Modélisation structurelle

Os experimentos de secagem foram realizados num sistema experimental de secagem montado no Laboratório de Energia Alternativa e Fenômenos de Transporte (LEAFT) do Departamento de Engenharia Química. Tal sistema consiste de um secador convectivo equipado com 07 bandejas de alumínio e com fundo em tela de aço, todas quadradas com dimensão lateral de 22 cm e altura de 2 cm. No secador, o espassamento em vazio (vão) entre bandejas é de 13 cm, sendo a entrada do ar na parte inferior e a saída na parte superior do secador, ambas com geometria em forma de tronco de pirâmide com alturas de 18 cm e 20

cm, respectivamente. A Figura 08 representa esquematicamente o sistema de secagem convectivo de bandejas utilizado no presente estudo. Em resumo, o funcionamento do secador pode ser descrito da seguinte forma: primeiramente, o ar de secagem é admitido por um soprador IBRAN modelo do tipo siroco com motor monofásico de ¼ de cv, vazão de ar de até 7,5 m3/min e pressão máxima de 9 mm coluna de H2O, que impulsiona o ar passando por uma

válvula gaveta utilizada para regular vazão. Em seguida, o ar passa por um trocador de calor do tipo aquecedor elétrico equipado com um conjunto de 04 resistências elétricas com 1000 W cada uma, onde o ar é aquecido antes de entrar no secador. O ar aquecido entra no secador pela parte inferior, passa pelo conjunto de bandejas e sai por uma tubulação na parte superior, onde é liberado para o ambiente (Figura 08).

Figura 08 - Sistema experimental de secagem convectiva com bandejas.

Como apresentado na Figura 08, o secador possui um sistema de aquisição de dados e controle conectado a um computador. Tal placa captura os sinais analógicos, provenientes dos termopares e do sensor de temperatura ambiente, registrando-os em arquivo através de um programa computacional implementado em Fortran 90. Os termopares que medem temperatura no sistema estão assim distribuídos: um na entrada do ar no secador e os outros

nos vãos acima das bandejas 01, 03, 05 e 07. O programa computacional também é responsável pelo controle de temperatura do ar de secagem que alimenta o secador. Tal tarefa de controle é executada com base numa malha feedback, operando com lei convencional de controle do tipo PID (proporcional, integral e derivativo). O valor desejado (Set-point) da temperatura do ar de secagem é estabelecido pelo usuário diretamente no programa computacional. Este realiza os cálculos segundo a equação do controlador PID, sendo as decisões de controle implementadas na forma de uma modulação na largura do pulso (PWM-

pulse width modulation). O papel da modulção é variar o tempo em que as resistências

elétricas do aquecedor permanecem ligadas ou desligadas dentro de uma janela de atuação, que foi estabelecida em t = 6s. O sinal de atuação sobre as resistências é transformado num sinal percentual, tal que um sinal de 0% de atuação siginifica que as resistências ficam desligadas durante toda a janela de atuação, enquanto que um sinal de 100% mantem as resistências ligadas durante toda a janela de atuação, ao passo que com um sinal de 50%, as resitências ficam ligadas durante a metade da janela de atuação (3s) e desligadas na outra metade. Na Figura 09, mostra-se exemplos típicos de atuação usando PWM em diferentes valores de atuação.

Figura 09 - Exemplos de atuação usando PWM.

Na Figura 10, é apresentada uma foto real do secador onde é possível visualizar em detalhes a configuração e a disposição dos equipamentos que compõem o sistema.

Figura 10 - Foto real do sistema de secagem.

Para executar os experimentos de secagem, as condições do ensaio eram sorteadas de acordo com o planejamento experimental e o sistema era preparado em função de tais condições (temperatura do ar de secagem, velocidade do ar e massa de material na bandeja). Inicialmente, o soprador era ligado e a velocidade do ar era medida usando-se um anemômetro digital (marca INSTRUTHERM modelo TAD - 500) na saída do secador (na parte superior). A velocidade era ajustada através da válvula gaveta até alcançar o valor de interesse. Em seguida, o programa computacional de aquisição de dados e controle era executado no computador. Ainda no programa, o valor de set-point de temperatura do ar de secagem era estabelecido e o botão de comando de controle automático era acionado. Ao iniciar a aquisição de dados e controle do sistema, todos os dados eram armazenados em arquivo, registrando-se em tempo real com intervalo de amostragem de 6s as temperaturas, o

set-point e o percentual de atuação sobre as resistências. O sistema ficava em operação até

que a temperatura do ar de secagem fosse estabilizado no valor escolhido para o set-point com desvio de ±0,5°C. Com o sistema já estabilizado, as bandejas eram preenchidas com o material, resíduo de goiaba in natura previamente descongelado, em quantidades igualmente distribuídas de acordo com a condição do ensaio. As bandejas eram introduzidas no secador, sendo ordenadas de 01 a 07 de baixo para cima, conforme pode ser visto na Figura 11. Ao

fechar a porta do secador, este momento era considerado como o tempo inicial de partida do experimento.

Figura 11 - Distribuição das bandejas na partida da secagem.

Medidas de velocidade e umidade relativa eram realizadas manualmente no ar de saída do secador a cada 10 minutos na primeira hora e 15 minutos até o fim do processo, usando-se um anemômetro digital (marca INSTRUTHERM modelo TAD - 500) e um termo higrômetro digital (marca INSTRUTHERM modelo HT - 300). Nos mesmos intervalos de medida citados, as bandejas eram retiradas do secador e a massa de cada uma era medida usando-se uma balança de precisão de duas casa decimais. Tais medidas permitiram o acompanhamento da variação da massa em cada bandeja ao longo do tempo de processamento.

Ao final de cada ensaio de secagem, o sistema era desligado, tomando-se o cuidado de desligar primeiro as resistências e depois o soprador. O resíduo seco (Figura 12) era retirado das bandejas com uma colher e embalado em sacos de polipropileno para análises posteriores.

Figura 12 - Bandejas contendo o resíduo seco ao final de um ensaio.