Estudo da transferência de calor e de massa em um leito fixo espesso de grãos de sorgo com reversão de sentido do escoamento de ar

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Barbosa, Luan da Silva
Orientador(a): Freire, Fábio Bentes lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/16387
Resumo: Drying is one of the highest cost unit operations in the chemical industry, with complex momentum, heat and mass transfer mechanisms. The main objective of this work was to develop a systematic study on thick layer drying, focusing on specific and particular aspects of the sorghum grain, in addition to improving the instrumentation and operation of the data acquisition unit. Sorghum grains were pre-humidified before being placed into the fixed bed. Temperature and moisture measurements were taken over time for different axial positions during drying with and without reversal of the air flow direction at operating temperatures of 50 and 60°C and air velocity of 2,1 m∙s-1. The reversal started at the initial time of 10 min with a change in the air flow direction every 30 min. Reverse drying effectively decreased temperature and moisture gradients along the axial positions compared to conventional drying with upward airflow. Both thermal and mass experiments demonstrated that the drying of sorghum is controlled entirely by diffusion, being a slower process than the drying of inorganic materials. Previous thin layer essays at 40, 50 and 60°C and air velocity of 2,1 m∙s-1 showed that drying had the two phases of decreasing rates usual in diffusion-controlled processes. In fact, both heat and mass transfer measurements showed that the drying of sorghum was entirely diffusion controlled, being a slower process than the drying of inorganic materials. The kinetic models that best fit the thin layer drying data at the three temperatures were the Page and Overhults models, with R² of 0.999. A comparison was made between the drying, in a fixed bed and thick layer, of sorghum with that of alumina and barley. The similarity of the moisture and temperature profiles between sorghum and barley was observed, as they are both organic materials, as well as greater gradients remain at the end of barley drying due to its irregular shape, 4 times larger size and lower thermal conductivity when compared to drying sorghum. Comparing the drying of sorghum with the drying of alumina, it was possible to verify the difficulty that this material presents in order to represent a grain well, because, despite not shrinking (an ideal characteristic), it undergoes the re-wetting process when the reversion of air flow is applied, since half of the drying time is controlled by the convective mechanism.
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The main objective of this work was to develop a systematic study on thick layer drying, focusing on specific and particular aspects of the sorghum grain, in addition to improving the instrumentation and operation of the data acquisition unit. Sorghum grains were pre-humidified before being placed into the fixed bed. Temperature and moisture measurements were taken over time for different axial positions during drying with and without reversal of the air flow direction at operating temperatures of 50 and 60°C and air velocity of 2,1 m∙s-1. The reversal started at the initial time of 10 min with a change in the air flow direction every 30 min. Reverse drying effectively decreased temperature and moisture gradients along the axial positions compared to conventional drying with upward airflow. Both thermal and mass experiments demonstrated that the drying of sorghum is controlled entirely by diffusion, being a slower process than the drying of inorganic materials. Previous thin layer essays at 40, 50 and 60°C and air velocity of 2,1 m∙s-1 showed that drying had the two phases of decreasing rates usual in diffusion-controlled processes. In fact, both heat and mass transfer measurements showed that the drying of sorghum was entirely diffusion controlled, being a slower process than the drying of inorganic materials. The kinetic models that best fit the thin layer drying data at the three temperatures were the Page and Overhults models, with R² of 0.999. A comparison was made between the drying, in a fixed bed and thick layer, of sorghum with that of alumina and barley. The similarity of the moisture and temperature profiles between sorghum and barley was observed, as they are both organic materials, as well as greater gradients remain at the end of barley drying due to its irregular shape, 4 times larger size and lower thermal conductivity when compared to drying sorghum. Comparing the drying of sorghum with the drying of alumina, it was possible to verify the difficulty that this material presents in order to represent a grain well, because, despite not shrinking (an ideal characteristic), it undergoes the re-wetting process when the reversion of air flow is applied, since half of the drying time is controlled by the convective mechanism.A secagem é uma das operações unitárias de custo mais elevado dentro da indústria, envolvendo complexos mecanismos de transferência de quantidade de movimento, de calor