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dc.contributor.advisor1Esly Ferreira da Costa Juniorpt_BR
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8728185124922423pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Viviane Santos Birchalpt_BR
dc.contributor.referee1Wellington Betencurte da Silvapt_BR
dc.contributor.referee2Andréa Lúcia Teixeira Charbelpt_BR
dc.contributor.referee3Adriana Silva Francapt_BR
dc.contributor.referee4Leandro Soares de Oliveirapt_BR
dc.creatorDiego Henrique de Souza Chavespt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/4937160194363329pt_BR
dc.date.accessioned2024-08-12T18:35:56Z-
dc.date.available2024-08-12T18:35:56Z-
dc.date.issued2024-05-17-
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/1843/73760-
dc.description.abstractSpray dryers have a wide range of applications in the industry for producing powdered products. Precise control of the process is essential because atomization can result in particles with various sizes, shapes, and properties. Particle morphology and shrinkage can be influenced by several factors, such as temperature, solution concentration, and drying fluid characteristics. A dynamic mathematical model was proposed to study the drying of a particle subjected to convective drying. The particle is considered spherical and symmetrical throughout the drying process, neglecting rotation and internal circulation of water and solids. The model is divided into two drying stages and comprises a system of algebraic-differential equations. In the first stage, heating, evaporation, and shrinkage occur simultaneously. In the second stage, heating, core shrinkage, interface evaporation, and water vapor diffusion through the crust occur. The simulated results were compared to experimental data from the literature using the R² coefficient as a performance parameter. The first stage is strictly influenced by the characteristics of the drying air, while the second stage mainly depends on the formed porous crust. There is a rapid heating ((∆𝑡 ≅ 7𝑠) of the droplets to the wet-bulb temperature, at which point constant-rate evaporation occurs. The results suggested a modification in the constant diffusion coefficient, which was subsequently re-equated. The proposed model did not match the experimental drying data of colloidal silica even when using a variable diffusion coefficient. With a variable coefficient, at the end of drying, the simulation indicated that approximately 91% of the skim milk particle's mass corresponds to the dry crust. The proposed model, evaluated for skim milk drying, showed good agreement with experimental mass data (𝑅2 > 0.9953) and temperature data (𝑅2 = 0.9879). Sensitivity analysis assessed ±5% variations in six factors and their influence on four output variables. It was noted that the total energy absorbed by the particle was the most sensitive output variable to variations in all analyzed factors. The drying air temperature directly influences the final temperature of the particle but does not change its final diameter. The sensitivity analysis of particle size highlighted the importance of atomization control in a spray dryer.pt_BR
dc.description.resumoSecadores spray têm uma ampla variedade de aplicações na indústria para obtenção de produtos em pó. O controle preciso do processo é essencial, pois uma variedade de partículas pode ser formada por atomização, resultando em partículas com diferentes tamanhos, formas e propriedades. A morfologia e encolhimento das partículas podem ser influenciados por vários fatores, como temperatura, concentração da solução e características do fluido de secagem. Um modelo matemático dinâmico foi proposto para estudar a secagem de uma partícula submetida à secagem convectiva. Considera-se a partícula esférica e simétrica durante todo o processo de secagem, desconsiderando a rotação e a circulação interna de água e de sólidos. O modelo é dividido em duas etapas de secagem e é composto de um sistema de equações algébrico-diferenciais. Para a primeira etapa, aquecimento, evaporação e encolhimento ocorrem simultaneamente. Já na segunda, ocorre aquecimento, núcleo-diminuição, evaporação na interface e difusão de vapor d’água através da crosta. Os resultados simulados foram comparados a dados experimentais de literatura utilizando o coeficiente R² como parâmetro de desempenho. A primeira etapa é influenciada estritamente pelas características do ar de secagem enquanto a segunda etapa depende majoritariamente da crosta porosa formada. Há um rápido aquecimento (∆t ≅ 7s) das gotículas até a temperatura de bulbo úmido na qual ocorre evaporação a taxa constante. Os resultados sugeriram modificação no coeficiente de difusão constante, que foi reequacionado em seguida. O modelo proposto não correspondeu aos dados experimentais de secagem de sílica coloidal mesmo usando coeficiente de difusão variável. Com um coeficiente variável, ao final da secagem, a simulação indicou que aproximadamente 91% da massa da partícula de leite desnatado corresponde à crosta seca. O modelo proposto, avaliado para a secagem de leite desnatado, obteve valores com boa adequação aos dados experimentais de massa (R² > 0,9953) e de temperatura (R² = 0,9879). A análise de sensibilidade avaliou variações de ± 5% em seis fatores e a influência em quatro variáveis de saída. Notou-se que a energia total absorvida pela partícula foi a variável de saída mais sensível a variações em todos os fatores analisados. A temperatura do ar de secagem influencia diretamente na temperatura final da partícula, mas não modifica o seu diâmetro final. A análise de sensibilidade do tamanho da partícula permitiu concluir a importância do controle de atomização em um secador spray.pt_BR
dc.description.sponsorshipCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológicopt_BR
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superiorpt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Geraispt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICApt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecanicapt_BR
dc.publisher.initialsUFMGpt_BR
dc.rightsAcesso Restritopt_BR
dc.subjectAnálise de sensibilidadept_BR
dc.subjectModelagem e simulaçãopt_BR
dc.subjectMorfologiapt_BR
dc.subjectLeite desnatadopt_BR
dc.subjectSecagem em spraypt_BR
dc.subjectSílica coloidalpt_BR
dc.subject.otherAnálise de sensibilidadept_BR
dc.subject.otherSecagem em spraypt_BR
dc.subject.otherModelos matemáticospt_BR
dc.subject.otherMétodos de simulaçãopt_BR
dc.titleAvaliação da cinética de secagem de uma única partícula esférica: um estudo de modelagem e simulação utilizando coeficiente de difusão variávelpt_BR
dc.typeTesept_BR
dc.description.embargo2026-05-16-
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