Monitoramento do comportamento da temperatura e da pressão durante a secagem de sementes forrageiras em leito fluidizado

Abstract

O presente trabalho teve como objetivo monitorar experimentalmente a operação de secagem de sementes em leito fluidizado (LF), através de medidas de temperatura e pressão, a fim de identificar diferentes padrões de comportamento durante os períodos de taxa constante e decrescente, e assim determinar a umidade crítica dos sólidos. Duas espécies de sementes foram utilizadas nesse estudo: trevo persa (Trifolium resupinatum L.) e trevo vesiculoso (Trifolium vesiculosum), em virtude da grande disponibilidade dessas plantas na região Sul do Brasil. A caracterização física dos sólidos permitiu determinar que as duas espécies de sementes pertencem ao grupo B da classificação de Geldart e o estudo fluidodinâmico auxiliou na definição das melhores condições operacionais para a secagem. O teor de umidade de equilíbrio e o comportamento da adsorção de umidade dos sólidos foram estabelecidos através de isotermas de adsorção nas temperaturas de 40, 45 e 50 ºC, de maneira que o modelo de Peleg mostrou-se mais apropriado para descrever o processo. A cinética de secagem das sementes foi determinada através de ensaios de secagem em camada delgada em um secador de fluxo paralelo do ar, nas temperaturas de 40 e 50 ºC. Além de demonstrar o predomínio do período de taxa decrescente de secagem para as duas espécies de sementes, foi possível obter os valores de umidade crítica, aproximadamente 0,20 gH2O.gss-1 para o trevo persa e 0,25 gH2O.gss-1 para o trevo vesiculoso. Os experimentos de secagem em leito fluidizado foram realizados nas temperaturas de 40 e 50 ºC, utilizando relações Hl:Dl (altura de leito fixo:diâmetro da coluna) 1:1 e 1,5:1 e velocidades de fluidização de aproximadamente 2,7 vezes a velocidade de fluidização mínima. As medidas de temperatura e queda de pressão foram analisadas diretamente por meio de gráficos correlacionando-as ao conteúdo de umidade do material, e indiretamente por meio de análises nos domínios do tempo (desvio padrão) e da frequência (PSD). A análise direta mostrou que os perfis de temperatura e pressão são sensíveis à perda de umidade do material durante o processo de secagem. Quanto ao perfil de temperatura, comprovou-se que não sofreu interferência da altura do leito de partículas ou da umidade inicial do material. Já no que diz respeito às medidas de pressão, ao utilizar a relação Hl:Dl 1,5:1 não foi possível identificar um perfil característico em decorrência da mudança no regime fluidodinâmico do leito. Pela análise indireta, notou-se que o desvio padrão apresentou comportamento análogo às medidas de queda de pressão e os espectros de potência tornaram-se mais largos e com amplitude reduzida, além de apresentarem dois componentes de frequência distintos após determinada perda de umidade, indicativos de mudança no regime fluidodinâmico do leito ao longo do processo de secagem. Assim, foram identificadas diferenças nos padrões de comportamento das medidas de pressão e temperatura quando relacionadas ao teor de umidade do material e, portanto, foi possível estimar a umidade crítica dos sólidos e os períodos de secagem a taxa constante e decrescente, por meio de medidas indiretas, de baixo custo e de fácil obtenção.

Present work had the aim to monitor experimentally the drying operation of seeds in fluidized bed (FB) by temperature and pressure measurements, in order to identify different patterns of behavior during the periods of constant and decreasing rate, and thus, determine the critical humidity of solids. Two species of seeds were used in this study: persian clover (Trifolium resupinatum L.) and vesiculous clover (Trifolium vesiculosum), due to the great availability of these plants in the southern region of Brazil. Physical characterization of the solids determined that the two species of seeds belong to group B of Geldart classification and the fluid dynamics study helped to define the best operational conditions for drying. Equilibrium moisture content and the moisture adsorption behavior of the solids were established through adsorption isotherms at temperatures of 40, 45 and 50°C, so that the Peleg model was more appropriate to describe the process. Seeds drying kinetics were determined by thin layer drying tests in a dryer with parallel airflow at temperatures of 40 and 50°C. In addition to demonstrating the predominance of the decreasing drying period rate for the two species of seeds, it was possible to obtain the values of critical humidity, approximately 0.20 gH2O.gss-1 for the persian clover and 0.25 gH2O.gss-1 for the vesiculous clover. Fluid bed drying experiments were performed at the temperatures of 40 and 50°C, using Hl:Dl (fixed bed height:column diameter) ratios 1:1 and 1.5:1, and fluidization rates of approximately 2.7 times the minimum speed of fluidization. Temperature and pressure drop measurements were analyzed directly through graphs correlating them to the moisture content of the material, and indirectly though analysis in the time domain (standard deviation) and frequency (PSD). The direct analysis showed that the temperature and pressure profiles are sensitive to loss of moisture of the material during the drying process. As for the temperature profile, it was verified that it neither suffered interference of the height of the particle bed nor the initial moisture of the material. Regarding the pressure measurements, when using the H1:D1 ratio 1.5:1, it was not possible to identify a characteristic profile due to the change in fluid dynamic regime from the bed. By indirect analysis, it was observed that the standard deviation presented behavior similar to the pressure drop measurements and the power spectra became wider and with reduced amplitude, besides having two distinct frequency components after a certain loss of humidity, indicative of changes in the fluid dynamic regime of the bed during the drying process. Therefore, differences in the behavior patterns of the pressure and temperature measurements were observed relating to the moisture content of the material and, therefore, it was possible to estimate the critical moisture of the solids and the drying periods at constant and decreasing rates through indirect measurements with low cost and easy obtainability.