e de massa. O objetivo principal deste trabalho foi desenvolver um estudo sistemático da secagem em camada espessa, focando em aspectos específicos e particulares do sorgo granífero, além de promover uma melhoria instrumental e operacional do sistema de aquisição de dados do módulo experimental. Grãos de sorgo umidificados foram utilizados para compor o meio poroso do leito fixo. Foram feitas as medições de temperaturas e umidades ao longo do tempo para diferentes posições axiais no processo de secagem com e sem reversão do sentido do escoamento do ar a temperaturas de operação de 50 e 60°C e velocidade do ar de 2,1 m∙s-1. A parametrização da reversão foi estabelecida para tempo inicial de aplicação da reversão em 10 minutos com intervalos de duração de 30 minutos. A secagem com aplicação da reversão reduziu os gradientes de temperatura e de umidade ao longo das posições axiais do leito quando comparada com a secagem convencional com escoamento de ar ascendente. Tanto os experimentos térmicos, como os experimentos de transferência de massa, demonstraram que a secagem do sorgo é controlada inteiramente pela difusão, sendo um processo mais lento do que a secagem de materiais inorgânicos. Os experimentos em camada fina no leito com ar aquecido a 40, 50 e 60°C e velocidade de 2,1 m∙s-1 até atingir o equilíbrio dinâmico demonstraram as duas fases de taxa decrescente típicas de secagem controlada pela difusão. Os modelos cinéticos que melhor se ajustaram aos dados de secagem em camada fina nas três temperaturas foram o de Page e de Overhults, com R² de 0,999. Foi realizada a comparação da secagem, em leito fixo e camada espessa, de sorgo com a de alumina e de cevada. Constatou-se a semelhança dos perfis de umidade e de temperatura entre o sorgo e a cevada, por serem ambos materiais orgânicos, como também se verificou que permanecem gradientes maiores ao final da secagem de cevada devido ao seu formato irregular, tamanho 4 vezes maior e menor condutividade térmica quando comparada à secagem de sorgo. Na comparação da secagem de sorgo com a secagem de alumina, pôde-se constatar a dificuldade que este material apresenta para poder representar bem um grão, pois, apesar de não encolher (uma característica ideal), sofre o processo de reumidificação quando aplicada a reversão do escoamento de ar, uma vez que metade do tempo de secagem é controlado pelo mecanismo convectivo.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)CNPq: 132725/2020-7porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessSecagemLeito fixoReversãoSorgoMecanismo difusivoMecanismo convectivoDryingFixed bedReversalSorghumDiffusive mechanismConvective mechanismENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICAEstudo da transferência de calor e de massa em um leito fixo espesso de grãos de sorgo com reversão de sentido do escoamento de arStudy of heat and mass transfer in a thick fixed bed of sorghum grains with reversal of the air flow directioninfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis60060075eb7fb7-f6af-4677-87b5-84d87dca76acreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/fb9751c3-650d-4fdc-bab6-ac0ff3d37e14/downloade39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD54falseAnonymousREADORIGINALDissertação - Luan da Silva Barbosa.pdfDissertação - Luan da Silva Barbosa.pdfDissertação - Luan Barbosaapplication/pdf2908717https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/4781583d-4ad5-4e6e-bbbd-7e904ab477a7/download9ff7c758147ae75bc797e26f7c25815eMD51trueAnonymousREAD7 Carta Comprovante_Versao Final_MS.pdf7 Carta Comprovante_Versao Final_MS.pdfCarta comprovante - versão finalapplication/pdf113533https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/4f332ec0-be06-4868-9d70-e905a7b1e6ad/download9df3fba923e101b6a48e41623b633932MD53falseTEXTDissertação - Luan da Silva Barbosa.pdf.txtDissertação - Luan da Silva Barbosa.pdf.txtExtracted texttext/plain163120https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/3dbd2a44-45f1-4d5f-891b-cc273fe4bb5a/downloadc9a3863d4bf2197bd56e2ce20eaf10d3MD59falseAnonymousREAD7 Carta Comprovante_Versao Final_MS.pdf.txt7 Carta Comprovante_Versao Final_MS.pdf.txtExtracted texttext/plain1437https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/637d5a85-0e89-4623-b419-8490d0382687/downloadb5164a314b514d438ad076b138ef7fd9MD511falseTHUMBNAILDissertação - Luan da Silva Barbosa.pdf.jpgDissertação - Luan da Silva Barbosa.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6432https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/a628ee8a-9f2e-40e3-ba4a-c6457ae4f4da/downloadc4c14c093d21c5afcb310d1cdd5c243eMD510falseAnonymousREAD7 Carta Comprovante_Versao Final_MS.pdf.jpg7 Carta Comprovante_Versao Final_MS.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg8719https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/3ca52def-5bc9-417b-a8b9-cbaa7fc200f2/download66a477ae12473c089ba4485af786dde5MD512false20.500.14289/163872025-02-05 21:36:57.126http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/16387https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T00:36:57Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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