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
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/urn:repox.ist.utl.pt:RI_UFU:oai:repositorio.ufu.br:123456789/15275 |
| Date | 18 January 2008 |
| Creators | Fernandes, Nilson José |
| Contributors | Ataide, Carlos Henrique, Barrozo, Marcos Antonio de Souza, Vieira, Luiz Gustavo Martins, Silva, Roberto Mattioli |
| Publisher | Universidade Federal de Uberlândia, Programa de Pós-graduação em Engenharia Química, UFU, BR, Engenharias |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFU, instname:Universidade Federal de Uberlândia, instacron:UFU |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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