Validação de um modelo matemático para secadores rotativos indiretos

Abstract

RESUMO: Sistemas de secagem de farelo são amplamente utilizados na indústria, sendo o farelo de soja um dos principais produtos que necessitam desse processo, a fim de preservar suas propriedades nutricionais e ampliar sua vida útil. Neste contexto, o presente trabalho propôs e executou um estudo experimental e computacional do processo de secagem em um secador rotativo indireto de bancada, com o objetivo de analisar a influência de variáveis operacionais - como rotação, inclinação e taxa de alimentação - sobre o desempenho térmico e a eficiência de remoção de umidade. Adicionalmente, buscou-se aplicar e validar um modelo matemático para simulação da secagem, utilizando a plataforma MATLAB, com base em dados experimentais. Os resultados obtidos demonstraram que a rotação do secador e a inclinação do equipamento influenciam diretamente o tempo de residência do material, impactando de forma significativa a umidade final do farelo. De modo geral, menores rotações e inclinações favoreceram a transferência de calor e massa, resultando em maior eficiência do processo. Dentre os parâmetros avaliados, o tempo de residência se destacou como um dos mais relevantes para o desempenho do secador, sendo determinante na eficiência de secagem. Verificou-se, ainda, que as equações clássicas de tempo de residência amplamente utilizadas em projetos de secadores, como as presentes em Perry's Chemical Engineers' Handbook e no Handbook of Industrial Drying, não representaram adequadamente o comportamento do equipamento em escala piloto. Essa limitação evidenciou a necessidade de desenvolvimento de novas correlações fenomenológicas mais adequadas às condições reais de operação. A comparação entre os resultados simulados e experimentais indicou níveis aceitáveis de concordância, validando a estrutura do modelo proposto.

ABSTRACT: Bran drying systems are widely used in industry, with soybean meal being one of the main products requiring this process to preserve its nutritional properties and extend shelf life. In this context, this study proposed and conducted an experimental and computational analysis of the drying process in a bench-scale indirect rotary dryer, aiming to evaluate the influence of operational variables-such as rotation, inclination, and feed rate-on thermal performance and moisture removal efficiency. Additionally, the study sought to apply and validate a mathematical model for drying simulation using MATLAB, based on experimental data. The results showed that dryer rotation and equipment inclination directly affect material residence time, significantly impacting the final moisture content of the bran. In general, lower rotation speeds and inclinations improved heat and mass transfer, leading to higher process efficiency. Among the evaluated parameters, residence time stood out as one of the most relevant for dryer performance, being decisive in drying efficiency. Furthermore, it was found that classical residence time equations widely used in dryer design-such as those in Perry's Chemical Engineers' Handbook and the Handbook of Industrial Drying-did not adequately represent the behavior of the pilot-scale equipment. This limitation highlighted the need to develop new phenomenological correlations better suited to real operating conditions. The comparison between simulated and experimental results showed acceptable agreement levels, validating the proposed model structure.