Orientador : Isaias de Carvalho Macedo

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas

Resumo: Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um Sistema de Secagem capaz de operar em locais não servidos por energia elétrica e que utilizasse basicamente um combustível passível de ser produzido localmente. Esse sistema denominado SISTEMA AUTONÔMO DE SECAGEM, foi constituído por...

Resumo: Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um Sistema de Secagem capaz de operar em locais não servidos por energia elétrica e que utilizasse basicamente um combustível passível de ser produzido localmente. Esse sistema denominado SISTEMA AUTONÔMO DE SECAGEM, foi constituído por um gaseificador de madeira, tipo co-corrente, um motor estacionário de combustão interna, um ventilador radial, trocadores de calor, ciclone, filtros, dutos de conexão e silo de grãos. O gaseificador era o responsável pelo fornecimento de toda a energia mecânica e térmica, exceto aquela necessária para a partida do Sistema. O gaseificador foi estudado e testado para determinação de sua faixa de operação (potência) sem produção de alcatrão. Foi verificada também a influência do tamanho da partícula de madeira sobre a produção de alcatrão. Para a faixa de tamanhos de cavacos testada, a potência do gaseificador foi limitada apenas pela perda de carga e não pela produção de alcatrão como era esperado. Para testar o motor estacionário foi construído um banco de ensaios, utilizando um gerador de corrente alternada como freio dinamométrico. O motor foi testado, alimentado com gasolina e com gás pobre, e sua eficiência foi relacionada com a rotação e a carga. Os resultados foram generalizados para todo o campo de operação do motor. O ensaio do ventilador foi efetuado utilizando-se a montagem do próprio Sistema de Secagem. Os testes do ventilador possibilitaram a determinação de sua curva característica e eficiência. A determinação da temperatura do ar de secagem foi efetuada através do ensaio de todo o Sistema (com o silo de grãos vazio), para várias vazões de ar, com o motor sendo alimentado com gasolina e com gás pobre, em várias rotações. Os resultados dos ensaios de cada componente, juntamente com os resultados dos ensaios do conjunto possibilitaram a simulação numérica da operação do Sistema. Os resultados da simulação foram comparados com os resultados experimentais e estendidos a toda a faixa de operação do motor estacionário. O Sistema mostrou-se muito eficiente do ponto de vista do aproveitamento da energia. A eficiência total definida como a relação percentual entre as energias mecânica + térmica e a energia do combustível variou entre um mínimo de 36% a um máximo de 78%. A simulação da secagem de grãos foi desenvolvida a partir do Modelo de Thompson e seus resultados foram comparados com resultados experimentais da secagem realizada com este Sistema e com resultados experimentais obtidos por outros pesquisadores. A simulação da secagem, juntamente com a simulação da operação do Sistema foram utilizadas para estudar os efeitos da posição do ventilador e a influência do binômio vazão-temperatura sobre a secagem e o consumo de energia. A instalação do ventilador após o silo (fazendo aspiração) proporcionou uma secagem mais uniforme entre as várias camadas de grãos. O aumento da temperatura propicia uma secagem mais rápida, mas muito desigual. Os resultados são analisados e apresentados na forma de tabelas e gráficos

Abstract: The objective of the present work is the development of a drying system suitable for operation without electric energy and that could be fed by locally produced fuel. The system herein called SELF-SUFFICIENT DRYING SYSTEM is constituted by a moving bed wood gasifier, an internal combustion...

Abstract: The objective of the present work is the development of a drying system suitable for operation without electric energy and that could be fed by locally produced fuel. The system herein called SELF-SUFFICIENT DRYING SYSTEM is constituted by a moving bed wood gasifier, an internal combustion engine, a fan, heat exchangers, cyclone and filters, ducts and grain bin. All mechanical and thermal energy used to operate the system, except that needed for its starting is supplied by the wood gasifier. The wood gasifier was tested to find out its tar free operation range and the influence of wood size in tar production. In the whole range of wood size tested, power generation was limited by heat losses instead of tar production as could be expected. An alternated current generator was used as dynamometer brake to test the internal combustion engine. The engine was tested running with petrol and poor gas, and its efficiency related to speed and brake power. Results were the whole engine operation range. The drying air temperature was measured with empty bin through the operation of the whole system, for several air flow rates, with the engine fed by petrol and poor gas at various rotations. Results of those tests of each component as well as tests with the whole system made possible the numerical simulation of the system. Simulation results were compared with experimental ones and extended to the whole range of engine operation. The system proved to be very efficient as for as energy use is concerned. The total efficiency, defined as the percent ratio of mechanical plus thermal energy to the full heat content, varied from a minimum of 36% to a maximum of 78%. Grain drying was simulated by means of Thompson's model, and the results compared with experimental data obtained by the present author as well as those obtained by other workers. The system operation simulation together with the grain drying simulation were used to study the effects of fan position relative to grain silo and the influence of air temperature and flow rate over drying time and energy consumption. Setting up the fan behind the bin (suctioning rather than blowing) promoted a more uniform drying among the several layers. Increasing the temperature allows a quicker but rather unequal drying. Results are presented in table and graphic forms and discussed