O documento apresenta um estudo sobre o projeto de secadores contínuos, abordando conceitos como mecanismos de migração de umidade, classificação de secadores, estudos de caso de secadores rotativos e em leito fluidizado. Dois casos são modelados e resolvidos, dimensionando os equipamentos para atender a produções específicas.

1. SECADORES
Cálculo de projeto para secadores contínuos
Disciplina: Operações Unitárias II
Docente: Daiane
Discentes: Renato Leitão e Stéfano Praxedes

2. Tópicos a serem apresentados
Princípios de secagem
Conceituação geral
Mecanismos de migração de umidade
Classificação
Estudo de caso 1: Secador Rotativo
Estudo de caso 2: Secador em Leito Fluidizado
Curva de secagem

3. Conceituação geral
 Princípios de secagem
 A secagem tem a finalidade de eliminar um líquido volátil contido num
corpo não volátil, através de evaporação. Portanto, a secagem de nosso
interesse é caracterizada pela evaporação da água do material.
 Durante a secagem é necessário um fornecimento de calor para evaporar a
umidade do material e também deve haver um sorvedor de umidade para
remover o vapor água, formado a partir da superfície do material a ser seco.

4. Conceituação geral
 Mecanismos de migração da umidade
 O movimento de água do interior do material até à superfície é
analisado pelos mecanismos de TM, que indicará a dificuldade de
secagem
o Difusão líquida
o Difusão de vapor
o Escoamente de um líquido e de vapor

5. Conceituação geral
 Curva de secagem
Diminuição do teor de água do
produto durante a secagema curva
obtida pesando o produto durante a
secagem numa determinada condição
de secagem.
Representa a
variação da
temperatura do
produto durante a
secagem.
Representa a
velocidade (taxa) de
secagem do produto
(variação do conteúdo
de umidade do produto
por tempo, dX/dt em
relação à evolução do
tempo t), isto é, é a
curva
obtida diferenciando a
curva (a)

6. Critérios para Classificação
 Devido à grande variedade de tipos de produtos que devem ser
secos por diferentes métodos, existe também uma variedade de
projeto de secadores.
 Os critérios para se classificar os secadores são muitos.

7. Classificação: Método de Operação

8. Tipos de Secadores de Grãos: Secadores Contínuos
 O grão fica constatemente sob ação do calor, até que seu teor de
umidade atinja um valor desejado.
 Há um fluxo constante de produto no interior do secador e,
simultaneamente, há grãos úmidos entrando, grãos em fase de
secagem e grãos secos e frios sendo descarregados.
 A secagem ocorre, geralmente, em duas etapas bem definidas:
• Primeira etapa: a massa de grãos é atravessada por um fluxo de
ar quente, que tem por finalidadade a secagem propriamente dita;
• Segunda etapa: o produto é atravessado por um fluxo de ar com
temperatura ambiente, que tem como finalidade resfriá-lo.

9.  O produto passa por um mecanismo de regulagem de fluxo que
determinará o tempo de exposição ao ar de secagem (tempo de
residência).
 A secagem contínua é indicada para grande quantidade de produto e
tem como vantagem a redução de tempo total de secagem
(eliminação da operação de carga /descarga).
 No caso da secagem de sementes em geral, torna-se difícil operar os
secadores contínuos, uma vez que a temperatura do ar de secagem
deve ser menor do que aquela utilizada para grãos (trincas nos
grãos).
Tipos de Secadores de Grãos: Secadores Contínuos

10. Estudo de caso – Secadores rotativos
 Principais usos:
 Secagem de pastas que não formam aglomerado ( ex.: massa de bolo
Vilma, alguns catalisadores.)
 Sólidos de fluxo livre (ex.: grãos em geral, minério)
 Fatores importantes a serem considerados na hora da seleção de um
secador
 Modo pelo qual o calor é fornecido ao material (Condução, Convecção ou
Radiação)
 Temperatura e pressão de operação ( altas ou baixas temperaturas;
secagem atm ou a vácuo)
 Maneira pela qual o material se comporta dentro do secador ( tipo)

11. Estudo de caso – Secadores rotativos
 Diagrama esquemático de um secador rotativo

12. Estudo de caso – Secadores rotativos
 Descrição do problema
Para a secagem de pellets de catalisador, os engenheiros de uma determinada indústria
decidiram que um secador rotativo direto será adequado, e investigaram o
desempenho do secador em uma planta piloto, afim de obter dados para o aumento de
escala. A produção F deverá ser de 350 kg/h em base seca. Os pellets tem forma
cilíndrica, aproximadamente 1 cm de comprimento e 1 cm de diâmetro, a sua
densidade aparente ρb é 570 kg/m³ , o calor específico Cps é 1kJ/kg K, e o teor de
umidade X0 , de acordo com resultados anteriores de funcionamento da unidade fabril,
é de 0,65 kg/kg db. O produto final, de modo a ser estável tem de ter um conteúdo de
unidade X de até 0,05 kg/kg db. O material não adere ao secador, contudo é sensível
a altas temperaturas. A temperatura inicial T1ar não pode exceder 150-179 °C. O
fluido de aquecimento será o ar. Um permutador de calor de vapor-ar será usado para o
aquecimento. A velocidade do ar deve ser controlada para não arrastar produto. A Tab.1
apresenta os parâmetros de operação da planta piloto.

