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https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/17788
Tipo de Documento: | Dissertação |
Título: | Desenvolvimento de um secador tipo esteira circular assistido por aquecimento infravermelho para a secagem de bagaço de cana-de-açúcar |
Autor(es): | Santos Júnior, José Aguiar dos |
Data do documento: | 28-Jul-2017 |
Orientador: | Prado, Manoel Marcelo do |
Coorientador: | Riffel, Douglas Bressan |
Resumo: | Tendo em vista oferecer uma tecnologia alternativa e eficiente para a secagem de biomassa, desenvolveu-se nesse trabalho um secador tipo esteira assistido por uma fonte alternativa de energia eletromagnética na região do infravermelho (IV). A etapa inicial do projeto consistiu na identificação das necessidades e na análise de possíveis configurações. Após a seleção da melhor configuração foi realizado o detalhamento do projeto, através do dimensionamento mecânico, elétrico e da instrumentação necessária. Em seguida, ocorreram a construção, montagem e operação do protótipo. Para avaliar o desempenho do secador tipo esteira foi realizado um estudo experimental sobre a secagem do bagaço de cana-de-açúcar, diante da importância do processo de remoção de umidade para o aumento do potencial energético dessa biomassa. O bagaço da cana-de-açúcar, resíduo final da retirada do caldo da cana-de-açúcar (Saccharum Officinarum), é uma das matérias primas de biomassa mais utilizadas no Brasil para a geração de energia. Foi realizada a preparação e caracterização física do bagaço de cana, com teor de umidade inicial de 64,9 ± 0,5% em b.u.. A secagem foi realizada em camada fina, com temperaturas da fonte IV de 300, 400 e 500°C, e velocidades de esteira de 2,0, 3,5 e 5,0 rpm. Experimentos foram também conduzidos com a esteira parada. Durante o processo de secagem foram avaliadas alterações do teor de umidade e da temperatura do bagaço ao longo do tempo, a fim de estudar o comportamento cinético do processo, bem como foi medido o seu consumo energético. Para a velocidade de esteira de 2,0 rpm, o tempo necessário para o bagaço de cana atingir a umidade de aproximadamente 0,05 em base seca (b.s.), foi de 274, 154, 90 min para as temperaturas de 300, 400 e 500°C , respectivamente. Para as velocidades de 3,5 e 5,0 rpm, não houveram diferenças significativas nos tempos obtidos. Com a esteira parada verificou-se que os tempos requeridos para alcançar a umidade de 0,05 b.s. foi de aproximadamente 116, 60 e 44 min, para as temperaturas de 300, 400 e 500°C, respectivamente. Os valores de difusividade de umidade efetiva obtidos variaram de 3,959x10-11 a 4,012x10-10 m 2 /s. Cinco equações semiempíricas existentes na literatura foram avaliadas para descrever a cinética de secagem em camada fina do bagaço de cana. O modelo que apresentou a melhor qualidade de ajuste dos dados experimentais foi o de Midilli. Os valores de R2 , χ2 e RMSE variaram entre 0,996 e 0,998, 1,168E-4 e 3,040E-4 e 0,00854 e 0,00245, respectivamente. A partir da análise de variância (ANOVA) e do diagrama de Pareto com nível de significância de 5%, constatou-se que o único efeito significativo foi o termo linear da temperatura. O consumo de energia específica variou entre 0,062 e 0,147 kWh/g de água, na faixa operacional investigada. A máxima eficiência encontrada para esteira em movimento foi de 35,9%, na temperatura da fonte IV de 500°C e velocidade de esteira de 2,0 rpm. Pelos resultados encontrados, o secador projetado mostrouse promissor para a secagem do bagaço de cana-de-açúcar. |
Abstract: | Aiming to offer an alternative and efficient technology for drying biomass, an infrared IR) heating assisted-conveyor belt dryer was developed in this work. The initial stage of the project consisted in the identification of needs and analysis of possible configurations. After selecting the best setting, the project was detailed, through the mechanical e electrical dimensioning as well as of the suitable instrumentation for drying applications. Then, construction, assembly and operation of the prototype were carefully carried out. To evaluate the performance of the conveyor belt dryer an experimental study on the drying of sugarcane bagasse was conducted, since the process of moisture removal is essential to increase the energy potential of the aforementioned biomass. The bagasse of sugarcane (Saccharum Officinarum), final residue of sugarcane juice withdrawal, is one of the most used biomass raw materials in Brazil to produce energy. Samples of sugarcane bagasse with initial moisture content of 64,9 ± 0,5% w.t. were prepared and physically characterized. The thin-layer drying was conducted at IV source temperatures of 300, 400 e 500°C and conveyor belt speeds of 2,0, 3,5 e 5,0 rpm. Drying testes were also performed with the conveyor belt under static condition. During the drying process changes in the moisture content and temperature of the bagasse over time were evaluated, in order to study the kinetic behavior of the process. Its energy consumption was also measured. For a belt velocity of 2,0 rpm the time required for the sugarcane bagasse to reach a moisture content of, approximately, 0,05 at dry basis (d.b.),was 274, 154, and 90 min at temperatures of 300, 400 and 500°C, respectively. For the velocities of 3,5 and 5,0 rpm there were no significant differences in the obtained times. With the stationary belt it was found that the time required to reach a moisture content o 0.05 d.b. was approximately 116, 60 and 44 min, at temperatures of 300, 400 and 500°C, respectively. The values obtained for the effective moisture diffusivity ranged from 3,959x10- 11 to 4,012x10-10 m 2 /s. Five semiempirical equations were evaluated to represent the thin layer drying. The Midilli model was found to be the most suitable for describing the IR drying kinetics of sugarcane bagasse, presenting the best goodness-of-fit. From the analysis of variance (ANOVA) and the Pareto diagram with significance level of 5%, it was found that the only significant effect was the linear temperature term. The specific energy consumption ranged from 0,062 to 0,147 kWh/g of water. The highest efficiency for the moving belt was 35,93%, at the IV source temperature of 500°C and the conveyor belt speed of 2,0 rpm. Based on the results, the designed dryer was shown to be promising for the drying of sugarcane bagasse. |
Palavras-chave: | Secador tipo esteira Aquecimento infravermelho Biomassa Conveyor belt dryer Infrared heating Biomass |
área CNPQ: | ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA |
Idioma: | por |
Sigla da Instituição: | Universidade Federal de Sergipe (UFS) |
Programa de Pós-graduação: | Pós-Graduação em Engenharia Química |
Citação: | SANTOS JÚNIOR, José Aguiar dos. Desenvolvimento de um secador tipo esteira circular assistido por aquecimento infravermelho para a secagem de bagaço de cana-de-açúcar. 2017. 104 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2017. |
URI: | https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/17788 |
Aparece nas coleções: | Mestrado em Engenharia Química |
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