Fixed-bed drying simulation with constant enthalpy, using the improved Michigan State University model

Abstract

Drying of agricultural products at high temperatures can be simulated by mathematical models, which intend to describe the drying process close to commercial patterns. They are based on simultaneous heat and mass transfer between the product that is losing moisture, and the air that is supplying energy to the process. All models use these balances, never allowing values of relative humidity of the air to be greater than 100%. However, it has not been common to evaluate air enthalpy, which should not have significant variation during the entire process, accepted as adiabatic. In this work, a mathematical model is proposed for fixed-bed corn (Zea mays L.) drying simulation, according to the Michigan State University (MSU) model. In the numerical solution, the enthalpy of the drying air was maintained constant as a quantitative physical indicator for correction of the heat and mass exchange in each step of the process, in order to obtain more real evaluations in all drying stages, and in the results for final moisture of the grain. As a result, greater space and time intervals for the simulation were possible. The simulation was validated by comparisons with literature results. RESUMO. Os modelos matemáticos para simular secagem de produtos agrícolas em altas temperaturas se preocupam em descrever a secagem para se obter resultados próximos dos padrões comerciais. Eles são baseados nos balanços de energia e massa entre o produto que está perdendo umidade e o ar que está fornecendo energia para o processo. Todos os modelos baseiam-se nesses balanços, nunca, entretanto, permitindo valores da umidade relativa do ar superiores a 100%. Mas, não tem sido comum avaliar a entalpia do ar que, em processos de secagem, não deve ter variação significativa durante todo o período. Neste trabalho, propõe-se um modelo matemático para a simulação da secagem de milho (Zea mays L.), em camadas fixas, segundo o modelo de Michigan (MSU). Na simulação numérica, a entalpia do ar de secagem foi mantida constante como indicador físico quantitativo para correção dos balanços de energia e de massa, a cada passo evolutivo do processo, para se obter avaliações mais reais em todas as etapas de secagem e nos resultados para umidade final do produto agrícola. Constatou-se que é possível dispor de maior flexibilidade na definição dos intervalos de espaço e tempo para a simulação. Ela foi validada mediante comparações com resultados experimentais da literatura. Palavras-chave: altas temperaturas, secagem, entalpia, simulação.