projeto secador de casca de banana

5/22/2018 Projeto Secador de Casca de Banana

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2013

Projeto de Secador de Casca de Banana

Mayara Andressa Tezoni RA 09.00697-4

4 ano - Engenharia Qumica Noturno

Professor: Gustavo Ferreira Leonhardt


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EQM206Operaes Unitrias da Indstria Qumica I

1Projeto Secador de Casca de Banana

Sumrio

NOMENCLATURA ................................................................................................................... 21. Objetivo ............................................................................................................................... 32. Introduo............................................................................................................................ 3

2.1. Secador de Bandeja ...................................................................................................... 32.2. Consideraes .............................................................................................................. 42.2.1. Hipteses .................................................................................................................. 42.3. Dados ........................................................................................................................... 5

3. Clculos ............................................................................................................................... 63.1. Balano Material .......................................................................................................... 63.1.1. Agente Secante (Ar) ................................................................................................. 63.2. Clculo Tempo de Batelada ......................................................................................... 63.3. Clculo Vazo de Massa Seca ..................................................................................... 83.4. Clculo da Vazo de Ar ............................................................................................... 83.5. Clculo das Dimenses do Secador de Bandeja .......................................................... 83.6. Balano de Energia do Trocador de Calor ................................................................. 10

4. Resultados ......................................................................................................................... 115. Concluso .......................................................................................................................... 126. Referncias Bibliogrficas ................................................................................................ 127. Anexo A ............................................................................................................................ 13


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NOMENCLATURA

FB vazo de ar seco no agente de secagem (kg/h).

Fms vazo de material seco (kg/h).

h entalpia especfica do agente de secagem (kJ/kg de ar seco).

H umidade do agente de secagem (kg de umidade / kg de ar seco).

Hr umidade relativa do agente de secagem (%).

Qext calor fornecido ao agente de secagem pelo trocador de calor externo (kW).

Qint calor fornecido ao secador pelo trocador de calor interno (kW).

Qp calor perdido para o ambiente (kW).

QT calor fornecido ou cedido pelo sistema de transporte (kW).

T temperatura do agente de secagem (C).

Tm temperatura do material mido (C).

Tms temperatura do material seco (C).

U umidade do material, base mida.

ub velocidade do agente de secagem (m/s).

V volume do secador (m).

x frao mssica de umidade do material.

X umidade do material em base seca (kg de umidade / kg de material seco).

Os sub-ndices 1 e 2 referem-se entrada e sada do secador, respectivamente.


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1. ObjetivoProjetar um Secador com bandejas de 0,5cm de espessura para a secagem de 2 toneladas

ao ms de casca de banana uma temperatura 70C.

2. IntroduoA finalidade principal deste projeto de secador de casca de banana determinar as variveis

de processo e as dimenses do secador. Com base nisso pode-se selecionar equipamentos

como: trocadores de calor, ventiladores, ciclones, filtros de ar a fim de melhorar o rendimento

do processo. Atravs de pesquisas determinamos que o melhor tipo de secador para nosso

produto (casca de banana) o secador de bandejas.

2.1. Secador de BandejaOs secadores de Bandeja so cmaras simples de secagem. Um secador moderno de bandeja

constitudo de uma cmara bem isolada, tendo como acessrios ventiladores e bancos de

tubos de aquecimento do ar de secagem. As bandejas podem ser colocadas em guias

existentes no prprio secador ou em carrinhos especialmente projetados que, depois de

preenchidos com as bandejas contendo o material a ser secado, so inseridos no secador. As

bandejas so retangulares ou quadradas possuindo de 0,3 a 1 m de rea e de 10 mm a 100

mm de espessura.

A circulao do ar garantida por ventiladores centrfugos frequentemente instalados no

interior da prpria cmara, como mostrado na figura 1. O ar escoa paralelamente s bandejas

com velocidade de 1 a 10 m/s. Chicanas convenientemente instaladas garantem um

escoamento uniforme sobre o material nas bandejas. Para diminuir o consumo de calor, a

maioria do ar recirculado de tal forma que cerca de 5 a 15% de ar fresco introduzido no

interior do secador. Mesmo assim, o consumo de vapor varia de 1,5quilograma de vapor a

101,325 kPa por quilograma de umidade evaporada.

