Algoritmos de Seleção e Dimensionamento de Secadores PDF
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FEAGRI Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP Faculdade de Engenharia Agrícola Departamento de Pré Processamento de Produtos Agropecuários Algoritmos de Seleção e Dimensionamento de Secadores Luís Felipe Toro Alonso Engenheiro de Alimentos Mestre em Tecnologia de Alimentos TESE DE DOUTORADO EM ENGENHARIA AGRÍCOLA Campinas - S.P. 21 de DEZEMBRO de 2001 FEAGRI Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP Faculdade de Engenharia Agrícola Departamento de Pré Processamento de Produtos Agropecuários Algoritmos de Seleção e Dimensionamento de Secadores Luís Felipe Toro Alonso Engenheiro de Alimentos Mestre em Tecnologia de Alimentos Prof. Dr. Kil Jin Park Orientador TESE DE DOUTORADO EM ENGENHARIA AGRÍCOLA Campinas - S.P. 21 de DEZEMBRO de 2001 ALGORITMOS DE SELEÇÃO E DIMENSIONAMENTO DE SECADORES i FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA BIBLIOTECA DA ÁREA DE ENGENHARIA - BAE - UNICAMP Alonso, Luís Felipe Toro AL72a Algoritmos de seleção e dimensionamento de secadores / Luís Felipe Toro Alonso. --Campinas, SP: [s.n.], 2001. Orientador: Kil Jin Park. Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola. 1. Secagem. 2. Algoritmos. 3. Desenho (Engenharia) - dimensionamento. I. Kil, Jin Park. II. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Agrícola. III. Título. Ao rei dos reis consagro, tudo o que sou De gratos louvores transborda o meu coração A minha vida eu entrego, nas tuas mãos meu senhor Pra te exaltar, com todo o meu amor Eu te louvarei, conforme a tua justiça E cantarei louvores pois ,tu és altíssimo Celebrarei a ti, ó Deus, com meu viver Cantarei e contarei as tuas obras Pois por tuas mãos foram criados Terra, céu e mar e todo ser que neles há Toda a terra celebra a ti Com cânticos de júbilo Pois tu és o Deus criador A honra, a glória, a força E o poder, ao rei Jesus E o louvor, ao rei Jesus ALGORITMOS DE SELEÇÃO E DIMENSIONAMENTO DE SECADORES iii AGRADECIMENTOS Agradeço ao Prof. Kil Park, foram anos de orientação em que aprendi um bocado sobre secagem. Ao caríssimo Fernando Brod sempre disposto a ajudar e a partilhar informações. Ao Pr. Pedro Cruz pelas orações e interseções. Aos meus dois verdadeiros irmãos Alexandre Mazzonetto e Fabiano Godoi, meus incentivadores permanentes. Aos meus pais, José Aylton e Nilze, sempre presentes e disponíveis para o que quer que eu necessitasse. Prontos para me apoiar, sempre. À minha esposa, Gabriela, verdadeiro tesouro. Obrigado por todo o estímulo e suporte, e ainda por ter paciência para ler e corrigir o português deste trabalho. Agradeço a Deus por um presente maravilhoso como você, eu te amo muito. Agradeço ao Deus Todo Poderoso que por sua grande misericórdia fez-me vivo por seu Santo Espírito, mediante o sacrifício do Seu Filho, Cristo Jesus. Há sempre muito que agradecer e muitas pessoas a quem agradecer. É quase impossível ter o nome de todos os que apoiaram o auxiliaram a confecção deste trabalho, por isso, se o seu nome não está aí, saiba que lhe sou grato assim mesmo. iv ALGORITMOS DE SELEÇÃO E DIMENSIONAMENTO DE SECADORES NOMENCLATURA ϑ Função implícita - Ψ Função implícita - α Constante característica de forma (placa, cilindro, esfera) adimensional β Dimensão característica de forma (placa, cilindro, esfera) m ε Porosidade do leito adimensional ε Porosidade do leito expandido adimensional b ε Porosidade na mínima fluidização adimensional mf φ Esfericidade do material adimensional γ Inclinação do secador m/m η Número de camadas no modelo de BET adimensional ϕ Fração do leito adimensional κ Constante na equação de GAB adimensional λ Calor latente de vaporização kJ/kg ν Viscosidade cinemática do gás m2/s g θ Tempo h θ Tempo de secagem em período constante h c θ Tempo de secagem em um secador rotativo direto h d θ Tempo de secagem em período decrescente h f θ Tempo de secagem condutiva h m θ Tempo de secagem em um secador paralelo h p θ Tempo de secagem em um secador rotativo direto h rd ρ Densidade real do material kg/m3 ρ Densidade aparente do material kg/m3 b ρ Densidade real do gás kg/m3 g ω Rotação do secador rpm ξ Função implícita - ψ Função implícita - ζ Função implícita - A Área m2 A' Área de referência para secador em leito de ar cruzado m2 A Área do leito de secagem m2 λ a Constantes da equação convectiva – 1,2,3,... A Área de secagem para o período constante m2 c A Área de secagem no secador rotativo direto m2 d A Área de secagem para o período decrescente m2 f A Área de contato com a fonte de aquecimento (condução) m2 h A Área de secagem no secador paralelo m2 p Ar Número de Arquimedes adimensional ALGORITMOS DE SELEÇÃO E DIMENSIONAMENTO DE SECADORES v A Área Total m2 t Aw Atividade de água adimensional Bu Umidade do material em base úmida % C Constante das equações de Langmuir, BET e GAB adimensional c Constantes da equação de custo – 1,2,3,... c Calor específico do gás seco kJ/kg oC g c Calor específico do gás kJ/kg oC p c Calor