The dimensioning, the modeling and the simulation of the rotary dryers constitutes a big challenge. The drying involves mass and heat transfer, and fluid dynamics processes of the most different forms. Great part of the dryers projects are done according to empiricism and based on the experience of engineers and on the scale-up of prototypes. The purpose of this piece of work was: to analyze the equations, the models and the project proposals on drying found in the literature about rotary dryers, using for this analysis experimental dada obtained by drying granulated fertilizers GTSP in a conventional industrial cocurrent rotary dryer (3m in diameter x 30m in length). Having collected the operational data (variables of the process) and obtained the results, it is carried out an analysis of the project proposals of the rotary dryers and of the drying models evaluated according to other pieces of work of the same kind (ARRUDA, 2008 and CRISTO, 2004). Besides it is also identified the prediction parameters of residence time, the coefficient of heat transfer and others fluid dynamics information. In the presence of the fact that experimental tests were accomplished in an industrial equipment, there were limitations regarding the parameter variation. The equipment dimensions are fixed (industrial unit) and other parameters are variables that guarantee the quality and the productivity of the industrial unity. Hence, the equipment rotation is a parameter able to be analyzed once there is, exceptionally in the equipment in which the tests were accomplished, a rotation control that enables, according to the structural limitations of the equipment, a variation of 20% of its nominal rotation. The tests were accomplished using dryer rotations of 3.5 and 4.2 rpm. The results which were obtained according to the behavior of the fluid dynamics of the material in the interior of the dryer, presented good concurrence with the models shown in the literature. To determine the flight holdup distribution and the behavior of the material cascading in the inner part of the dryer (time, height and average angle of the fall), the methodology REVOL et al. (2001) presented quite consistent information concerning the prediction, using the friction coefficient determined experimentally of 0.746 for the GTSP. In order to determine the residence time, the equation that fitted best to the experimental results was FRIEDMAN and MARSHALL S (1949) Equation with parameters estimated by ARRUDA (2008). The results that were obtained for the mass balance and energy were quite consistent and they made clear a quite pertinent situation related to the project considerations that deal with the premises of false air entrances. In order to determine the global coefficients of heat transfer, the equation that best foresaw this parameter is the one presented by MILLER et al. (1942), pondering the reduction of the temperature of the gases in the beginning of the dryer which was caused by the false air entrances. The modeling proposed by ARRRUDA (2008) presented significative deflections according to the experimental results. They were possibly caused by imprecision while measuring, by premises of false air entrances (loses) and/or by possible differences related to the behavior of the materials used in ARRUDA S tests (2008) and the ones used in the experiments. The application of the Methodology I (VAN T LAND, 1991) presented inconsistencies in the project opposing the approach of false air entrances mentioned before. The Methodology II (NONHEBEL and MOSS, 1971) does not presume the knowledge of the drying curve of the material. Thus, the results obtained in ARRUDA (2008) were used. As it happened to Methodology I, inconsistencies in the project were found. However, the profiles of the coefficients of mass and heat transfer traced with the results that were obtained in ARRUDA (2008) presented a kind of behavior with physically expected tendencies. / O dimensionamento, modelagem e simulação de secadores rotatórios constituem em um grande desafio. A secagem envolve transferências de calor e massa, e processos fluidodinâmicos das mais diferentes formas. A maior parte dos projetos de secadores é feita por empirismo, com base na experiência de engenheiros e scale-up de protótipos. O objetivo do trabalho foi analisar os equacionamentos, modelagens e propostas de projetos de secagem encontrados na literatura para secadores rotatórios utilizando-se para esta análise dados experimentais obtidos com a secagem de fertilizantes granulados (GTSP) em um secador rotatório concorrente industrial convencional (3 m de diâmetro x 30 m de comprimento). Com os dados operacionais coletados (variáveis de processo) e os resultados obtidos, é feita uma análise das propostas de projetos de secadores rotatórios e modelagens de secagem avaliadas em outros trabalhos desta mesma natureza (ARRUDA, 2008 e CRISTO, 2004), além de identificar parâmetros de predição de tempo de residência, coeficientes de trocas térmicas e informações fluidodinâmicas. Diante o fato dos testes experimentais serem realizados num equipamento industrial, houve limitações quanto a variação de parâmetros. As dimensões do equipamento são fixas (unidade industrial) e outros parâmetros são variáveis que garantem a qualidade e produtividade da unidade industrial, ficando, portanto, a rotação do equipamento como um parâmetro possível de ser analisado, uma vez que excepcionalmente no equipamento onde foram realizados os testes, há um inversor de freqüência que possibilita, dentro das limitações estruturais do equipamento, uma variação de 20 % da rotação nominal do mesmo. Os testes foram realizados com rotações do secador de 3,5 e 4,2 rpm. Os resultados obtidos quanto ao comportamento fluidodinâmico do material no interior do secador apresentaram boa concordância com as modelagens apresentadas na literatura. Para a determinação da distribuição de carga nos suspensores e o comportamento do