Análise energética e exergética da secagem de milho em secador cilíndrico com fluxo vertical de ar utilizando o método dos volumes finitos
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Data
2022-07-05
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Editor
Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
Resumo
A secagem de grãos é um processo térmico para remoção de umidade de produtos agrícolas a fim de preservar a qualidade. Porém, este processo possui um alto gasto energético, que varia de 10 a 25% do uso nacional da energia a cada ano. Logo, são relevantes os estudos referentes a secagem, a fim de se conseguir o uso mais eficiente dos recursos energéticos. O presente trabalho realizou o estudo de um modelo matemático de secagem de grãos de milho em leito fixo. O modelo matemático utilizado foi baseado na literatura consultada e os resultados numéricos foram resolvidos através do Método dos Volumes Finitos com o software ANSYS Fluent, e com a ferramenta User-Defined Function (UDF). Os dados experimentais foram obtidos do trabalho de Dias (2019) que realizou 6 experimentos utilizando as temperaturas 40, 50 e 60°C e as velocidades 0,8 e 1,3 m.s-1 para o ar de secagem em um secador cilíndrico com 130mm de diâmetro e 200mm de altura. Os dados experimentais da literatura foram confrontados com os resultados numéricos para validação do modelo matemático de secagem de grãos em leito fixo. A validação do modelo matemático considerou 3 parâmetros estatísticos: o coeficiente de determinação (𝑅2), a raiz do erro quadrático médio (𝑅𝑀𝑆𝐸) e o percentual BIAS (𝑃𝐵𝐼𝐴𝑆) e a variável utilizada foi o teor de umidade. Os valores medidos para os 6 experimentos apresentaram concordância com os valores simulados para o modelo bidimensional, com o valor de 𝑅2 variando entre 0,9978 e 0,9997 e os valores de 𝑅𝑀𝑆𝐸 e 𝑃𝐵𝐼𝐴𝑆, sendo próximos de zero. Três novas equações de propriedades do milho vindas da literatura foram adicionadas ao modelo matemático em substituições as equações antigas. Ao realizar a validação utilizando os três parâmetros estatísticos descritos anteriormente, concluiu-se que essas equações podem ser utilizadas no modelo matemático. O modelo tridimensional também foi capaz de prever o comportamento da secagem e os valores foram próximos do modelo bidimensional. Por fim, foi realizada uma análise energética e exergética dos 6 experimentos de secagem, onde o experimento, com temperatura de entrada igual a 40°C e velocidade igual a 0,8 m.s-1, obteve a maior média de eficiência energética, sendo igual a 17,50% e o experimento com temperatura de entrada de 60°C e velocidade de 0,8 m.s-1, obteve a maior média de eficiência exergética, sendo igual a 2,47%.
Descrição
Palavras-chave
Milho - Secagem, Método de volumes finitos, Fluidodinâmica computacional, Energia - Análise