Análise energética e exergética de um secador industrial

Abstract

Atualmente, a gestão dos recursos energéticos, é um desafio que a sociedade enfrenta, especialmente o sector da industrial. A adaptação a esta realidade passa por potencializar a eficiência energética dos equipamentos e processos, complementada pelo recurso a fontes alternativas de energia. A quantificação do potencial para realizar trabalho (qualidade da energia), à luz da Segunda Lei da Termodinâmica, resulta do conceito de exergia. A análise exergética apresenta-se como uma ferramenta útil de avaliação e otimização de sistemas de energia, complementando a análise energética. O presente trabalho propõe demonstrar uma metodologia para análise de um secador industrial, em regime permanente, que promove a evaporação da água presente nos produtos através de correntes, perpendiculares, de gases relativamente secos. Para efetuar a análise aos 3 secadores recorre-se à elaboração do balanço mássico, energético e exergético, apoiados pela quantificação dos respetivos rendimentos. Por outro lado, pretende-se obter a relação final do balanço energético e exergético que determina as perdas de energia gerais no secador e a destruição de exergia por irreversibilidades. Pela análise energética, verificou-se que os 3 equipamentos apresentam consideráveis perdas de energia no processo de secagem dos produtos húmidos. No secador 2, as perdas de calor da estrutura para o ar ambiente por mecanismo combinado de condução e convecção (natural e forçada) atingem 130 kW, e as perdas de energia gerais ascendem a 1040 kW. Tendo em conta as perdas significativas, este equipamento apresenta o pior desempenho energético, fixando-se em 86,76%. Através da análise exergética, complementa-se os resultados obtidos na análise energética, sendo que, o secador 2 apresenta o pior rendimento exergético (2,10%) no processo de evaporação da água dos produtos húmidos, assim como, maior exergia associada às perdas de calor (21,5 kW). Inerente a todas estas perdas, o secador 2 é o que apresenta maior taxa de destruição de exergia: 599,126 kW. De forma a dar continuidade a este estudo, propõe-se a realização de uma análise económica utilizando os princípios metodológicos das técnicas da exergoeconomia.

Nowadays, the management of energetic resources is a challenge that society faces, especially in the industrial sector. The adaptation to this reality means to increase the energetic efficiency of equipment and processes, complemented by the use of alternative energy sources. The quantification of the potential to perform work (quality of energy), according to the Second Law of Thermodynamics, comes from the concept of exergy. The exergetic analysis presents itself as a useful tool in the evaluation and optimization of energy systems, complementing the energetic analysis. This work aims to demonstrate a methodology to analyze an industrial dryer, in permanent regime, that promotes the evaporation of the water in products due to perpendicular currents of gases that have low humidity. To perform the analysis of the three dryers, we need to elaborate the mass balance, energetic and exergetic, supported by the quantification of the respective performance. On the other side, it is expected to obtain the final relation of both the energetic balance and exergetic balance that determine the general energy losses of the dryer and the destruction of exergy due to irreversibility. Thanks to energetic analysis, we have verified that the three dryers presented considerable energy losses in the drying process of moist products. In particular, dryer 2 heat losses, to the surrounding air by the mechanism combined of conduction and convection, reach the 130kW, and the general loss of energy goes up to 1040kW. Taking in consideration these significant losses, this equipment has the worst performance energy-wise, fixated at 86,76%. Through the exergetic analisys, we complement the results obtained in the energetic analisys, being that dryer 2 has the worst exergetic performance (2,10%) at the process of evaporation of water of the humid products, and the most exergy associated with the losses of heat (21,5kW). Inherent to all this losses, dryer 2 has the biggest rate of exergy destruction: 599,126 kW. In order to give continuity to this study, we propose to perform an economic analysis using the methodologic principles of the exergoeconomy techniques.