Análise da eficiência energética e otimização de secadores rotativos

O estudo da Eficiência Energética e da Otimização de secadores está em consonância com as preocupações ambientais e com a necessidade cada vez maior de melhoria da performance energética dos processos, melhoria da qualidade e diminuto dos custos de produção. Nesse sentido, o presente trabalho tem como objetivo contribuir na aplicação de ferramentas de analise para o desenvolvimento de processos de secagem mais eficientes, tendo em vista que esta e uma das operações unitárias de maior consumo energético. De posse de um modelo matemático para um secador rotativo de aquecimento direto, simulações foram feitas e a comparação com resultados experimentais mostrou que o modelo representa com confiança o processo de secagem. O modelo foi então implementado com a finalidade de simular o secador rotativo com alimentação concorrente e em con- tracorrente, fazendo-se dessa maneira analises sobre as diferenças energéticas existentes entre essas duas configurações. Para os estudos da performance energética dos secadores rotativos, duas definições de Eficiência Energética foram utilizadas: uma expressão bastante comum presente na literatura e muito utilizada na pratica e uma outra expressão que foi proposta a partir da observação das quantidades energéticas relacionadas ao processo. As vantagens e desvantagens de cada definição são apresentadas e os resultados obtidos contribuem para a discussão sobre a avaliação da Eficiência Energética em secadores convectivos. Estudos de Sensibilidade Paramétrica quantificaram a influencia que a variação de certas variáveis de processo exerce nas medidas da Eficiência Energética e da Umidade Final do Produto Seco. Os resultados desses estudos mostraram que as variáveis analisadas exercem papel importante em ambas a Eficiência Energética e a Umidade Final do Produto Seco. Eles foram obtidos a partir do estabelecimento de limites operacionais adequados para o intervalo de variação das mesmas para satisfazer as melhores condições operacionais de ambos os secadores rotativos. Os resultados também evidenciaram diferenças significativas entre as operações concorrente e em contracorrente, alem de servir como base para os estudos de Otimização. Os resultados da Otimização dos secadores rotativos mostraram a possibilidade de melhoria da performance energética sem prejuízo à qualidade do produto final, e também a possibilidade de melhoria simultânea tanto da Eficiência Energética quanto do teor de Umidade Final do Produto Seco. Foi possível estabelecer, para cada secador, relações entre Eficiência ótima e Umidade desejada para o produto. Estes resultados são importantes pois indicam como técnicas adequadas de analise podem contribuir para a melhoria operacional de secadores rotativos.Energy Efficiency and optimization of dryers are research areas with environmental concerns. These areas have the increasing need to improve the energy performance of processes through to quality improvement and reduction of production costs. In this sense, this work aims to contribute to the development of more efficient drying processes, take account the fact that this is one of the unit operations of higher energy consumption. Using a mathematical model for a direct-heating rotary dryer, computational simulations were performed and the comparation with experimental results show that this model is reliable with the drying process. The model was implemented in order to simulate the rotary drier with concurrent and countercurrent feeding. Thus, the energetic differences between the two operations were compared and discussed. For the studies of the energy performance of rotary dryers, two definitions of Energy Efficiency were used: an expression quite common in the literature, and largely used in drying procedures, and another expression that was proposed from the observation of energetical quantities related to the process. The advantages and disadvantages of each defition are presented and the results contribute to the discussion on the assessment of Energy Efficiency in convective dryers. Parametric Sensitivity studies have quantified the influence that certain process variables have on measures of Energy Efficiency and Final Moisture Content of Product. These results showed that these variables play an important role in both the Energy Efficiency and Final Moisture Content of Product, being necessary to establish appropriate operational limits to the range of variation to these variables, in order to satisfy the best operational conditions for the two rotary dryers. The results also showed significant differences between concurrent and countercurrent operations. In addition, the Parametric Sensitivity analisys serve as a base for optimization studies. The results from the optimization of rotary dryers showed that is possible to improving the Energy Efficiency without decrese the quality of the final product, and also the possibility of simultaneous improvement of both the Energy Efficiency as the Final Moisture Content of Product. It was possible to establish, for each dryer, mathematical relations between optimum Efficiency and desired Final Moisture Content of Product. These results are very interesting and represent an important contribution to the study of rotary dryers