Trabalhos sobre Leito Deslizante

Diversos trabalhos sobre a secagem em leito deslizante s˜ao encontrados na litera- tura. Estes tratam de diversas configura¸c˜oes do escoamento entre o s´olido e o fluido; estudam o efeito da secagem sobre a qualidade das sementes; tratam da modelagem; das hip´oteses simplificadoras do modelo; da solu¸c˜ao do sistema de equa¸c˜oes, conforme descrito nas se¸c˜oes anteriores (NELLIST; HUGHES, 1973; BROOKER et al., 1974; SAR- TORI, 1986; MANCINI, 1991; GINER; BRUCE, 1993; CALADO, 1993; BARROZO, 1995;

Biscaia Jr.; VIEIRA, 2000; VIEIRA; Biscaia Jr., 2001; MANCINI et al., 2002; SRIVASTAVA; JOHN, 2002;IGUAZ et al., 2003;LACERDA et al., 2005;SOUZA et al., 2005). Alguns destes trabalhos s˜ao apresentados a seguir, de forma a direcionar aos motivos que levaram `a elabora¸c˜ao desta tese.

De acordo com a configura¸c˜ao do escoamento entre o s´olido e o fluido como concor- rente, contracorrente, cruzado ou misto, verifica-se que na secagem com escoamentos concorrentes, o fluido e os s´olidos escoam em dire¸c˜oes paralelas e no mesmo sentido. Esta configura¸c˜ao apresenta maior aproveitamento do calor transferido pelo g´as, re- sultando em um produto com temperatura relativamente baixa que, com o aumento do tempo de residˆencia dos s´olidos, aproxima-se do valor de equil´ıbrio termodinˆamico. Por´em, nesta configura¸c˜ao se verificam as menores taxas de transferˆencia de umidade (VALEN¸cA; MASSARANI, 1996).

Na secagem com escoamentos contracorrentes, as fases s´olida e fluida, apresentam escoamentos paralelos, por´em em sentidos opostos. Nesta configura¸c˜ao, o produto sai do secador com temperatura alta, pr´oxima da temperatura de entrada do fluido. Entretanto, ´e a configura¸c˜ao em que se verificam as maiores taxas de redu¸c˜ao no teor de umidade dos s´olidos (VALEN¸cA; MASSARANI, 1996).

No leito deslizante com escoamentos cruzados, a dire¸c˜ao de escoamentos dos s´o- lidos ´e perpendicular `a dire¸c˜ao do escoamento do fluido. Este tipo de configura¸c˜ao causa uma maior secagem e um maior aumento de temperatura nos s´olidos com os quais entra em contato primeiro, resultando em uma supersecagem de um lado e uma subsecagem de outro. Neste caso, o processo de secagem pode apresentar uma dife- ren¸ca significativa de conte´udo de ´agua de um s´olido para outro ao final da secagem (LIRA, 2005). Segundo Barrozo (1995), esta configura¸c˜ao apresenta como vantagem operacional uma menor diferen¸ca de press˜ao imposta ao escoamento do ar, permitindo o uso de sopradores de menor potˆencia. Desta forma, as configura¸c˜oes com escoamen- tos concorrentes e contracorrentes apresentam algumas vantagens sobre a configura¸c˜ao de escoamentos cruzados, tais como: a obten¸c˜ao de um produto mais homogˆeneo e um menor consumo de energia (MURATA; BARROZO, 1996).

Murata e Barrozo (1996) desenvolveram um estudo de simula¸c˜ao em leito des- lizante com escoamentos concorrentes e contracorrentes. O modelo a duas fases foi utilizado para representar a transferˆencia simultˆanea de calor e massa entre o ar e sementes de soja. A resolu¸c˜ao num´erica do modelo foi obtida atrav´es do c´odigo com- putacional DASSL de Petzold et al. (1989). Os perfis simulados de temperatura do ar

18 2.3. Modelagem da Transferˆencia de Massa e Energia e das sementes permitiram verificar que a troca t´ermica ocorre predominantemente na regi˜ao mais pr´oxima da entrada.

O trabalho de Celestino (1998) apresentou os perfis simulados de temperatura do ar e dos s´olidos e umidade dos s´olidos a partir da solu¸c˜ao do modelo a duas fases conforme apresentado anteriormente nesta tese. Estes perfis apresentaram a mesma tendˆencia dos dados experimentais. Foi realizado um estudo fluidodinˆamico deste leito, que mostrou que o perfil de velocidade dos s´olidos tem um t´ıpico comportamento empistonado, por´em, apenas o perfil da velocidade do ar com o leito vazio foi realizado, pois, devido `a configura¸c˜ao concorrente do equipamento, n˜ao foi poss´ıvel verificar a distribui¸c˜ao de velocidade do ar durante o escoamento dos s´olidos.

Nos trabalhos de Felipe (1999), Felipe e Barrozo (2003) e Barrozo et al. (2006) foi estudada a influˆencia das principais vari´aveis do processo de secagem em leito des- lizante concorrente, contracorrente e cruzado, na qualidade das sementes de soja. A qualidade das sementes foi analisada em termos dos ´ındices de germina¸c˜ao, vigor e sementes sem fissuras. Os melhores ´ındices de qualidade para o escoamento concor- rente foram obtidos com altos valores de umidade relativa do ar e baixos valores de temperatura e velocidade do ar e vaz˜ao dos s´olidos.