A capacidade de um secador de bandejas depende da carga de material nas bandejas e da

natureza do material que esta sendo secado. Geralmente a taxa de evaporao para

temperatura compreendidas entre 30 e 90C varia de 0,1 a 1 kg de gua por hora metro

quadrado.

Se um material possui partculas maiores, a base das bandejas pode ser perfurada ou

substituda por uma grade permitindo que o ar circule atravs do material. A velocidade do ar


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atravs do leito de partculas varia de 0,6 a 1 m/s. Em alguns secadores velocidades maiores

so permitidas.

2.2. ConsideraesCom base nas informaes sobre um secador de bandejas e nas informaes encontradas no

artigo Construo de Curva Generalizada de Secagem para Banana da Terra, realizado por

Ana Paula Adduci e Gustavo Ferreira Leonhardt, podemos tirar informaes importantes para

o desenvolvimento desse projeto.

Atravs dos testes foi constatado que a melhor velocidade do ar de 1m/s. A umidade inicial

da casca de banana em base seca de 1,6 kg umidade/ kg de material seco. Devemos utilizar

bandejas de geometria retangular e a vazo de ar deve ser frontal, obtendo assim uma troca

trmica por conveco em uma maior rea superficial de produto. Melhorando nosso processo

de secagem. Abaixo temos as hipteses com base nas pesquisas e no artigo mencionando

anteriormente para a realizao deste projeto.

2.2.1.Hipteses Agente secante: Ar; Ar em temperatura ambiente, 25C; Secador de Bandeja adiabtico; Umidade Relativa do Ar 70%; Fluxo de descarga: Descontinuo; Mtodo de Aquecimento: Direto; Sistema de fornecimento de Calor: Conveco; Regime Estacionrio:

Fms e Fb constantes;

;

; Produo pequena, 2 turnos; Tempo de produo:

20 dias ao ms; 16 horas por dia; 14min para troca de bandeja (tempo de descarga).


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2.3. Dados T1= 70C e = 0,5 cm ub= 1ms-1 Fm2= 2 toneladas ao ms ar = 1,22 kgm-Casca de Banana:

ap= 864 kgm- Ui = 68% base umida Uf= 13 % base umida 0= 1,96x10- min-1(retirado da tabela 1 para as condies de T0= 70C e espessura =

0,5 cm)

X1= 1,6 g H2O/g material seco (retirado do Grfico 1 para o instante inicial dasecagem)

Tabela 1Velocidade Especfica de Secagem para cada um dos ensaios realizados. Fonte:

Construo de Curva Generalizada de Secagem para Banana da Terra


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3. Clculos3.1. Balano Material

3.1.1.Agente Secante (Ar)Sabendo que o agente secante o ar e a temperatura inicial e o Hr conseguimos os seguintes

dados pela cata psicomtrica que se encontra no Anexo A:

Antes do

trocador

externo (0)

Aps trocador

externo e entrada do

secador (1)

Aps Secador (2)

T (C) 30 70 32

H (kg umidade/kg ar de seco) 0,014 0.014 0,030

Hr (%) 70 7 80h (kJ/kg de ar seco) 61 110 107

V (m/ kg de ar seco) 0,87 0.99 0,94

3.2. Clculo Tempo de Bateladattotal= td+ tr [1]

X2=

[2]

X2=

= 0,1627 g H2O/g material seco

= 0,1017 [3]

Figura 1- Curva de secagem generalizada obtida para a banana da terra, variando a

espessura da bandeja de 0,3cm a 1,8cm e temperatura de 46C a 74C. Fonte Artigo


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Pela equao 3 X2/X0 = 0,1017. Utilizando o Grfico 2 encontramos um valor aproximado

de 0 , conforme figura 1 nos mostra.

Figura 2Representao de como estimou-se o 0t

Sabendo que 0 = 0,0196 min-1calcula-se o tempo de residncia (tr) da casca de banana no

secador:

0 [4]

= 76 min

Substituindo tr encontrado pela equao 2 na equao 1 teremos:

ttotal= 14 + 76 = 90 min

Logo 90min equivale a 1 batelada

16 h 1 bat 10,6 batelada

Dia 1,5 h Dia

Temos 10 bateladas por dia.

