Secagem de folhas e ramos de erva-mate em leito de camada delgada : experimentos, modelagem, simulação e controle em secador de esteira de passagem simples e zona única

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Tussolini, Loyse
Data de Publicação: 2014
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/36167
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Everton Fernando Zanoelo
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spelling Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de AlimentosZanoelo, Everton Fernando, 1969-Tussolini, Loyse2024-07-04T17:28:47Z2024-07-04T17:28:47Z2014https://hdl.handle.net/1884/36167Orientador: Prof. Dr. Everton Fernando ZanoeloTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos. Defesa: Curitiba, 10/07/2014Inclui referênciasResumo: Resultados experimentais de umidade e temperatura de folhas e ramos de erva-mate (Ilex paraguariensis) foram obtidos em secadores batelada e de esteira. A primeira resposta foi determinada por método gravimétrico convencional, enquanto que os valores da segunda foram gerados com um sensor de infravermelho para medidas de temperatura de superfícies. Folhas inteiras de espessura 0,23x10-4 m com formato aproximado de elipses (semi-eixos de 0,04 e 0,06 m), e ramos cilíndricos de 4x10-2 m de comprimento foram separadamente utilizados nos ensaios experimentais. Os experimentos foram conduzidos com o material disposto de modo a formar um leito de camada fina com área da base igual a 0,5-1 m de comprimento por 0,05 m de largura. O produto com umidades que variavam aproximadamente entre 0,5 a 1,7 em base seca foi submetido a secagem no intervalo de temperatura de 55 a 130 oC. No caso dos ramos, além do efeito da umidade inicial (e/ou de alimentação) e da temperatura, foi considerado a influência do diâmetro do sólido sobre a cinética de aquecimento e secagem em três níveis (3,5x10-3 m, 6,5x10-3 m e 10,0x 10-3 m). Valores experimentais das variáveis investigadas obtidos em malha aberta foram utilizados com o propósito de validação de dois diferentes modelos de secagem, para folhas e ramos, em secadores de camada fina. Ambos os modelos foram essencialmente obtidos por balanços de massa do soluto e energia, porém o equacionamento envolvendo os ramos como produto considera em detalhe os mecanismos de transporte de calor e massa. A diferença residual entre valores experimentais e calculados de umidade e temperatura dos sólidos em todas as condições investigadas confirma a confiabilidade dos modelos e permite a utilização dos mesmos para propósitos de otimização e controle. De fato, o modelo dinâmico para folhas foi empregado para ajuste dos parâmetros de um controlador PID empregado em uma estratégia de controle de umidade de descarga de folhas de erva-mate por manipulação da velocidade da esteira. Para esta particular finalidade, uma subrotina de otimização dos parâmetros do controlador (método simplex) foi implementada na rotina numérica de solução do sistema de equações diferenciais que caracteriza o modelo para folhas, a fim de gerar um conjunto de valores da variável manipulada (velocidade da esteira) que permitisse o controle da umidade de descarga do sólido. A validade da estratégia de controle por realimentação foi verificada por comparação entre respostas experimentais e valores desejados de umidade em malha fechada através de perturbação do sistema (alteração do set-point) em diferentes condições de operação do secador de esteira.Abstract: Experimental results of moisture content and temperature of leaves and twigs of mate (Ilex paraguariensis) were obtained in a batch and in a conveyor dryer. The first response was determined by conventional gravimetric method, while the second was measured with an infrared sensor. Whole mate leaves of thickness 0.23x10-4 m, shaped like ellipses (semi-axes of 0.04 and 0.06 m), and cylindrical twigs 4x10 m in length were separately used in the experiments. Drying always taken place in a chamber fed with a thin bed of material 0.5-1 m long and 0.05 m wide. The product with an inlet/initial moisture content varied between 0.5 and 1.7 (d.b.) was dried in the temperature range from 55 to 130 oC. In the case of twigs, the influence the particle diameter (3.5x10-3 m, 6.5x10-3 and 10x10 m) on the kinetics of drying and heating was also considered. Open-loop experimental results of the investigated variables were used to validate two different drying models for leaves and twigs in thin layer dryers. Both the models are essentially based on a solute and energy balance, but the twigs equations consider the mechanisms of mass and heat transfer in detail. The residual difference between the experimental and calculated responses (i.e.; moisture content and solid temperature) under all the examined conditions confirms the reliability of the models. So, their use may be extended for the purpose of process optimization and control. In fact, the dynamic model for drying of leaves was applied to tune the parameters of a PID controller involved in a drying control strategy based on the manipulation of the speed of the conveyor. For this particular goal, a subroutine of optimization (simplex method) was implemented in a numerical computational program written to solve the ordinary system of differential equations that represents the drying model. In such a way, a set of manipulated variables (speed conveyor) that allows for the control of the moisture content in the discharge of the dryer was obtained. The consistency of the feedback control strategy was verified at quite different operating conditions by a comparison between measured and desired discharge moisture content of mate leaves by imposing step disturbances on the set-point.93f. : il., tabs., grafs.application/pdfDisponível em formato digitalTecnologia de alimentosErva-mate - IndústriaSecagemUmidadeSecagem de folhas e ramos de erva-mate em leito de camada delgada : experimentos, modelagem, simulação e controle em secador de esteira de passagem simples e zona únicainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - T - LOYSE TUSSOLINI.pdfapplication/pdf2019473https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/36167/1/R%20-%20T%20-%20LOYSE%20TUSSOLINI.pdf549909c9dbfc04f2ce731abef29bd80bMD51open accessTEXTR - T - LOYSE TUSSOLINI.pdf.txtExtracted Texttext/plain155081https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/36167/2/R%20-%20T%20-%20LOYSE%20TUSSOLINI.pdf.txtef04c7927c90e5f309a0763540c549c8MD52open accessTHUMBNAILR - T - LOYSE TUSSOLINI.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1154https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/36167/3/R%20-%20T%20-%20LOYSE%20TUSSOLINI.pdf.jpgfaae2134283a11ba33166fdf3634ac09MD53open access1884/361672024-07-04 14:28:47.839open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/36167Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082024-07-04T17:28:47Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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