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Ttulo [PT]: Avaliao de estratgias de operao e de controle da secagem industrial do farelo de soja
Autor(es): Gianini Regina Luz
Palavras-chave [PT]:

Farelo de soja. Secador rotativo indireto. Secador rotativo direto. Anlise energtica. Secagem indireta. Secagem direta. Controle de processo PID. Modelo dinmico. Secagem. Controle de processo. Brasil.
Palavras-chave [EN]:
Brazil.
rea de concentrao: Desenvolvimento de Processos
Titulao: Doutor em Engenharia Qumica
Banca:
Cid Marcos Gonalves Andrade [Orientador] - UEM
Paulo Roberto Paraso [Orientador] - UEM
Luiz Mario de Matos Jorge [Co-orientador] - UEM
Rubens Macial Filho - UNICAMP
Wagner Andr dos Santos Conceio - UNICENTRO
Edson Antonio da Silva - UNIOESTE
Oswaldo Curty da Motta Lima - UEM
Resumo:
Resumo: O farelo de soja um produto de grande consumo no mercado interno e externo, essencialmente como rao animal. No entanto, as especificaes nutricionais de comercializao deste produto dependem fundamentalmente das condies de secagem. Deste modo, a utilizao convencional do secador rotativo indireto nesta operao precisa atender a estas especificaes, as quais impem altos custos operacionais em funo do alto consumo energtico. Neste sentido, verifica-se a necessidade de investigar outros tipos de secadores com operao mais eficiente e econmica, e que apresentem produtos de qualidade a baixo custo. Assim, visando atender a esses objetivos, decidiu-se estudar e comparar a secagem do farelo em secadores rotativo direto e indireto. A escolha do secador rotativo direto est relacionada a utilizao do ar para promoo da secagem e ao fato do farelo entrar no secador com altas temperaturas decorrentes de etapas anteriores de processo. Este tipo de secador fornece bons gradientes de temperatura e de umidade entre o slido e o ar no seu interior e uma maior facilidade de trabalho com as variveis manipuladas de entrada do processo; assim, espera-se que estas caractersticas garantam boa qualidade do produto final. Entretanto, seu projeto e sua utilizao efetivos dependem de anlises comparativas com o secador rotativo indireto; sendo estas, o consumo energtico, a dinmica de secagem, e a aplicao do sistema de controle Proporcional-Integral-Derivative (PID). As formas de secagem direta e indireta foram modeladas em condies permanente e transiente. A condio permanente foi usada para a avaliao dos consumos energticos para ambas as formas de secagem. Observou-se que o consumo de energia na forma direta foi bem menor do que na forma indireta. A anlise da dinmica do processo foi realizada a partir da simulao do modelo matemtico em regime transiente. Simulaes da secagem foram realizadas em diversas condies operacionais, sempre considerando a umidade e a temperatura na sada do secador como parmetro representativo da qualidade do produto. Observou-se que os resultados dessas variveis no tempo se comportaram de forma semelhante ao de alguns materiais apresentados na literatura. Alm disso, verificou-se que as variaes da temperatura do vapor nos tubos ou do ar injetado, da umidade inicial do farelo e da velocidade de deslocamento do farelo no secador foram as principais responsveis pela alterao do regime no secador rotativo operando de forma direta ou indireta. Dada a consistncia dos modelos e os efeitos das perturbaes de processo, o sistema de controle PID foi sugerido para manter a umidade do farelo na descarga dos secadores prxima a 0,14 (b.s.) por meio da manipulao da velocidade de deslocamento do farelo e da temperatura de vapor nos tubos, para o secador rotativo indireto; e, da manipulao da velocidade de deslocamento do farelo e da temperatura do ar de secagem, para o secador rotativo direto. O controle PID foi avaliado para as estruturas Single Input and Single Output (SISO) e Multiple Input and Single Output (MISO). As respostas dinmicas da umidade do farelo na sada foram analisadas em malha aberta e fechada para perturbaes em degrau, pseudo-aleatrias e em impulso. O critrio de desempenho do PID entre os casos propostos foi estudado por comparao em termos de freqncia e magnitude e, pela Integrated Squared Error (ISE). Adicionalmente, as anlises do PID SISO e MISO tambm foram realizadas para as condies de operao com menores consumos energticos para verificar em que condies a controlabilidade poderia ser maior. Os resultados de aplicao do controle mostraram que o PID SISO se destacou ao manipular a temperatura do vapor nos tubos e a temperatura de entrada do ar. Alm disso, os resultados da aplicao do PID SISO e MISO para as condies de operao com os menores consumos energticos mostraram que, para os secadores rotativos indireto e direto, a controlabilidade foi melhor em temperaturas mais elevadas. A utilizao do secador rotativo direto se mostrou mais vantajosa que a do secador rotativo indireto no que se refere ao consumo energtico e controlabilidade.