13. Estudo de caso – Secadores rotativos
 Modelagem do problema
T1ar=160 °C
T2ar=65 °C
Tw = 40 °C
uperm = 3 kg/m²s
τ=0.35h
T2p=45 °C
T1p=25 °C

14. Estudo de caso – Secadores rotativos

15. Estudo de caso – Secadores rotativos
 Equações de projeto
 Balanço de Massa
 Massa total alimentada:
 Massa total na saída do secador:
 Taxa de evaporação de água mw (kg/h):
Onde,
F: produção em base seca
X0: teor de umidade na entrada do secador
X: teor de umidade na saída do secador
Balanço de Energia
 O calor fornecido nos secadores são utilizados para 5 princípios diferentes
na operação unitária de secagem, são eles:
0
1 FX
F
F 

FX
F
F2 

2
1
w F
-
F
m 

16. Estudo de caso – Secadores rotativos
 Primeiro: Para aquecer a água contida no produto
, onde Cpw é o calor específico da água
 Segundo: Para evaporar a água que sai do material.
, onde ΔHw é o calor de vaporização da água (kJ/kg)
 Terceiro: Para aquecer o vapor da temperatura inicial de bulbo úmido até a
temperatura de saída do ar.
, onde Cpv é o calor específico do vapor
 Quarto: Para aquecer o material sólido de sua temperatura inicial até a temperatura
de saída.
, onde Cps é o calor específico do catalisador
)
T
-
(T
FC
Q m1
m2
ps
4 
)
T
-
(T
C
m
Q 1p
w
pw
w
1 
)
T
-
(T
C
m
Q w
2ar
pv
w
3 
H
m
Q w
w
2 


17. Estudo de caso – Secadores rotativos
 Quinto: Para aquecer a água que permanece na saída do produto
Assim, o calor total transferido para o produto é determinado adicionando o fator
corretivo α:
α: é um fator que compensa as perdas de calor devido à condução entre a superfície
externa do secador e o ar atmosférico, devido a radiação.
*Estas perdas são estimadas em cerca de 7,5-10% do consumo de calor.
 Equações de dimensionamento
 Taxa de massa de ar G necessária afim de transferir uma quantidade
suficiente de calor para secagem:
)
( 2
1
, ar
ar
ar
p T
T
C
Q
G


)
Q
Q
Q
Q
)(Q
(1
Q 5
4
3
2
1 




 
)
T
-
(T
FXC
Q m1
m2
pw
5 

18. Estudo de caso – Secadores rotativos
 Diâmetro D do secador:
 Volume V do secador:
 Comprimento L do secador:
* Na prática uma relação L/D deve estar entre 4-10 para um ótimo desempenho
do secador.









perm
ju
G
D

3600
4
s
H
F
V

 2

2
4
D
V
L


H
s

 : Tempo de residência do produto
: Densidade aparente do catalisador
: Resistência à secagem (demora)

19. Estudo de caso – Secadores rotativos
 Equações de desempenho
 Numero de unidades de transferência de calor NT:
 Quantidade de calor fornecida ao permutador de calor para aquecimento do
fluxo de ar da temperatura atmosférica T0 para a temperatura de entrada no
secador, T1ar.
Eficiência térmica :
w
ar
w
ar
T
T
T
T
T
N



2
1
ln
)
( 0
1
, T
T
GC
Q ar
ar
p
he 

he
th
Q
Q
Q
Q
Q
Q
n 5
4
3
2
1 





20. Estudo de caso – Secadores rotativos
 Resultado dos cálculos

21. Estudo de caso – Secadores rotativos
 Resultado dos cálculos
 Aquecendo a massa de catalisador de 25 – 40 °C
33
42
51
66
80
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
350 450 550 700 850
kJ/h
kg/h db
Redução energética no cooler
Planilha

22. Estudo de caso – Secadores em Leito Fluidizado
• Um secador de leito fluidizado contínuo é um equipamento no
qual uma alimentação contínua de material particulado úmido é
seco por contato com ar aquecido que é soprado através do leito
deste material para mantê-lo em um estado fluidizado.
• A secagem em leito fluidizado depende de fluidização  o teor de
umidade da alimentação é geralmente mais baixo que os usados
em secadores rotativos e do tipo “flash”.
• Dois tipos principais de secadores de leito fluidizado são
encontrados: um tipo circular com um leito profundo (0,5 a 2,0m);
e um tipo retangular com um leito de até 0,2m de profundidade.

