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http://hdl.handle.net/1843/81655
Type: | Tese |
Title: | Secagem do milho em camada espessa: análise experimental e simulação numérica tridimensional em secador cilíndrico de leito fixo com admissão radial do ar de secagem |
Authors: | Leonardo Alves da Costa |
First Advisor: | Rudolf Huebner |
First Co-advisor: | José Leôncio Fonseca de Souza |
First Referee: | Marco Aurelio Guerra Pimentel |
Second Referee: | Andre Guimaraes Ferreira |
Third Referee: | André Augusto Campagnole dos Santos |
metadata.dc.contributor.referee4: | Andrea Oliveira Souza da Costa |
Abstract: | O Brasil é o terceiro maior produtor mundial de milho e o segundo em exportações, além de apresentar um volume crescente de colheitas do cereal devido a ampliação do comércio com os asiáticos. Desta forma é crescente a necessidade de secagem dos grãos, objetivando o armazenamento adequado e longevo. Assim, toda melhoria e aceleração do processo de secagem de grãos de milho fornece um benefício significativo para pequenos e grandes produtores. Neste trabalho foi obtido um modelo tridimensional validado para a secagem de grãos de milho cultivar BG 7640 VYH em secador cilíndrico com admissão radial do ar, sendo utilizadas equações para a camada delgada e propriedades físicas ajustadas para o próprio cultivar, sendo que modelos com estas características não foram encontrados na literatura. A análise foi realizada em diferentes temperaturas e velocidades do ar. Para tanto, modelos matemáticos de secagem de grãos em camada delgada foram testados e ajustados para as condições de secagem do milho. Um secador em escala laboratorial foi utilizado para aquisição de dados experimentais da secagem do milho em camada espessa. Foram realizados testes experimentais visando a determinação da umidade de equilíbrio nos grãos em determinadas temperaturas do ar. Termopares posicionados no interior do leito foram utilizados para monitorar a temperatura dos grãos. A pressão estática e a velocidade de escoamento do ar na entrada foram monitoradas. Foram testados modelos de camada delgada disponíveis na literatura e melhores resultados foram obtidos com o modelo de Page. A secagem em camada espessa foi realizada em uma coluna de secagem cilíndrica com admissão radial do ar, para a velocidade de 2 e 4 m.s-1 nas temperaturas de 40, 50 e 60ºC, os testes forneceram dados experimentais para validação do modelo matemático. A simulação foi executada no software COMSOL Multiphysics, que utiliza o método dos elementos finitos para solução de equações diferenciais. Os resultados numéricos para a variação temporal do teor médio de umidade do leito, teor de umidade local do milho e da temperatura do ar foram confrontados com os dados experimentais. Todos os dados para o teor de umidade corroboraram fornecendo valores superiores a 0,97 para R2 e inferiores a 5% para o erro relativo (P). Para a temperatura do ar foram obtidos valores de P entre 4 e 15%. Após a validação foram executadas simulações para um secador de médio porte, este mostrou eficiências energética e exergética de 45 e 5%, respectivamente. |
Abstract: | Brazil is the third largest corn producer in the world and the second in exports, in addition to presenting a growing volume of cereal harvests due to the introduction of trade with Asian countries. In this way, the need for drying the grains is increasing, aiming at adequate and long-term processing. Thus, all the improvement and monitoring of the corn grain drying process provide a significant benefit for small and large producers. In this work, a validated three-dimensional model was obtained for drying corn grains of the BG 7640 VYH variety in a cylindrical dryer with radial air admission, using equations for the thin layer and physical properties adjusted for the cultivar itself, and models with these characteristics were not found in the literature. For this purpose, mathematical models of thin layer grain drying were tested and adjusted for corn drying conditions. A laboratory-scale drying column was developed to analyze thick layer drying, based on a large cylindrical radial dryer. Experimental tests were carried out aiming at the engineering of the equilibrium temperature in the grains at certain air temperatures. Thermocouples positioned inside the bed were used to monitor grain temperature. Static pressure and air flow velocity at the inlet were monitored. To experimentally test how the thin layer models were used, a drying column of smaller dimensions was used. Six different thin-layer models were tested, and after adjustment the Page, Midilli and Overhults models stood out, with coefficients of determination (R2) equal to one and relative errors lower (P) than 1%. Thick layer drying was carried out in the radial cylindrical drying column constructed, for the speed of 2 and 4 m.s-1 at temperatures of 40, 50 and 60ºC, the tests provided experimental data for validation of the mathematical model. The simulation was performed using the COMSOL Multiphysics software, which uses the finite element method to solve differential equations. The numerical results for the temporal variation of the average moisture content of the bed, local moisture content of the corn and air temperature were compared with the experimental data. All data for moisture content corroborated providing values greater than 0.97 for R2 and less than 5% for P. For air temperature, P values between 4 and 15% were obtained. After validation, simulations were performed for a medium-sized dryer, which showed energy and exergy efficiencies of 45 and 5%, respectively. |
Subject: | Engenharia mecânica Sustentabilidade Umidade Modelos matemáticos Milho - Secagem |
language: | por |
metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
Publisher Initials: | UFMG |
metadata.dc.publisher.department: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecanica |
Rights: | Acesso Aberto |
metadata.dc.rights.uri: | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/ |
URI: | http://hdl.handle.net/1843/81655 |
Issue Date: | 20-Feb-2024 |
Appears in Collections: | Teses de Doutorado |
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