McGraw-Hill 1980. (Chemical Engineering Series). 6