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Tipo: Trabalho de Conclusão de Curso
metadata.dc.title: Análise do coeficiente global de transferência de massa via simulação da secagem de cevada (Hordeum Vulgare L.) em leito fixo de camada delgada
Autor(es): Portinho, Luiza Nunes
Primeiro Orientador: Almeida, André Ricardo Felkl de
1° Membro da banca: Almeida, André Ricardo Felkl de
2° Membro da banca: Rosa, Gabriela Silveira da
3° Membro da banca: Morais, Marcilio Machado
Resumo: A cevada (Hordeum vulgare L.) é um grão de grande interesse econômico devido a sua aplicação no processo de malte nas indústrias de cervejaria, ração animal e como aditivo para composição de farinhas. É considerada o melhor grão para o processo de maltagem devido aos seus elevados teores de amido e de enzimas e adequado teor de proteínas, além de resistência natural a doenças e uma casca protetora que envolve o grão. No Brasil, o principal uso econômico é para a produção de malte, e o país não produz o suficiente para suprir a demanda nacional. A umidade da cevada imediatamente após a colheita pode variar de 12% a mais de 20%. Os grãos armazenados com umidade superior 12% perdem sua capacidade germinativa, produzindo maltes de baixa qualidade e, portanto, a secagem antes do armazenamento é crucial. A compreensão, modelagem e simulação da secagem de grãos é complexa pois esta consiste na ocorrência simultânea da transferência de calor e massa em um material biológico que pode sofrer danos facilmente. O calor é necessário para transformar a água do seu estado líquido para vapor, e o gradiente de concentração que é criado leva à transferência de massa que ocorre tanto do interior do grão para sua superfície, quanto da superfície para o ar de secagem. O processo de secagem ideal é aquele que mantém um equilíbrio entre esses dois fenômenos, enquanto preserva as qualidades da cevada para maltagem, principalmente sua capacidade germinativa e sua integridade física, e previne o desenvolvimento de bactérias e fungos. Em vista disso, o objetivo do presente trabalho foi coletar, simular e analisar dados de secagem de cevada em leito fixo de camada delgada com temperatura de ar na faixa de 40°C a 60°C, velocidades de ar de 1,0 m/s a 2,0 m/s e com umidade inicial de 13,90±7,70 a 15,95±9,00 % (base úmida). Para isso, foi realizada uma simulação utilizando um modelo teórico do tipo global para secagem em leito fixo e camada delgada para obter o coeficiente global de transferência de massa (Kp) e a influência deste no poder germinativo das sementes em diferentes condições de secagem e uma análise de sensibilidade paramétrica para o coeficiente global de transferência de massa e o calor específico do sólido (Cpss). O aumento da temperatura de secagem e da velocidade do ar levou a uma diminuição na umidade final das sementes, e em termos de germinação os resultados são na faixa de 88 a 84%. O modelo utilizado apresentou ajuste apropriado para as condições estudadas e demonstra que o fator com maior influência no coeficiente global de transferência de massa é o aumento da temperatura. Os valores encontrados estão na faixa de 9,0 x10-5 a 6,7 x10-4 kg/(m²s). Na análise de sensibilidade paramétrica, conclui-se que os valores de Kp encontrados são o melhor ajuste possível para previsão das condições estudadas, e que o valor de Cpss utilizado não influenciou consideravelmente na simulação da operação.
Abstract: Barley (Hordeum vulgare L.) is a grain of great economic interest due to its application in the production of malt for beer industries, animal feed, and flours. It’s considered the best grain for the malting process due to its high starch content, high enzyme content, and appropriate protein composition, as well as its natural disease resistance and its protective shell which envelops the grain. In Brazil the main economic use is for the production of malt and the country does not yet produce enough to satisfy the national demand. The humidity in barley immediately after Harvest can vary anywhere from 12% to more than 20%. Grains stored with humidity higher than 12% lose their germinative capacity, producing low-quality malts, thus, the drying of barley previous to its storage is crucial. The understanding, analysis, modeling, and simulation of the drying of grains is complex due to the simultaneous occurrence of heat and mass transfer in a fragile biological material. Heat is necessary to transfer water from a liquid to a gas and the concentration gradient created leads to the mass transfer, which occurs both from the inside of the grain to its surface and from the grain surface to the air. The ideal drying process is one which maintains the equilibrium between those two processes while preserving the quality of malting barley, especially its germinative ability and physical integrity and prevents the development of fungi, bacteria, and insects. With that in mind, the objective of this work is to collect, analyze, and simulate barley drying data in a fixed bed and thin layer with drying air temperatures ranging from 40 °C to 60°C, air velocities of 1,0 m/s to 2,0 m/s and initial humidity ranging from 13,90±7,70 to 15,95±9,00 % (wet basis). For this, a simulation using a global theoretical drying model for fixed bed drying in a thin layer was used to obtain the global mass transfer coefficient and its effect in the germinative power of the grain with different drying conditions, and a parametric sensitivity analysis of the global mass transfer coefficients and the specific heat of the solid was made. The increase in temperature and velocity of the drying air led to a reduction of the final humidity of the seeds, and, in terms of germination, the results were in the range of 88 to 84%. The model used presented appropriate fitting for the conditions used and demonstrated that the greatest influence on the value of the global mass transfer coefficient was the drying air temperature. The values obtained are in the range of 9,0 x10-5 a 6,7 x10-4 kg/m²s. In the parametric sensibility analysis, it was found that the Kp found were the best possible fitting for the conditions studied, and the value of Cps used was appropriate and didn’t noticeably affect the simulation used.
metadata.dc.subject: Cinética de secagem
Maltagem
Modelagem matemática
Drying kinetics
Malting
Mathematical modelling
CNPQ: CNPQ::ENGENHARIAS
Idioma: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
metadata.dc.publisher: Universidade Federal do Pampa
Sigla da Instituição: UNIPAMPA
Campus: Campus Bagé
metadata.dc.identifier.citation: PORTINHO, Luiza Nunes. Análise do coeficiente global de transferência de massa via simulação da secagem de cevada (Hordeum Vulgare L.) em leito fixo de camada delgada. 63 p. 2022. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química) – Universidade Federal do Pampa, Campus Bagé, Bagé, 2022.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
metadata.dc.identifier.uri: https://repositorio.unipampa.edu.br/jspui/handle/riu/7564
metadata.dc.date.issued: 18-Aug-2022
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