TÍTULO: INFLUÊNCIA DA VISCOSIDADE NO COMPORTAMENTO DA ATOMIZAÇÃO EM UM SPRAY DRYER DE DISCO ROTATIVO
TÍTULO:
CATEGORIA: CONCLUÍDO
CATEGORIA:
ÁREA: ENGENHARIAS E ARQUITETURA
ÁREA:
SUBÁREA: ENGENHARIAS
SUBÁREA:
INSTITUIÇÃO: UNIVERSIDADE SANTA CECÍLIA
INSTITUIÇÃO:
AUTOR(ES): IGOR PAIVA SANSÃO, RODRIGO DE ABREU COSTA
AUTOR(ES):
ORIENTADOR(ES): DEOVALDO DE MORAES JÚNIOR, LUCAS BERNARDO MONTEIRO
RESUMO
A secagem é uma das principais operações unitárias para a remoção de água de produtos sólidos. Muitos tipos de equipamentos podem ser usado, como secadores de bandejas, secadores de leito fluidizado, secadores de tambor e de pulverização. Secadores por atomização são normalmente utilizados para se obter produtos. Um dos problemas deste equipamento é a falta de dados para projetar um spray dryer, aliada à falta de documentos práticos que estudam parâmetros para um projeto mais preciso do equipamento. O objetivo deste estudo foi observar o comportamento e o alcance máximo do leque de atomização de um spray dryer de disco rotativo. Os experimentos foram realizados utilizando água e solução de sacarose de 40% em massa, variando a vazão e a rotação. Os resultados permitiram observar que a rotação tem influência sobre o alcance e na distribuição do leque de atomização. Foi também possível observar um fenômeno de canal preferencial, resultando numa distribuição unidirecional do produto atomizado.
PALAVRAS-CHAVE
spray dryer de disco rotativo; comportamento da atomização, viscosidade 1. INTRODUÇÃO
A secagem é uma operação unitária que têm sido utilizados na produção de tijolos, medicamentos, fertilizantes, papel, cerâmica e muitas outras utilizações industriais. [1]
O produto final pode ser obtido a partir de uma grande variedade de equipamentos como tambores rotativos, leito fluidizado, secador de bandeja e spray dryers. Este ultimo é comumente utilizado para secar as pequenas gotas de líquidos ou emulsões com o objetivo final de obter um produto em pó livre de água [2].
Os secadores por atomização têm a grande vantagem de secar o produto em aproximadamente 25 segundos. O maior problema é que a literatura carece de propriedades de projeto para esse tipo de equipamento, especialmente da câmara de secagem, que é de grande relevância desta operação unitária. Com isso, as equações para projetar uma câmara de secagem encontradas na literatura são em geral empíricas, acarretando em altos custos de materiais e de energia, principalmente energia na forma de calor que não é aproveitado durante o processo [6].
Um parâmetro importante para se projetar um spray dryer com precisão é conhecer o real alcance do produto atomizado quando este deixa o sistema de atomização. O comportamento da atomização e o tamanho das gota são diferentes para cada tipo de sistema de atomização [3].
Atualmente há poucos artigos que tentam simular o comportamento no interior de uma câmara de secagem a partir do momento que o fluido deixa o atomizador até a saída do equipamento como um pó. Durante testes utilizando carbonato de cálcio e biomassa de banana verde foi possível observar que ambas as emulsões apresentavam comportamentos diferentes. No caso do carbonato de cálcio foi obtido um produto em pó e na operação com a biomassa, utilizando o mesmo equipamento e sistema, foi constatado inscrustações do produto na parede da câmara [4, 5, 6].
A análise experimental indicou que a rotação pode interferir na distância máxima que o material particulado pode atingir. Este fator pode ser determinante quanto à eficiência de produção de material seco pelo equipamento.
O presente trabalho teve como objetivo estudar a influência da viscosidade de uma solução no comportamento da atomização de um spray dryer de disco rotativo, utilizando água pura e solução de sacarose a 40% em massa.
3. METODOLOGIA
Foi utilizada uma unidade de spray dryer existente no Laboratório de Operações unitárias da Universidade Santa Cecília, Santos, São Paulo (Figura 1).
A água pura (1 mPa.s) e solução de sacarose com porcentagem em massa de 40% (6,22 mPa.s) [7] foram usadas como fluidos a serem atomizados. A Tabela 1 apresenta os experimentos realizados.
Tabela 1 – Experimentos e variáveis do estudo
Para a realização dos experimentos, colocou-se o sistema de atomização no suporte de tubos de aço. Abaixo deste instalou-se uma peça de madeira em formato de estrela com 8 pontas, medindo 1800 milímetros de comprimento de uma ponta a outra. Foram colocados sobre este suporte de madeira todos os 81 coletores com os materiais adsorventes, permitiu obter a quantidade do material coletado em cada direção.
O sistema de atomização foi composto por um motor elétrico e um disco de atomização de 30 mm de diâmetro com 16 orifícios com 9,62 mm² cada. Os coletores de foram feitos de placas de acrílico com 52,15 mm x 36,00 mm em média, cada um com os materiais adsorventes sobre ele.