Abstract: Soybean meal is a product of high consumption in the national and international markets, essentially, as animal feed. However, its nutritional specifications of commercialization fundamentally depend on drying conditions. Therefore, the conventional utilization of the indirect rotary dryer requires these specifications in this operation that impose high operational costs due to enormous amount of energy consumed. As such, there is necessity of investigating other types of dryers with more efficient and economical operation and that present quality products at low cost. Then, in order to attend these aims, it was decided to study and compare the drying of the soybean meal in direct and indirect rotary dryers. The choice of the direct rotary dryer is related to utilization of air to promote the drying and the fact that the soybean meal enters into the dryer at high temperatures due to previous stages of the process. This type of dryer provides good gradients of temperature and moisture between the solid and the air inside the dryer and shows greater facility to work with the manipulated variables of input of the process; then, it is expected that these characteristics guarantee good quality in the final product. However, its effective design and usage depends on comparative analyses with the indirect rotary dryer; being these ones, the energetic consumption, dynamic of drying, and application of Proportional-Integral-Derivative (PID) control system. The forms of direct and indirect drying were modeled in permanent and transient conditions. The permanent condition was used to evaluate the energy consumption for the kinds of drying. It was observed that the energy consumption in a direct kind was much smaller than in an indirect kind. The analysis of the dynamics of the process was carried out from the simulation of mathematical model in transient regime. Drying simulations were realized in various operational conditions, taking into account always output moisture and temperature in the dryer, as a representative parameter of quality of the product. It was observed that the results of these variables behaved similar manner to some of the materials along the time as shown in the literature. In addition, it was verified that the variations of steam temperature in the tubes or injected air temperature, initial moisture and speed of displacement of the soybean meal in the dryer were the main responsible for changing of the regime in the rotary dryer operating direct or indirect kind. Giving the consistency of the models and the effects of process disturbances, the PID control system was suggested to keep the moisture of the soybean meal in the discharge of dryers near 0.14 (d.b.) by manipulating the speed of displacement of the soybean meal and steam temperature in the tubes for the indirect rotary dryer and the manipulation of the speed of displacement of the soybean meal and drying air temperature for the direct rotary dryer. The PID control was assessed for the structures of Single Input and Single Output (SISO) and Multiple Input and Single Output (MISO). The dynamic responses of the soybean meal moisture in the output dryer were analyzed for the step, pseudo-random and impulse disturbances by open and closed loop. The performance criterion of PID control among the proposed cases was studied by comparison in terms of frequency, magnitude and the Integrated Squared Error. Additionally, the analyses of SISO and MISO PID were also realized for the operational conditions with lower energy consumption to verify the conditions that have the best controllability. The results of application showed that the PID SISO stood out to manipulate the temperature of steam in the tubes and inlet air temperature. Moreover, the results of application of PID SISO and MISO for operation conditions with lower energy consumption showed that for indirect and direct rotary dryers the controllability is better at higher temperatures. The utilization of direct rotary dryer revealed to be more advantageous than the indirect rotary dryer with reference to energy consumption and the controllability.
Data da defesa: 19/02/2010
Cdigo: vtls000180473
Informaes adicionais:
Idioma: Portugus
Data de Publicao: 2010
Local de Publicao: Maring, PR
Orientador: Prof. Dr. Cid Marcos Gonalves Andrade ; Prof. Dr. Paulo Roberto Paraso
Co-orientador: Prof. Dr. Luiz Mrio de Matos Jorge
Instituio: Universidade Estadual de Maring. Departamento de Engenharia Qumica. Programa de Ps-Graduao em Engenharia Qumica
Nvel: Tese (doutorado em Engenharia Qumica)/
UEM: Programa de Ps-Graduao em Engenharia Qumica

Responsavel: inez
Categoria: Aplicao
Formato: Documento PDF
Arquivo: TeseGianini 2010atual10.pdf
Tamanho: 2315 Kb (2370496 bytes)
Criado: 27-09-2010 10:46
Atualizado: 27-09-2010 10:55
Visitas: 1801
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