Título: PROJETO DE SUSPENSORES PARA UM SECADOR MICRO-ONDAS ROTATIVO APLICADO NA SECAGEM DE CAFÉS ESPECIAIS

Título alternativo: DESIGN OF FLIGHTS FOR A ROTARY MICROWAVE DRYER APPLIED TO THE DRYING OF SPECIALTY COFFEES

Autoria de: Andressa de Jesus Braz Carvalho

Orientação de: Irineu Petri Junior

Coorientação de: Suellen Mendonça Nascimento

Presidente da banca: Irineu Petri Júnior

Primeiro membro da banca: Paula Giarolla Silveira

Segundo membro da banca: Renata de Aquino Brito Lima Corrêa

Terceiro membro da banca: Suellen Mendonça Nascimento

Palavras-chaves: CFD, velocidade, preenchimento, Coffea Arábica L. Cv. Topázio., qualidade

Data da defesa: 07/06/2023

Semestre letivo da defesa: 2023-1

Data da versão final: 01/08/2023

Data da publicação: 01/08/2023

Referência: Carvalho, A. d. J. B. PROJETO DE SUSPENSORES PARA UM SECADOR MICRO-ONDAS ROTATIVO APLICADO NA SECAGEM DE CAFÉS ESPECIAIS. 2023. 62 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química Bacharelado)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2023.

Resumo: A secagem é uma operação unitária que tem o objetivo de reduzir a umidade do produto. Existem diversos tipos de secadores e sua escolha depende das propriedades do material a ser seco e para atender as exigências dos consumidores de café deve-se garantir que sejam utilizados os melhores métodos para o seu processamento. Atualmente, o aquecimento via micro-ondas vem ganhando destaque, devido as suas diversas vantagens. O tambor rotativo com suspensores se mostra promissor quando se trata da secagem de grãos, pois facilita a homogeneização do material. Entretanto, os trabalhos que tratam de secagem de cafés em micro-ondas cilíndricos são escassos na literatura, principalmente devido à dificuldade do dimensionamento desse tipo de equipamento. Portanto, o objetivo desse trabalho foi realizar o estudo da fluidodinâmica de grãos de cafés especiais em um secador micro-ondas rotativo, com o intuito de realizar o projeto das dimensões e quantidade ótima de suspensores no secador, além da realização do estudo da influência da velocidade de rotação e fração de preenchimento na dinâmica das partículas. As simulações foram realizadas no software Fluent, sendo utilizado um tambor rotativo de 62,98 cm de diâmetro e 14,13 cm de comprimento. Foi feito um planejamento a três níveis para determinação do comprimento e a quantidade de suspensores ótimos. Para análise da influência da velocidade e fração de preenchimento foram utilizados os suspensores ótimos, com velocidades de 1, 2, 3, 5, 10, 15, 25 e 35 rpm e fração de preenchimento de 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 e 90. Obteve-se que para maiores quantidades de suspensores foram geradas mais cortinas. Pela análise das superfícies de respostas, pôde-se concluir que devem ser utilizados 9 suspensores de 7,87 cm de largura para uma melhor operação. Com a análise do perfil de fração de sólidos, para velocidades de rotação superiores a 5 rpm, notou-se um aumento do ângulo de repouso dinâmico dos grãos de café e uma inclinação das cortinas. A velocidade ideal de operação encontrada foi de 2 ou 3 rpm. Com a variação da fração de preenchimento, notou-se que o tempo de residência dos grãos no suspensor aumentou com o aumento do preenchimento, o que também foi percebido pela análise do perfil de fração de sólidos. Com isso, conclui-se que a utilização da ferramenta CFD foi bastante eficaz, pois permitiu que fosse projetado um equipamento que pode ser utilizado no âmbito semi-industrial, devido a boa homogeneização que fornecerá para os grãos, gerando um baixo custo operacional.

Abstract: Drying is a unit operation which objective is to reduce the moisture content of a product. There are several types of dryers, and their selection depends on the material??s properties that are going to be dried. To attend the demands of coffee consumers, it is important to ensure that the best methods are used for its processing. Nowadays, microwave heating is gaining prominence due to its various advantages. The rotary drum with flights is becoming promise on the grains?? drying, as it facilitates material??s homogenization. However, there are only few studies in the literature about the coffee??s drying in a cylindrical microwave dryer, mainly due to the difficulty in sizing this type of equipment. Therefore, this work??s objective was to study the fluid dynamics of special coffee beans in a rotary microwave dryer, with the aim of projecting the dimensions and the best numbers of flights in the dryers, as well as studying the influence of rotation speed and fill fraction on particle dynamics. The simulations were performed using the Fluent software, with a rotary drum of 62.98 cm in diameter and 14.13 cm in length. A three-level planning was used to determine the best length and number of flights. For the analysis of the influence of speed and fill fraction, the optimal flights were used, with speeds of 1, 2, 3, 5, 10, 15, 25, and 35 rpm, and fill fractions of 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, and 90. It was noticed that the higher quantities of flights generated more curtains. From the analysis of the response surfaces, it was concluded that 9 flights with a width of 7.87 cm should be used for a better operation. By analyzing the solids fraction profile, it was observed that for rotation speeds above 5 rpm, there was an increase in the dynamic angle of repose of the coffee beans and a tilting of the curtains. The ideal operating speed was found to be 2 or 3 rpm. With varying fill fraction, it was noticed that the residence time of the beans in the lifter increased with increased filling, which was also observed in the solids fraction profile. Therefore, it can be concluded that the use of CFD (Computational Fluid Dynamics) was quite effective, as it allowed the design of equipment that can be used in an industrial context, providing good homogenization for the beans, and generating low operational costs.

URI: sip.prg.ufla.br/publico/trabalhos_conclusao_curso/acessar_tcc_por_curso/
engenharia_quimica/20231201910574

URI alternaviva: sem URI do Repositório Institucional da UFLA até o momento.

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: Andressa de Jesus Braz Carvalho e Universidade Federal de Lavras

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