Estudo do desempenho de um secador solar indireto para alimentos

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Warikoda, Lincoln Tadashi
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10198/22983
Resumo: Mestrado de dupla diplomação com a UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do Paraná
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spelling Estudo do desempenho de um secador solar indireto para alimentosSecador solar indiretoSecagem de figosTermossifãoAnálise numéricaDomínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia MecânicaMestrado de dupla diplomação com a UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do ParanáEste trabalho faz parte do projeto para o desenvolvimento de um secador solar indireto por circulação natural dedicado à secagem de figos a pedido de um pequeno produtor da região de Mirandela que realiza essa secagem por meios rudimentares. A análise do secador é feita através de simulações numéricas realizadas no ANSYS® FLUENT®, na qual se avalia o escoamento, a temperatura e a potência térmica desenvolvidos pelo secador para julho e outubro, sendo estes respectivamente os meses de maior e menor irradiância solar dentro do intervalo da época de colheita dos figos lampos e vindimos. O protótipo analisado possui um coletor solar de área útil irradiada de 2 m2, uma câmara de secagem de 2,0 m de altura e área transversal de 1 m2, e uma chaminé de 0,8 m de altura e 0,042 m2 de área transversal. Nas simulações desprezou-se a humidade do ar e do alimento, e foi feita: análise 3D do secador para aplicar o modelo de carga solar sobre o protótipo e obter as temperaturas na sua superfície, bem como garantir a existência do caudal no interior do secador gerado pelo efeito de termossifão; análise 2D do secador realizadas em estado estacionário para optimizar a malha e avaliar a melhor disposição das bandejas no interior da câmara, e em regime transiente para analisar o comportamento do secador durante o período de radiação para as condições de julho e outubro. Como resultado das simulações numéricas, comprovou-se a existência do escoamento no interior do secador gerado pelo efeito de termossifão, com a melhor disposição das bandejas de modo alternado pela garantia de escoamento do ar por entre todas as bandejas. Para o período de radiação solar, obteve-se a variação da temperatura da placa absorvedora do coletor e da superfície da chaminé, sendo as temperaturas máxima destes locais para julho respectivamente de 71,08 e 57,35°C, e para outubro respectivamente de 56,42 e 52,18°C. Num cenário das bandejas dispostas de modo alternado, e incluindo a perda de pressão quando o secador se encontra totalmente cheio de produto: para julho a temperatura média e máxima dentro da câmara foi respectivamente de 38,11 e 50,20°C, a elevação máxima da temperatura em relação ao exterior de 24,20°C, e é fornecida à câmara uma potência térmica média de 291,3 W; para outubro, a temperatura média e máxima dentro da câmara foi respectivamente de 32,57 e 44,06°C, a elevação máxima da temperatura em relação ao exterior foi de 26,56°C, e a potência térmica média fornecida foi de 270,14 W. Com os dados da potência térmica, calculou-se o tempo médio estimado para secagem de 25 kg de figos, sendo necessários 3,6 dias para julho e 7,3 dias para outubro. O estudo realizado dos modelos numéricos mostrou resultados consistentes com a literaturaThis thesis is part of the project for the development of an indirect solar dryer by natural circulation directed to dry figs as a request from a Mirandela region’s small producer which performs a rudimentary method of drying of these fruits. The study of the dryer is made through numerical simulations performed at ANSYS® FLUENT®. It aims to evaluate the flow, temperature and thermal energy developed by the dryer for July and October, respectively the months of highest and lowest solar irradiance within the interval of the harvest time of the lampo and vindimo types of figs for the studied region. The prototype analyzed has a solar collector of irradiated useful area of 2 m2, a drying chamber of 2.0 m high and 1 m2 cross-sectional area, and a chimney of 0.8 m high and 0.042 m2 cross-sectional area. For the simulations, the humidity of the air and food was disregarded, and it was done: 3D analysis of the dryer to apply the solar load model on the prototype and obtain the temperatures on its surface, as well as ensure the existence of the flow inside the dryer generated by the thermosiphon effect; 2D analysis of the dryer performed in steady state to optimize the mesh and evaluate the best arrangement of the trays inside the chamber, and in transient regime to analyze the behavior of the dryer during the radiation period for the conditions of July and October. As a result of the numerical simulations, it was proven the presence of air flow inside the dryer generated by the thermosiphon effect, with the best arrangement of the trays alternately positioned by ensuring air flow between all the trays. For the solar radiation period, the temperature variation of the collector’s absorber plate and chimney surface were obtained, with the maximum temperatures of these surfaces for July respectively of 71.08 and 57.35°C, and for October respectively of 56.42 and 52.18°C. For a scenario of the trays alternately positioned and including the pressure loss caused by them loaded with the product: for July, the average and maximum temperature inside the chamber respectively of 38.11 and 50.20°C, a maximum temperature rise from the external environment of 24.20°C, and an average thermal output of 291.3 W is provided to the chamber; for October, the average and maximum temperature within the chamber respectively of 32.57 and 44.06°C, a maximum temperature rise from the external environment of 26.56°C, and the average thermal output provided is 270.14 W. Moreover, with the thermal output values, the time needed to dry 25 kg of figs was estimated, being necessary 3.6 days for July and 7.3 days for October. The study of the numerical models showed consistent results within the literature, giving confidence in the correct operation of a future experimental prototype.Ribeiro, Luís FrölénGallo, RubensBiblioteca Digital do IPBWarikoda, Lincoln Tadashi2020-12-21T11:01:53Z202020192020-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10198/22983TID:202559955porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-21T10:51:26Zoai:bibliotecadigital.ipb.pt:10198/22983Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T23:14:04.493825Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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