cascateamento de material no interior do secador (tempo, altura e ângulo médio de queda) a metodologia REVOL et al. (2001) apresentou informações bastante consistentes de predição com a utilização do coeficiente de fricção determinado experimentalmente de 0,746 para o GTSP. Na determinação do tempo de residência a equação que melhor se ajustou aos resultados experimentais é a equação de FRIEDMAN e MARSHALL (1949) com parâmetros estimados por ARRUDA (2008). Os resultados obtidos para os balanços de massa e energia foram bastante consistentes e evidenciaram uma situação bastante pertinente em considerações de projeto que trata-se das premissas de entradas de ar falso. Na determinação dos coeficientes globais de transferência de energia, ponderando-se a redução de temperatura dos gases no início do secador provocada pelas entradas de ar falso, a equação que melhor previu este parâmetro é a apresentada por MILLER et al. (1942). A modelagem proposta por ARRUDA (2008) apresentou desvios significativos com os resultados experimentais; possivelmente provocados por imprecisões de medidas, premissas de ar falso (perdas) e/ou possíveis diferenças no comportamento dos materiais utilizados nos ensaios de ARRUDA (2008) e os utilizados nos experimentos. A aplicação da Metodologia I (VAN T LAND, 1991) apresentou inconsistências de projeto em contraponto à abordagem de entradas de ar falso citada anteriormente. A metodologia II (NONHEBEL e MOSS, 1971) não presume o conhecimento da curva de secagem do material. Utilizou-se, portanto, resultados obtidos em ARRUDA (2008). Da mesma maneira que para a Metodologia I verifica-se inconsistências de projeto, no entanto, os perfis dos coeficientes de transferência de calor e massa traçados com os resultados obtidos em ARRUDA (2008) apresentam comportamento com tendências esperadas fisicamente. / Mestre em Engenharia Química

Universidade Federal de Goiás - Goiânia / Drying is an important process that a lot of products were submitted. However, this process is usually very energy-intense and has a large commercial impact on the cost of the final product. The conventional direct rotary dryer consists of equipment widely used in industrial area due to advantages such as, a high processing capacity of a wide variety of materials. This dryer is commonly used to dry and process granular materials, and has application across a wide range of industries like the fertilizer industry. The dryer consists of a rotating cylindrical shell rotated about its axis at a constant speed and slightly inclined to the horizontal. This type of equipment is characterized by the high consumption of energy required to heat the drying air at high temperatures. This work aims to study the aspects of fluid dynamics and fertilizer drying of super-phosphate fertilizer in concurrent direct rotary dryers and compare the performance of the same for other configurations that have been studied by the research group of systems particulated at FEQUI / UFU. The results of this study have values of loading, residence time, drying rate, and the difference between concurrent and countercurrent rotary dryers, working under the same operating conditions, enabling the evaluation of new versions of rotary dryers because of detailed study of conventional configurations. This study also describe a mathematic model to predict the air and solid temperature profiles and the solid moisture profile in a concurrent rotary dryer and compared the simulation results with the experimental data. / A secagem consiste em uma importante operação na qual se submetem diversos produtos industrializados. Porém, este processo é concebido como uma operação unitária que demanda uma intensa quantidade de energia o que implica em um grande impacto comercial no custo do produto final. O secador rotatório convencional de contato direto consiste em um equipamento amplamente difundido na área industrial por apresentar vantagens como, por exemplo, alta capacidade de processamento de uma grande variedade de materiais. Este tipo de secador é destinado principalmente para secagem de materiais granulados de escoamento livre, sendo vastamente empregado na indústria de fertilizantes. O secador rotatório consiste de um casco cilíndrico levemente inclinado em relação à horizontal, que gira em baixa velocidade em torno do próprio eixo. Esse tipo de equipamento é caracterizado pelo alto consumo energético necessário para aquecer o ar de secagem a elevadas temperaturas. O presente trabalho tem como objetivo estudar os aspectos fluidodinâmicos e de secagem do fertilizante super-fosfato simples granulado em secadores rotatórios convencionais com fluxo de ar concorrente e aquecimento direto, bem como comparar o desempenho do mesmo em relação a outras configurações já estudadas anteriormente pelo grupo de pesquisa em sistemas particulados da FEQUI/UFU. Como resultados deste trabalho foram obtidos valores de carregamento, tempo de residência, taxa de secagem, além da quantificação da diferença entre as configurações concorrente e contracorrente do secador rotatório, operando nas mesmas condições operacionais, viabilizando a avaliação de novas versões de secadores rotatórios a partir do estudo detalhado das configurações convencionais operando nas condições ótimas. Além dos estudos experimentais, também foi possível realizar a modelagem matemática do secador concorrente, a fim de se obter a predição dos perfis de umidade e temperatura do ar e do sólido, sendo os resultados da simulação comparados com os dados obtidos experimentalmente para a secagem de fertilizante. / Mestre em Engenharia Química

