Título: SIMULAÇÃO CFD DA SECAGEM DE CAFÉS ESPECIAIS EM LEITO FIXO E CAMADA ESPESSA

Título alternativo: CFD SIMULATION OF FIXED BED COFFEE DRYING IN THICK LAYER

Autoria de: Felipe Leonardo Barcelos Mateus

Orientação de: Irineu Petri Junior

Presidente da banca: Irineu Petri Júnior

Primeiro membro da banca: Paula Giarolla Silveira

Segundo membro da banca: Suellen Mendonça Nascimento

Palavras-chaves: Fluidodinâmica Computacional, Euleriano, Difusividade, Café especial, Transferência de massa

Data da defesa: 13/05/2021

Semestre letivo da defesa: 2020-2

Data da versão final: 24/05/2021

Data da publicação: 24/05/2021

Referência: Mateus, F. L. B. SIMULAÇÃO CFD DA SECAGEM DE CAFÉS ESPECIAIS EM LEITO FIXO E CAMADA ESPESSA. 2021. 96 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química Bacharelado)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2021.

Resumo: A secagem é fundamental para a preservação dos materiais, em especial, os alimentos, que possuem maior sensibilidade a intempéries relacionadas à umidade por sua característica higroscópica. Ela permite o aumento da vida útil do alimento, além de reduzir seu peso facilitando sua logística, agregando valor ao produto. Um dos equipamentos que podem ser utilizados para a secagem de alimentos é o silo-secador, que combina as operações de secagem e armazenamento. O silo-secador possui potencial para reduzir os gastos energéticos na secagem com taxas de secagem satisfatórias. Dito isso, a fluidodinâmica computacional se apresenta como ferramenta facilitadora para a análise dos efeitos de variáveis do sistema, como velocidade e temperatura do ar de secagem, na taxa de secagem do equipamento. Este trabalho objetivou o estudo de diferentes modelagens numéricas de um sistema de secagem em leito fixo e camada espessa, analisando a influência dos parâmetros de razão de equilíbrio e difusividade do sólido nas simulações computacionais. O estudo foi dividido em três capítulos, realizando a avaliação de diferentes modelos para simulação da transferência de massa e calor no primeiro, medição de propriedades e secagem de cafés especiais em camada espessa no segundo, e finalmente no terceiro, simulação numérica da secagem baseada nos resultados experimentais. A modelagem numérica do leito fixo foi feita no software FLUENT 19.2, utilizando do Modelo Euleriano Multifásico Granular com submodelo packed bed e diferentes modelos de transferência de massa por espécies. Os modelos de transferência de massa de melhor desempenho foram os modelos de razão de equilíbrio fornecidos no transporte de espécies, Ranz-Marshall e Hughmark. Observou-se forte influência da razão de equilíbrio nos resultados, indicando a necessidade de implementar uma User Defined Function (UDF) para a definição da variável. As diferentes modelagens de calor não apresentaram diferenças significativas e entraram em equilíbrio rapidamente. Os resultados experimentais foram condizentes com resultados anteriores na literatura, se mostrando com taxa de secagem constante pela maior parte do experimento. A simulação da secagem obteve boa convergência, sendo necessário ajustes nos valores de difusividade para atingir concordância com o experimental. O novo valor de difusividade obtido sugere uma difusividade em camada espessa, o que demonstra uma metodologia bastante útil para determinação desse parâmetro.

Abstract: Solid drying is fundamental in order to preserve materials, specially food, which is more sensible to weathering related to humidity for its hygroscopic characteristics. It allows for a longer lifespan of the product, and also reduces the overall product weight, adding value to the product. One of the many equipment that can be used for drying is the silo-dryer, which combines both drying and storage operations. The silo-dryer has the potential to lower power costs in drying with good drying rates. That being said, computational fluid dynamics can be used as a tool to facilitate the analysis of the effects of operational variables, like temperature and velocity of drying air, in the drying rate. The purpose of this work was to study different numerical models of a fixed bed drying system in thick layer, analyzing the influence of the equilibrium rate and diffusivity parameters in the computational simulations. The study was divided in three chapters, exploring different models to the heat and mass transfer in the first, measuring physical properties of special coffees in thick layer in the second, and numerical simulation of its drying based on the experimental results in the third. The numerical modeling of the fixed bed was made in the software FLUENT 19.2, using Eulerian Multiphase Model for Granular flow with the packed bed configuration and different mass transfer models through the species model. The mass transfer models with best performance were the equilibrium ratio models offered by the species transfer model, Ranz-Marshall and Hughmark. Strong influence of the equilibrium ratio value on the results was observed, indicating the necessity of an UDF to define the variable. Different heat transfer models did not show significative results for temperature, and a fast heating was observed for the particles. The experimental results were compatible with other works in literature, and the drying rate for the drying was mostly constant throughout the experiment. The numeric simulation for the drying converged with the experimental results after adjustments to the diffusivity. The new diffusivity value obtained suggests a specific diffusivity for thick layer, which indicates the methodology as a useful mean of determining this parameter.

URI: sip.prg.ufla.br/publico/trabalhos_conclusao_curso/acessar_tcc_por_curso/
engenharia_quimica/20202201610436

URI alternaviva: repositorio.ufla.br/handle/1/47032

Curso: G033 - ENGENHARIA QUÍMICA (BACHARELADO)

Nome da editora: Universidade Federal de Lavras

Sigla da editora: UFLA

País da editora: Brasil

Gênero textual: Trabalho de Conclusão de Curso

Nome da língua do conteúdo: Português

Código da língua do conteúdo: por

Licença de acesso: Acesso aberto

Nome da licença: Licença do Repositório Institucional da Universidade Federal de Lavras

URI da licença: repositorio.ufla.br

Termos da licença: Acesso aos termos da licença em repositorio.ufla.br

Detentores dos direitos autorais: Felipe Leonardo Barcelos Mateus e Universidade Federal de Lavras

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