Modelagem e simulação fenomenológica de um secador rama têxtil

Abstract

Na indústria têxtil a secagem é um dos processos mais importantes. Este processo demanda grandes investimentos e um consumo elevado de energia, resultando em custos altos para as empresas deste setor. Os secadores Rama são equipamentos térmicos utilizados na secagem de tecidos em processo contínuo, tendo também a função de termofixação de acabamentos ao produto final. A modelagem e a simulação da secagem neste tipo de secador podem auxiliar na definição das condições adequadas de operação, resultando no aumento da eficiência do processo e na diminuição do consumo de energia.O presente trabalho apresenta a modelagem do processo de secagem num secador Rama através do desenvolvimento de simulações que acoplaram os fenômenos de escoamento, transferência de calor e transferência de massa. Para a modelagem computacional do problema, foi construída uma geometria 3D baseada em medidas tomadas de um injetor de um secador Rama. Foi utilizado o modelo de turbulência k-e padrão na solução do escoamento turbulento com transferência de calor e os modelos de transferência de calor e de massa em meio poroso. As equações dos modelos são resolvidas numericamente pelo método de elementos finitos. Para cumprir os objetivos propostos foram feitos três estudos de caso, no primeiro estudo de caso se avaliou o processo de secagem sob condições de operação reais de um secador Rama; no segundo e terceiro estudo de caso foram alteradas a velocidade de entrada do ar nos injetores e a velocidade de translação do tecido no interior da Rama, respetivamente. O modelo de turbulência k-e padrão mostrou-se como um modelo capaz de reproduzir o comportamento do ar nos injetores. Os resultados mostram que as maiores velocidades ocorrem nos extremos do injetor; isto produz altos coeficiente de calor e massa e como consequência a velocidade de secagem nestas zonas do tecido são maiores. Os perfis de umidade e de temperatura no tecido foram obtidos para cada um dos campos da Rama e constatou-se que os modelos representaram o processo real satisfatoriamente. A velocidade de entrada do ar, bem como a velocidade de deslocamento do tecido demostraram ter grande influência sobre a transferência de calor e massa no processo de secagem, portanto, como são dois parâmetros operacionais, devem ser considerados para a otimização da eficiência dos secadores Rama.<br>

Abstract : In textiles industry drying is one of the most important processes. This process requires large investments and high energy consumption, resulting in high costs for companies in this sector. The stenter thermal dryers are devices used in fabric drying in a continuous process, while also having the function of heat setting finishing the final product. The modeling and simulation of drying this type of dryer can assist in defining adequate operating conditions, resulting in increased process efficiency and reducing energy consumption.This paper presents the modeling of the drying process in a dryer stenter through the development of simulations that engaged the flow phenomena, heat transfer and mass transfer. For the computational modeling of the problem, we constructed a 3D geometry based on measures of a gun of a Rama dryer. We used the turbulence model k-e standard in solution of the turbulent flow with heat transfer and heat transfer models and mass porous medium. The equations of the models are solved numerically by the finite element method. To meet the proposed objectives were made three case studies, in the first case study evaluated the drying process under real operating conditions of a stenter dryer; the second and third case study were changed air intake velocity in the nozzles and the translation speed of the fabric inside the stenter, respectively. The turbulence model k-e standard proved to be a model able to reproduce the behavior in air nozzles. The results show that higher velocities occur in the nozzles ends; this produces high heat and mass coefficient and consequently the rate of drying of the fabric in these areas are larger. Moisture and temperature profiles in the fabric were obtained for each of the fields and the stenter was found that the models representing the actual process satisfactorily. The air inlet velocity and the moving velocity of the fabric demonstrated a great influence on the heat and mass transfer in the drying process therefore they are two operating parameters must be considered to optimize the efficiency of dryers the stenter.