2000 kg 1 ms 100kg

Ms 20 dias Dia

100 kg 1 dia = 10 kg

Dia 10 bateladas Batelada

~1,5


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Secamos 10 kg de casca de banana por batelada

3.3. Clculo Vazo de Massa Seca2 toneladas produo 1 ms 1 dia 1000kg = 6,25 kg produto

Ms 20 dias 16 h 1tonelada h

Lembrando que a casca de banana aps secagem contm ainda 14% de umidade

Fms = 6,25 - 6,25x0,14 = 5,375 kg produto seco /h [5]

3.4. Clculo da Vazo de ArAtravs da Carta psicomtrica foi encontrado os seguintes valores H1=0,014 kg/k ar seco e

H2= 0,03 kg/k ar seco

FBx H1+Fms x X1= FBx H2+ Fms x X2 [6]

FB (H2 - H1) = Fms (X1- X2)

FB = 482,84 kg/h

FB = 0,130 kg/s

3.5. Clculo das Dimenses do Secador de Bandeja

a) BandejasAdmitindo largura Igual a 0,7 m usaremos 4 bandejas. Ar alimentado conforme figura 3

para melhor eficincia de troca de calor entre o agente secante (ar) e o material a ser seco

(casca de banana).


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a

0,7

Figura 3Vista superior de 1 bandeja

Como em uma batelada temos a massa de casca de banana no valor de 10 kg,

dividindo este valor por 4 teremos a massa de casca de banana por bandeja, que igual

a 2,5 kg.

V =

[7]

V =

= 2,89x10-3

m

V =Abx e [8]

Ab=

= 0,580 m

Ab= C x a [9]

a =

=

= 0,830 m

b)

Altura SecadorL

h

Figura 4Vista frontal do Secador

L = a = 0,830m


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= A.v [10]

0,11 = L x h x v [11]

h =

= 0,13m

c) Altura de uma bandeja para outra

Figura 5Vista frontal do secador com as bandejas

b =

[9]

Sendo:

h=0,13m

n=4 bandejas

b =

= 0,03m

3.6. Balano de Energia do Trocador de CalorConsiderando que o agente secante seja o ar ambiente a uma temperatura de 25C e nossas

condies de processo pede um agente secante entrando no secador a uma temperatura de

70C necessitamos usar um trocador de calor antes do secador. Utilizaremos para os clculos

as equaes para um Secador Terico.

Para um secador terico (Adiabtico)

Qm= 0Qr= 0


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QP= 0

Qint= 0

Tm1= 0

Qext = FBx (h2h1) [12]

Qext = 6,37 W

4. ResultadosAtravs dos Clculos anteriores obtemos os seguintes resultados:

Temperatura do ar entrada trocador de calor 25 C

Temperatura do ar entrada do secador 70 C

Temperatura do ar sada do secador 32C

Vazo de ar do secador 482,84 kg/h

Vazo de massa seca 5,375 kg produto seco /h

Velocidade do ar 1 m/s

Velocidade especfica inicial 1,96x10-

min-

Tempo de secagem 76 min

Produo 10 kg/ batelada

Nmero de bandejas 4

Dimenses de cada bandeja 0,83 m x 0,70 m x 0,05 m

Distncia entre as bandejas 3,0 cm

Altura total do secador 13 cm

Dimenses do secador 13 cm x 0,83 cm x 0,7 cm

Qext (trocador de calor) 6,37 W


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5. ConclusoAtravs dos clculos mostrados conclumos que o secador de bandejas para casca de banana,

com produo mensal de 2 toneladas, ter a dimenso de 13cm x 0,83 cm x 0,7cm .

6. Referncias BibliogrficasAducci, Ana P., Leonhardt, Gustavo F. Construo de Curva de Secagem para Banana da

Terra. So Caetano do Sul, So Paulo.

Leonhardt, Gustavo F., Nitz, Marcello. Principios Gerais do Projeto de Reatores. So Caetanodo Sul.

Apostila de Secagem entregue em aula.


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7. Anexo A


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