Universidade Federal de Goiás - Goiânia / Drying is an important process that a lot of products were submitted. However, this process is usually very energy-intense and has a large commercial impact on the cost of the final product. The conventional direct rotary dryer consists of equipment widely used in industrial area due to advantages such as, a high processing capacity of a wide variety of materials. This dryer is commonly used to dry and process granular materials, and has application across a wide range of industries like the fertilizer industry. In the Triangulo Mineiro region and Alto Paranaiba, where is also located the city of Uberlândia - MG, the fertilizer industry exemplifies the use this equipment for removing moisture from the final product. The drum of the rotary cascade dryer is equipped with lifting flights. Many potential benefits can be obtained through a greater understanding of the rotary drying process. One such benefit could be energy savings, whose magnitude can be determined by estimating the energy cost of drying in the particleboard industry. In order to improve drying efficacy, another version of the rotary dryer, known as the ―rotoaerated‖ dryer, was evaluated by Lisboa (2007) and Arruda (2008). the roto-aerated version provides better mass and energy transfer between the hot air and the solids than the conventional countercurrent rotary dryer. The main characteristic of the rotoaerated dryer is its aerated system, which consists of a central pipe (encased in the drum), from which a series of mini-pipes carry hot air directly to the particle bed flowing at the bottom of the drum (without flights). The present work analyzes the drying of granulated fertilizers in a rotoaerated dryer. This work has tested several positions and different diameters of mini pipes. Due to finding the optimum drying performance presented by rotoaerado dryer, the present work aims to study the drying of SSPG fertilizer granules in rotoaerated dryers with different configurations that have not studied, varying the diameter, the provision and quantity of mini pipes. The performance of rotary dryers configurations, were compared based on experimental results. The results of this study have values of loading, residence time, drying rate, and the difference between rotoaerated dryer and concurrent and countercurrent rotary dryers, working under the same operating conditions. It was also found that while the configurations evaluated in previous studies showed results of the drying rate four times higher compared to conventional version, in this work it was possible to find configurations with superior results reaching a drying rate up to 18 times higher compared the conventional version. This study also study different parameters in a Discret Element Method (DEM) simulation method with a linear model. / A secagem é uma importante operação à qual se submetem diversos produtos industrializados. Porém, este processo é concebido como uma operação unitária que demanda uma intensa quantidade de energia, o que implica em um grande impacto comercial no custo do produto final. Secadores do tipo rotativos são comumente usados na secagem e processamento de materiais granulados por suportar grande volume de material, possui vasta aplicação no âmbito do beneficiamento de sementes, produção de alimentos e fertilizantes. Além de amenizar os custos com armazenamento e transporte, evitando desintegração dos grânulos do produto, o empedramento e reduzir a formação de incrustações no interior dos equipamentos, a secagem possibilita o atendimento às imposições do mercado consumidor e às leis de regulamentação para a comercialização do produto. O equipamento convencional usado para a operação de secagem constitui-se de um casco cilíndrico com uma pequena inclinação em relação à horizontal, que gira em torno do seu eixo longitudinal, equipado com suspensores, e recebe o nome de secador rotativo. O secador rotativo convencional de contato direto consiste em um equipamento amplamente difundido na área industrial por apresentar vantagens como, por exemplo, alta capacidade de processamento de uma grande variedade de materiais. Com o objetivo de aumentar a eficiência da secagem, outra configuração do secador rotativo foi desenvolvida na FEQUI/UFU, conhecida como secador rotoaerado, avaliada primeiramente por Lisboa et al. (2007) e depois por Arruda (2008). O secador rotoaerado é constituído por um tubo central que possui uma série de minitubos conectados a ele, responsáveis por conduzir o ar quente diretamente para o leito de partículas localizadas no fundo do tambor em rotação. Em trabalhos anteriores constatou-se que o secador rotoaerado apresentou maior eficiência quando comparado com o equipamento convencional, usando suspensores. Devido à constatação da ótima eficiência de secagem apresentada pelo secador rotoaerado, o presente trabalho teve como objetivo, estudar a secagem de fertilizantes super fosfato simples granulado em secadores rotoaerados com diferentes configurações ainda não estudadas variando os diâmetros, a disposição e a quantidade dos minitubos conectados ao tubo central. Com os resultados experimentais deste trabalho observou-se que a distribuição e o diâmetro dos minitubos avaliados tiveram influência nos resultados de tempo médio de residência, água removida e taxa de secagem. Verificou-se também que, enquanto as configurações avaliadas em trabalhos anteriores apresentaram resultados de taxa de secagem até quatro vezes maior em comparação à versão convencional, neste trabalho foi possível encontrar configurações com resultados superiores chegando a uma taxa de secagem até 18 vezes maior em comparação à versão convencional. Além dos estudos experimentais, também foi possível realizar a simulação através da Fluidodinâmica Computacional (CFD) do escoamento do ar no tubo central do secador rotoaerado, a fim de se obter a predição das velocidades de saída no ar em cada minitubo e verificou-se a influência da velocidade de saída do ar no escoamento das partículas. Além disso, foi feito um estudo utilizando o Método dos Elementos Discretos (DEM) para simulação do escoamento de partículas de fertilizante em tambores rotativos avaliando-se diferentes parâmetros e as interações entre eles para a simulação em fase discreta. / Doutor em Engenharia Química