Souza (2001) realizou um estudo fluidodinˆamico em leito deslizante contracor- rente, o que permitiu verificar que o perfil de velocidade do ar pode ser considerado plano apenas quando a c´elula de secagem encontra-se vazia. Para a situa¸c˜ao em que as sementes de soja escoam atrav´es da c´elula, as regi˜oes pr´oximas `a parede apresen- taram velocidades maiores. Verificou-se que este efeito ´e minimizado, ou seja, o perfil torna-se mais plano, `a medida que a velocidade do ar ´e elevada. Foi avaliado tamb´em o efeito da velocidade do ar sobre as vari´aveis de secagem atrav´es de simula¸c˜oes do processo. As simula¸c˜oes foram realizadas utilizando os valores das velocidades do ar no centro e pr´oximo `a parede do leito, permitindo identificar diferen¸cas significativas entre os valores finais de umidade dos s´olidos, o que representa a possibilidade do comprometimento da homogeneidade do produto.

O trabalho de Lacerda (2002) apresentou as vari´aveis operacionais que influenciam na qualidade das sementes de soja submetidas a secagem em leito deslizante com escoamento contracorrente. Foi verificado que os melhores ´ındices de qualidade foram atingidos com menores temperatura e velocidade do ar, e maiores umidades relativas do ar, resultando em menores ´ındices de remo¸c˜ao de umidade.

O trabalho de Lira (2005) teve como objetivo estudar a transferˆencia de calor e massa entre o ar e sementes de soja em leito deslizante e escoamentos concorrentes. A partir do modelo a duas fases, foi verificada a validade das considera¸c˜oes de perfil plano de velocidade do ar e parˆametros f´ısico-qu´ımicos constantes ao longo do leito. A autora validou atrav´es de dados experimentais, diversos modelos de distribui¸c˜ao de porosidade e de velocidade do ar e an´alises de sensibilidade param´etrica tamb´em foram realizadas para as propriedades f´ısico-qu´ımicas. O modelo apresentou maior sensibi- lidade absoluta `a perturba¸c˜ao do parˆametro calor espec´ıfico do ar seco, significando

2.3. Modelagem da Transferˆencia de Massa e Energia 19 que pequenas varia¸c˜oes no valor deste parˆametro tem forte influˆencia nos resultados obtidos pelo modelo.

Valen¸ca e Massarani (1996) realizaram a simula¸c˜ao da secagem de milho em leito deslizante com fluxos contracorrentes abrangendo o regime transiente. O modelo a duas fases foi adotado pelos autores, tendo como base equa¸c˜oes gerais de balan¸co em meios porosos sob secagem convectiva. A resolu¸c˜ao do modelo foi obtida pela combina¸c˜ao do m´etodo das caracter´ısticas com o de Runge-Kutta de 4a _ordem.

Alguns autores apresentam trabalhos sobre a altera¸c˜ao dos escoamentos, como uma combina¸c˜ao entre os escoamentos concorrentes e contracorrentes, aqui denomi- nados como escoamentos mistos (VALEN¸cA, 1999; Valen¸ca; MASSARANI, 2000; BRUCE, 1984;MILLER; WHITFIELD, 1984). Destes podemos citar os trabalhos de Valen¸ca (1999)

e Valen¸ca e Massarani (2000), nos quais os autores analisaram e compararam o de- sempenho de secadores de leito deslizante com fluxos concorrentes e contracorrentes, modelando e simulando a secagem para cada uma das configura¸c˜oes e combina¸c˜oes delas. Os autores utilizaram o modelo a duas fases, sendo as equa¸c˜oes para cin´etica de secagem e para o coeficiente de transferˆencia de calor obtidas por Mancini (1991) e Sartori (1986), respectivamente. Com o estudo, as seguintes conclus˜oes foram obtidas: • Para o processo em fluxos concorrentes, foi observado um melhor aproveitamento do calor transferido pelo g´as, mas as menores taxas de transferˆencia de umidade. • Para a configura¸c˜ao contracorrente, embora a temperatura de sa´ıda do s´olido tenha sido elevada, pr´oxima `a temperatura de entrada do g´as, verificaram-se as maiores taxas de redu¸c˜ao no teor de umidade.

• O est´agio de fluxos concorrentes seguido de fluxos contracorrentes resultou em um produto com temperatura alta e baixa redu¸c˜ao no teor de umidade do s´olido, sendo a configura¸c˜ao menos recomend´avel dentre as analisadas.

• O est´agio de fluxos contracorrentes seguido de fluxos concorrentes, promoveu grande redu¸c˜ao no teor de umidade do s´olido, e as temperaturas finais do s´olido foram menores que a temperatura inicial do g´as.

Coutois et al. (1993) propuseram um projeto espec´ıfico de secadores de fluxo misto, utilizados na Fran¸ca, no qual a solu¸c˜ao do modelo do processo de secagem segue uma abordagem dinˆamica de compartimentos. Os autores descrevem que a abordagem de compartimentos apresenta-se como sendo uma boa aproxima¸c˜ao, pois acopla c´alculos r´apidos com sofistica¸c˜ao suficiente para descrever as varia¸c˜oes do gradiente da mistura do interior da semente. Este gradiente ´e o principal fator respons´avel pela dinˆamica da secagem do gr˜ao. Para simplifica¸c˜ao, os autores n˜ao consideram o gradiente de temperatura no interior do gr˜ao.

Courtois (1995) propˆos um modelo dinˆamico que combina a qualidade e secagem de milho em secadores com escoamentos mistos e implementa uma solu¸c˜ao num´erica

20 2.4. Qualidade das Sementes