Modelagem da secagem convectiva em contracorrente de cerâmicas vermelhas: aspectos fenomenológicos e de consumo de energia

Abstract

O processo de secagem na indústria cerâmica visa a retirada de água da peça antes que esta prossiga para a fase da queima. Nas plantas de grande e médio porte, a etapa de secagem ocorre em regime convectivo em secadores túnel em contracorrente. Neste tipo de secador, tijolo e ar entram em vértices contrários e escoam em diferentes sentidos. A modelagem deste processo considerou os fenômenos de transferência de quantidade de movimento no ar de secagem e a transferência de calor e de massa entre o ar de secagem e o meio poroso. Doze estudos de caso foram simulados variando parâmetros de temperatura e de velocidade do ar de secagem e tempo de residência do tijolo no secador. Com os resultados espera-se que seja possível fornecer ao produtor subsídios teóricos de modo a se melhorar a produção, com um produto de maior qualidade e com menos energia gasta durante a secagem. Os resultados indicaram que um aumento na velocidade de entrada do ar de secagem leva a maiores valores médios dos coeficientes de transferência convectiva e taxas de secagem. Para maiores velocidades, os gradientes internos residuais calculados apresentavam os menores valores. Contudo, a eficiência no uso da energia é menor quanto maior for a velocidade de entrada do ar. Já o aumento da temperatura do ar de secagem causa a elevação dos coeficientes de transferência convectiva, aumento das taxas de secagem e da eficiência no consumo de energia e uma redução nos gradientes residuais. A redução do tempo de residência do tijolo dentro do secador reduz o tempo total demandado pela secagem, levando a um menor gasto de combustível. Nestes estudos de caso, as taxas de secagem e os coeficientes de transferência convectiva são baixos se comparados a outros estudos de caso com mesma velocidade de entrada do ar de secagem. Os maiores gradientes residuais de temperatura e umidade foram encontrados nestes estudos de caso. Para velocidades de 0,2 m s-1 obteve-se os maiores valores de eficiência térmica, mas também se obtiveram os maiores valores de gradientes residuais e em alguns estudos de caso o produto final da secagem apresentava uma quantidade maior de umidade do que o desejado. A elevação da temperatura do ar de secagem combinada com um ar entrando com velocidade de 0,5 m s-1 apresentou os melhores resultados combinados de eficiência térmica e gradientes residuais.<br>

Abstract : Drying process in the ceramics industry aims to remove water from the brick before it goes to the firing phase. In medium to big industries, drying phase occurs in convective regime in horizontal tunnel dryers of countercurrent type. In this type of operation, the drying air in contact with the brick becomes hotter as it approaches the outlet of the dryer, which is the entry point of drying air. Modelling for this process took into consideration momentum transfer in the drying air and heat and mass transfer between air and porous medium. Twelve simulations were made taking varying parameters such as drying air inlet velocity and temperature as well as the movement of the brick inside the tunnel. With the results, this work aims to give to manufacturers the theoretical knowledge of how to increase thermal energy consumption efficiency as well as an increase of the production. Results have indicated that increasing the drying air inlet velocity results in the increase of drying rates, convective transfer coefficients and lower residual gradients of temperature and moisture, for higher velocities the thermal energy consumption efficiency is lower. Rising drying air temperature leads to increasing convective transfer coefficients, drying rates and thermal energy consumption efficiency, and decreases the residual gradients. Increasing the displacement velocity of the brick leads to a lower time for the drying, but also lower are the values calculated for convective transfer coefficients, drying rates and thermal efficiency and it also leads to the highest calculated values for the residual gradients. For a drying air inlet velocity of 0,2 m s-1 the biggest values of thermal efficiency were calculated, but also biggest were the residual gradients and for some simulations the final moisture content were higher than expected, indicating a non-complete drying. Elevating the drying air temperature combined with drying air inlet velocity of 0,5 m s-1 the best results for residual gradients and thermal efficiency.