Modelagem, simulação e experimentação da secagem contínua e intermitente de sólidos elipsoidais. Estudo de caso: secagem de grãos de arroz em casca.

Autor: FRANCO, Célia Maria Rufino.
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2016
Předmět:
Zdroj: Biblioteca de Teses e Dissertações da UFCGUniversidade Federal de Campina GrandeUFCG.
Druh dokumentu: Doctoral Thesis
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CNPq
Difusão de calor e massa são encontrados em vários processos de interesse tecnológico, incluindo a secagem de produtos agrícolas. Dentre as técnicas de secagem existentes, a intermitente destaca-se por reduzir o consumo de energia durante o processo e melhorar a qualidade final do produto. Neste trabalho, foram desenvolvidos modelos matemáticos para predizer a difusão de calor e massa durante a secagem contínua e intermitente de sólidos elipsoidais. A solução analítica da equação de difusão bidimensiona l, em coordenadas cilíndricas, foi obtida via método integral baseado em Galerkin (método GBI) considerando-se o coeficiente de difusão constante e condições de contorno de equilíbrio e convectiva na superfície do sólido. O período de têmpera foi incluído na modelagem matemática e as distribuições de umidade e temperatura foram simuladas neste período. Como aplicação, a metodologia foi usada para descrever secagem de grãos de arroz em casca. Experimentos de secagem contínua e intermitente de grãos de arroz em casca BRSMG Conai foram realizados em diversas condições experimentais de temperatura (40, 50, 60 e 70ºC), número de pausas (1, 2 e 3) e tempo de têmpera (30, 60, 120, 180 e 240 min). As cinéticas de secagem intermitente de grãos de arroz em casca foram apresentadas fazendo comparação com a secagem contínua para análise da taxa e tempo de secagem. Testes de simulação de secagem contínua e intermitente de sólidos elipsoidais prolatos, variando a razão de aspecto e o número de Biot, são apresentados e discutidos. Resultados teóricos do teor de umidade de grãos de arroz em casca foram comparados aos resultados experimentais, permitindo a determinação do coeficiente de difusão de massa e do coeficiente de transferência de massa convectivo. Um bom ajuste foi observado entre os resultados preditos e experimentais. Verificou-se que o tempo de têmpera e o número de Biot têm influência na cinética de secagem. Também se observou aumento da difusividade de massa no período pós-têmpera, o que pode justificar a redução do tempo de operação efetiva.
Heat and mass diffusion are found in many processes of technological interest, including drying of agricultural products. Among the existing drying techniques, intermittent drying is notable for reducing the energy consumption during the process and improve final product quality. In the present work, are developed mathematical models to predict heat and mass diffusion during the continuous and intermittent drying of ellipsoidal solids. The analytical solution of the twodimensional diffusion equation written in cylindrical coordinates is obtained via Galerkin -based integral method considering constant diffusi on coeficient and, equilibrium and convective boundary conditions at the surface of the solid. The tempering period is included in the mathematical modeling and moisture and temperature distributions are simulated in this period. The methodology was applied to describe rough rice drying. Continuous and intermittent drying experiments of rough rice grains (BRSMG Conai variety) were performed in different experimental conditions of temperature (40, 50, 60 and 70ºC), number of pauses (1, 2 and 3) and tempering time (30, 60, 120, 180 and 240 min). The intermittent drying kinetics of rough rice grains are presented and compared with the continuous drying for analysis of the drying rate and time. Continuous and intermittent drying simulation of prolate ellipsoid solids, for different aspect ratio and Biot number are presented and discussed. Theoretical results of the moisture content of rough rice grains are compared to experimental results, in order, to estimate both mass diffusion coefficient and convective mass transfer coefficient. A good agreement was observed between the predicted and experimental results. It has been found that the tempering time and Biot number have influence on drying kinetics. It was also observed an increase in the mass diffusivity in the after tempering period, which may justify the reduction of the effective operation time.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
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