CARATERIZAÇÃO E MELHORIA DE UMA INSTALAÇÃO DE SECAGEM DE UMA FLOR MEDICINAL

Abstract

Este estudo foi realizado em ambiente industrial, em modo de estágio académico, envolveu uma instalação real de secagem de uma flor medicinal, e foca-se na melhoria de do respetivo processo de secagem. Na fase inicial detetaram-se algumas deficiências no processo de secagem, tais como a falta de uniformidade no ambiente da sala de secagem (em termos de velocidade, temperatura e humidade relativa do ar) e um protocolo de secagem “algo agressivo”, ambos com grande influência sobre a qualidade do produto final. O objetivo do presente trabalho é a melhoria do atual processo de secagem de uma flor medicinal, de modo a: (i) que o produto final atinja a melhor qualidade possível; (ii) que haja uniformidade de todo o produto final, independentemente do lote a que pertence e da localização na sala do tabuleiro em que foi secado; e (iii) que os ciclos de secagem decorram com um baixo gasto em energia.Foi realizado um estudo de melhoria do sistema de ventilação da sala de secagem através de simulação computacional dinâmica (do tipo CFD). Neste foi simulada a configuração atual da sala de secagem e foram analisadas cinco alternativas de disposição das grelhas de insuflação e de extração, determinando-se uma disposição das mesmas com muito melhor desempenho do que a configuração atual.Executou-se um teste com um protocolo de secagem alternativo, que se traduz na alteração das características do ar interior da sala de secagem. Estas características passaram de ar a 30oC com 10% de humidade relativa (protocolo atual) para 18oC com 60% de humidade relativa (protocolo alternativo). Desta forma, conseguiu-se uma melhoria da homogeneidade termo-higrométrica do interior da sala, ainda que com a disposição atual das grelhas de insuflação e de extração. Como consequência, num ensaio real com a UTA a trabalhar com 30% de ar novo e 70% de ar recirculado, conseguiu-se reduzir o gasto energético da sala em 37,5% e obteve-se uma maior uniformização das características do produto final, o qual também apresentou um teor de humidade muito mais próximo do seu valor ideal do que com o protocolo atual (indicativo de um produto final de melhor qualidade). Embora a duração do ciclo de secagem seja de 88 horas no protocolo atual e de 208 horas no protocolo alternativo, isso não representa uma desvantagem real, pois o ciclo de cultivo da flor tem uma duração muito superior a 208 horas.Perante a constatação de que a sala de secagem está muito sobredimensionada face à capacidade de produção da flor medicinal, analisou-se a possibilidade de a dividir em duas, e de modo a reduzir o caudal de ar insuflado, mas mantendo o mesmo número de renovações de ar, optou-se por baixar o pé-direito das duas “novas salas” de 4 para 2 m. Com estas alterações, e para um mesmo número de renovações do ar (17,5 rph), o caudal de ar a insuflar passou de 6 000 m3/h (sala atual) para 3 475 m3/h (duas “salas novas”). Desta forma, obteve-se uma poupança de gastos energéticos de 42,07%.Pensa-se que os objetivos propostos foram atingidos, uma vez que, a serem implementadas, as medidas de melhoria preconizadas irão levar a uma maior uniformidade do ambiente interior da sala de secagem (logo a uma maior uniformidade do teor de humidade no produto final) e a um produto final com um teor de humidade mais próximo do considerado ideal (logo a um produto final de melhor qualidade). Adicionalmente, se todas as medidas de melhoria forem conjugadas atingir-se-á uma poupança energética, a qual pode chegar a ser de 63,81%.

This study was conducted in an industrial setting during an academic internship. It involved a real medicinal flower drying facility and focused on improving the respective drying process. In the initial phase, certain deficiencies in the drying process were identified, such as the lack of uniformity in the drying room environment (in terms of airspeed, temperature, and relative humidity) and a somewhat aggressive drying protocol, both of which had a significant impact on the quality of the final product.The objective of this study is to enhance the current drying process of a medicinal flower in order to: (i) achieve the highest possible product quality; (ii) ensure uniformity across the entire final product, regardless of the batch it belongs to and its location within the drying tray in which it was dried; and (iii) carry out the drying cycles with low energy consumption.An improvement study of the ventilation system in the drying room was conducted using dynamic computational simulation (CFD). The current configuration of the drying room was simulated, and five alternative layouts for the supply and exhaust grilles were analyzed. A new arrangement of these grilles was determined to have significantly better performance compared to the current configuration.A test was conducted using an alternative drying protocol, which involved altering the indoor air conditions in the drying room. These conditions changed from air at 30°C with 10% relative humidity (current protocol) to 18°C with 60% relative humidity (alternative protocol). As a result, there was an improvement in the thermal-hygrometric homogeneity inside the room, even with the current layout of the supply and exhaust grilles. Consequently, in a real test with the HVAC system operating with 30% fresh air and 70% recirculated air, the energy consumption of the room was reduced by 37.5%, and there was better uniformity in the characteristics of the final product. The final product also exhibited a moisture content much closer to its ideal value compared to the current protocol, indicating a higher quality final product.Although the drying cycle duration is 88 hours in the current protocol and 208 hours in the alternative protocol, this does not pose a real disadvantage since the flower's growth cycle lasts significantly longer than 208 hours.Upon the realization that the drying room is significantly oversized compared to the production capacity of the medicinal flower, an analysis was conducted to consider dividing it into two separate rooms. In order to reduce the supply air flow while maintaining the same number of air exchanges, it was decided to lower the ceiling height of the two "new rooms" from 4 to 2 meters. With these alterations, and for the same number of air exchanges (17.5 air changes per hour), the air supply flow decreased from 6,000 m3/h (current room) to 3,475 m3/h (two "new rooms"). Consequently, an energy cost savings of 42.07% was achieved.It is believed that the proposed objectives have been achieved, as the recommended improvement measures, if implemented, will lead to greater uniformity in the indoor environment of the drying room (resulting in greater uniformity in the moisture content of the final product) and a final product with moisture content closer to the ideal level (indicating a higher quality final product). Additionally, if all the improvement measures are combined, an energy savings of up to 63.81% can be achieved.