23. Estudo de caso – Secadores em Leito Fluidizado
Secadores Circulares
• Temperaturas elevadas na entrada
(800°C); usado para secar carvão,
calcário, escória de alto forno.
• A intensidade do fluxo de ar deve ser
tal que supere a velocidade terminal
do produto, provocando turbulência e
carreando este.
• A composição da corrente de produto
é a igual a composição do leito.
• Incrustações não passíveis de ocorrer
devido o conteúdo do secador esrtá
seco

24. Estudo de caso – Secadores em Leito Fluidizado
Obter 40 t/h de areia seca em um secador de leito fluidizado funcionando
continuamente. A alimentação contém 5% de água em massa e está a 10°C. A
umidade do produto deve ser menor que 0,1% O tamanho médio de partícula é
400μm. O calor específico da areia é 0,84 kJ/kg K. O ar ambiente é aquecido a
750°C pela queima de gás natural. O calor específico do ar é 1,05 kJ/kgK.
Solucão
• Balanço de massa para água e areia:
• Quantidade de água evaporada é dada por:
mH2O,Evap = 2103 – 40 = 2063 kg/h
ENTRAD
A
SAÍDA
ÁGUA 2103 40
AREIA 39960 39960
TOTAL 42063 40000

25. Estudo de caso – Secadores em Leito Fluidizado
• Balanço de energia:
*Tomar a temperatura de saída do gás e do produto como sendo 90°C
1. Evaporar a água / Aquecer o vapor / Aquecer a água contida no produto
Q1 = mH2O,Evap(ΔHH2O + CP,V.T2AR – CP,H2O.T1H2O)
Q1 = 2063(2504 + 1,886.90 – 4,19.10) = 5,43.106 kJ/h
2. Aquecer a areia de sua temperatura inicial até a temperatura de saída.
Q2 = mAREIA.CP,AREIA(T2P – T1P)
Q2 = 39960.0,84(90 – 10) = 2,69.106 kJ/h
3. Aquecer a água que permanece na saída do produto
Q3 = mH2O,S(T1H2O – T2H2O)
Q3 = 40.4,19(90 – 10) = 13,4.103 kJ/h
4. Calor necessário para o processo
QTOTAL1 = Q1 + Q2 + Q3 = 8,2.106 kJ/h

26. Estudo de caso – Secadores em Leito Fluidizado
5. QTOTAL1 é transferido pelo agente de secagem que é resfriado de 750 para 90°C.
*O agente de secagem fornece calor para perdas por convecção e radiação (~1,1).
- Essa é a quantidade de calor que é transferida da combustão do gás natural para o
agente de secagem.
6. Quantidade de calor utilizado para evaporar a água
QTOTAL2 =1,1QTOTAL1
T1AR -T1ÁGUA
T1AR -T2AR
QTOTAL2 =1,1.8,2.106
.
750-10
750-90
=107
kJ / h
QEVAP =
107
2063
= 4,85.103
kJ / h

27. 7. Ventilador de Exaustão
Quantidade de ar a ser utilizada:
O Ventilador de exaustão puxa o ar quente e úmido para os ciclones. A densidade do ar a
90°C é 0,97 kg/m3. A vazão de ar no escoamento livre é:
*O fator 1,1 é usado para levar em consideração a atração de ar de ingresso
A vazão de vapor de água na seção de escoamento livre é:
A vazão total de gás na seção de escoamento livre é 18.103 m3/h
8. Diâmetro do Secador de Leito Fluidizado
*Para evitar o entranhamento excessivo de poeira, uma velocidade superficial de gás um
pouco acima do leito fluidizado de 0,8 m/s é considerada. Esta velocidade é reduzida para
0,4 m/s na seção de desacoplamento. O cálculo do diâmetro do secador é dado por:
P
4
D2
0.8 =18.103
m3
/ h
107
1,05(750-10)
=12,9.103
kg / h
1,1.
12,9.103
0,97
=14,6.103
m3
/ h
2063
0,6
= 3,4.103
m3
/ h
D = 2,82m

28. Estudo de caso – Secadores rotativos
 Conclusão

29. BIBLIOGRAFIAS CONSULTADAS
[1] PERRY, R. H., BENSKOW, L. R., BEIMESCH, W. E., et al. Perry’s Chemical
Engineers’ Handbook. 8ed. Nova Iorque: McGraw-Hill, 2008.
[2] KERN, Donald Q. Process Heat Transfert, McGraw-Hill Kogakusha, Tóquio,
1950, 871p.
[3] INCROPERA F.P.; DE WITT D.P. Fundamentals of Heat and Mass Transfer,
John Willey & Sons, New York, 3ª ed, 1990. 970p.
[4] KEEY, R. B. Introduction to industrial drying operations. Oxford: Pergamon
Press, 1978.
[5] PARK, ANTONIO, OLIVEIRA e PARK. Conceitos de Processo e
Equipamentos de Secagem. Disponível em:
http://www.feagri.unicamp.br/ctea/manuais/concproceqsec_07.pdf
[6] SILVA, AFONSO e DONZELLES. Secagem e Secadores. Disponível em:
ftp://ftp.ufv.br/dea/poscolheita/Livro%20Secagem%20e%20e%20Armazenagem%20
de%20Produtos%20Agricolas/livro/mb_cord/mb1/cap5.pdf