específico do material seco kJ/kg oC s c Calor específico do vapor d’água kJ/kg oC v c Calor específico da água kJ/kg oC w D Diâmetro da bolha m b D Difusividade efetiva m2/s ef D Difusividade de massa do gás kg /h m g mol d Diâmetro médio da partícula m p D Diâmetro do secador m s E Tempo de residência h e Constante do modelo exponencial – 1,2,3,... E Capacidade de secagem (taxa de evaporação) kg /h v w f Qualquer função genérica – 1,2,3,... G Fluxo de gás kg /s ar seco G Fluxo de gás no leito fixo kg/s d h Altura do leito de secagem m Coeficiente convectivo de transferência de massa h* kg /kg m2 s m corrigido para a área de referência A' em base seca w ms H Entalpia do gás na temperatura ambinete W/kg a h Coeficiente convectivo de transferência de calor W/m2 oC c H Entalpia do gás na temperatura ‘Tg’ W/kg g h Coeficiente convectivo de transferência de massa kg /m2 s m w Coeficiente convectivo de transferência de massa h' kg /m2 s m corrigido para a área de referência A' w h Coeficiente convectivo de radiação de calor W/m2 oC r i Contador adimensional Coeficiente convectivo de transferência de massa na K m/s b camada limite da bolha k Condutividade térmica do material W/m K c k Condutividade térmica do gás W/m K g K Coeficiente convectivo de transferência de massa m/s m L Comprimento do secador m l Constantes de ajuste de curva – 1,2,3,... M Fluxo de material kg /s ms m Constantes de ajuste de curva – 1,2 M Carga de material para processo em batelada kg b ms M Carga de material na câmara de secagem kg c vi ALGORITMOS DE SELEÇÃO E DIMENSIONAMENTO DE SECADORES m Massa molecular do gás kg /kg g mol m Massa seca do material kg s ms m Massa total = mw + ms kg t m Massa de água kg w w n Fluxo de massa kg /s w N Fluxo de massa kg /m2 s w n Constantes da equação Nusselt – 1,2,3 N Taxa constante de secagem kg /m2 s c w Taxa constante de secagem corrigido para a área de N' kg /m2 s c referência A' w n Taxa decrescente de secagem kg /s f w N Taxa decrescente de secagem kg /m2 s f w N Taxa de secagem condutiva kg /m2 s m w Nu Número de Nusselt adimensional p Constante do modelo de PAGE – 1,2,3,... P Pressão no ambiente Pa a Pr Número de Prandtl adimensional P Pressão de saturação Pa s Q Fluxo de calor W 3 atm⋅m R Constante universal dos gases g ⋅K mol Re Número de Reynolds adimensional [ ( )] r Razão psicrométrica h h ⋅c adimensional p c m s S Superfície Exposta do material m2/m3 S Seção de secagem “genérica” m2 g S Superfície da partícula m2 p S Seção paralela ao fluxo de gás m2 s S Seção transversal ao fluxo de gás m2 t T Temperatura no ambiente oC ∞ ∆T Diferencial de temperatura oC ∆T Média logarítmica do diferencial de temperatura oC ml t Constantes das equações de isotermas – 1,2,3,... T Temperatura ambiente oC a T Temperatura do bulbo úmido no ambiente oC bu T Temperatura do gás oC g T f Temperatura final do gás oC g T o Temperatura inicial do gás oC g T Temperatura de contato com a fonte de aquecimento oC h T Temperatura da partícula oC p T Temperatura da fonte irradiante de calor oC r T* Temperatura absoluta da fonte irradiante de calor K r Ts Temperatura superficial do material oC ALGORITMOS DE SELEÇÃO E DIMENSIONAMENTO DE SECADORES vii T * Temperatura absoluta superficial do material K s T f Temperatura final do material oC s T o Temperatura inicial do material oC s u Função da forma do material s/m U Coeficiente global de transferência de calor W/m oC u Constantes das equações psicrométricas – 1,2,3,... UR Umidade relativa % UR Umidade relativa do ambiente % a V Volume do leito de secagem m3 λ V Velocidade de arraste m/s a V Volume da câmara de secagem m3 c V Volume específico m3/kg e V Velocidade do gás m/s g V Velocidade mínima de fluidização m/s m V Velocidade ótima m/s o V Velocidade da partícula m/s p V Velocidade do sólido m/s s V Vazão de gás m3/s z W Massa de água kg X Umidade do material em base seca kg /kg w ms X Umidade média do material em base seca kgw/kgms X Conteúdo de umidade crítico kg /kg c w ms Conteúdo de umidade do material no período decrescente X kg /kg d Xd = Xc → Xf w ms X Conteúdo de umidade no equilíbrio kg /kg e w ms X Conteúdo de umidade final do material kg /kg f w ms X Conteúdo de umidade na monocamada kg /kg m w ms X Conteúdo de umidade inicial do material kg /kg o w ms Y Umidade absoluta do gás kg /kg w ar seco Média logarítmica do diferencial da umidade ∆Y kg /kg ml absoluta do gás w ar seco y Função da forma do secador adimensional Y Umidade absoluta do gás no ambiente kg /kg a w ar seco Umidade absoluta do gás na saturação à temperatura de sat Y kg /kg bu bulbo úmido T w ar seco bu Y Umidade absoluta do gás intersticial do leito fixo kg /kg d w gar seco Y Umidade absoluta final do gás kg /kg f w ar seco Y Umidade absoluta do gás kg /kg g w ar seco Y Umidade absoluta inicial do gás kg /kg o w ar seco Y Umidade absoluta na superfície da partícula kg /kg p w ar seco Z Adimensional de umidade adimensional viii ALGORITMOS DE SELEÇÃO E DIMENSIONAMENTO DE SECADORES
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