Experimento Fluido Vazão (g/s) Rotação (rpm) 1 Água 0,90 17000 2 24000 3 31000 4 0,98 17000 5 24000 6 31000 7 40% sacarose 0,90 17000 8 24000 9 31000 10 0,98 17000 11 24000 12 310000
Figura 1: Unidade Experimental composta por A) Motor de 10 velocidades Bosch GKF 600 Professional; B) disco atomizador; C) suporte de madeira em forma de “asterisco”; D)pPlacas coletoras distribuídas sobre o suporte, E) detalhe do disco atomizador e F) detalhe dos coletores.
O procedimento experimental adotado foi:
a) Adicionou-se 1 kg de solução no sistema de alimentação; b) Pesou-se a massa de cada coletor;
c) Calibrou-se a vazão de alimentação e rotação; d) Operou-se durante 10 minutos;
f) Mediu-se a massa de cada coletor no final da experiência.
Durante os ensaios, verificou-se claramente que, para algumas condições, o alcance da atomização excedeu o tamanho transversal máximo do suporte de madeira, porém foi possível visualizar o comportamento e os canais preferencias que ocorreram durante o processo.
4. RESULTADOS
As figuras de 2 a 5 apresentam os melhores e os piores resultados observados para cada experimento.
E
Figura 2 – Resultados do experimento 2
Figura 3 – Resultados do experimento 4
Figura 4 – Resultados do experimento 7 0 0,5 1 1,5 2 2,5 Ver tical Axi s co lle cto r' s p o si tion Wate r m ass c o lle cte d
Horizontal axis collector's position
0 2 4 6 Ver tical axi s co lle cto r' s p o si tion Wate r M ass c o lle cte d
Horizontal axis collector's position
0 0,5 1 1,5 2 2,5 Ver tical axi s co lle cto r' s p o si tion p o si tion Wate r m ass c o lle cte d
Figure 5 – Resultados do experimento 11
As Figuras 2 e 3 apresentam o melhor e o pior resultado observados pelo uso da água. A Figura 2 mostra que o fluido de atomização apresenta uma melhor distribuição e que a cruz de madeira foi suficiente para concluir o alcance máximo de 900 mm. No entanto, na figura 3, o sistema atual não foi suficiente para se observar claramente o alcance da água atomizada e é possível se observar uma piora na distribuição da atomização.
De forma semelhante ao caso supracitado, as figuras 4 e 5 apresentam o comportamento da solução de sacarose atomizado. Em ambos os casos, é possível observar que o sistema é insuficiente para medir o alcance máximo. Porém, é visível na figura 4 também que há uma melhor distribuição do produto se comparado a figura 5, mesmo sendo visível em ambos os casos o fenômeno de caminho preferencial.
A observação dos resultados obtidos também permite constatar que, para todos os casos, a região preferencial da atomização foi a mesma.
5. CONCLUSÃO
O estudo permitiu concluir que a viscosidade da solução desempenha um papel importante durante a atomização.
É visível que a rotação do disco também interfere em uma melhor ou pior distribuição do produto atomizado, permitindo observar com mais clareza e precisão o comportamento e o fator que pode influenciar este processo.
Apesar de ser comum apenas um ponto de alimentação nos discos de unidades industriais de secagem por atomização, os resultados indicaram a necessidade de, pelo menos, dobrar o local de ingressão do fluido a ser seco.
0 1 2 3 4 5 Ver tical axi s co lle cto r' s p o si tion Wate r m ass c o lle cte d
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] A.S. Mujundar, Principles, Classifications and Selection of Dryers in: A.S. Mujumdar, Handbook of Industrial Drying, CRC Press, Lodz, 2010, pp. 4-31.
[2] A.S. Foust, Transferência simultânea de calor e de massa – secagem, in: A.S. Foust, L.A. Wenzel, C.W. Clump, L. Maus, L.B. Andersen, Princípios das Operações Unitárias, Editora Guanabara, Rio de Janeiro, 1982, pp. 401-434.
[3] Masters, K.; Spray Drying in Practice, SprayDryConsult International ApS, Denmark, 2002. [4] A. Gonçalves, C.S. Sieiro, J.S. de Carvalho, J.R. dos Santos, M.T. White, Otimização do processo de fabricação da biomassa de banana verde por spray dryer, Final Paper, 2010, Universidade Santa Cecília, Santos, SP, Brasil.
[5] C.R.R. da Silva, C.A. Oliveira, L.M. Florentino, Z.A. dos Santos, Desenvolvimento de uma unidade piloto de secagem por pulverização, Final Paper, 2003, Universidade Santa Cecília, Santos, SP, Brasil.
[6] R.K. Oi. Secagem da biomassa de banana verde em spray dryer [Relatório]. - Campinas : [s.n.], 2011.
[7] R. Perry, D. Green (Eds.) Perry’s Chemical Engineers Handbook, McGraw-Hill, New York, 2008.
