Drying of sisal fibers in fixed bed: a predictive analysis using lumped models

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v9i10.9360

Keywords:

Drying; Heat; Sisal fibers; Lumped models; Simulation.

Abstract

Sisal fibers have inspired the interest of academia and industry, due to their excellent characteristics for use in various applications. These fibers, when extracted from the plant, are moist and are subjected to drying to reduce the moisture content. The control of the drying process is of great importance to guarantee the quality of the fibers in terms of mechanical strength and color. In this sense, this work aims to theoretically study the drying of sisal fibers in an oven with forced air circulation. Mathematical models have been proposed to predict the transient behavior of the average moisture content and surface temperature, and the equilibrium moisture content of the fibers, as a function of the drying air temperature and water vapor concentration in the fiber bed. Predicted results of drying and heating kinetics, and the hygroscopic equilibrium moisture content of the fibers are presented and compared with the experimental data, under different operational conditions. It was found that a good fit was obtained, with a correlation coefficient greater than 0.99, for all models analyzed.

References

Alvarenga, L. C., Fortes, M., Pinheiro Filho, J. B., Hara, T. (1980). Transporte de umidade no interior de grãos de feijão preto sob condições de secagem. Revista Brasileira de Armazenamento, 5(1), 5-18. Obtido de http://www.centreinar.org.br/revistas.php.

Angrizani, C. A., Vieira, C. A. B., Zattera, A. J., Freire, E., Santana, R. M. C., Amico, S. C. (2006). Influência do comprimento da fibra de sisal e do seu tratamento químico nas propriedades de Compósitos com Poliéster. 17º CBECIMat - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, Foz do Iguaçu, PR, Brasil. Obtido de https://docplayer.com.br/52075763-Influencia-do-comprimento-da-fibra-de-sisal-e-do-seu-tratamento-quimico-nas-propriedades-de-compositos-com-poliester-alegre-rs.html.

Appeluz. (2011). Associação dos Pequenos Produtores de Sisal de Santaluz/BA - Homenagem à Faustino, criador da máquina de sisal. Obtido de <http://blogdojaziel.blogspot.com.br/2011/03/homenagem-faustino-criador-da-maquina. html>.

Barreto, A. C. H., Rosa, D. S., Fechine, P. B. A., Mazzetto, S. E. (2011). Properties of sisal fibers treated by alkali solution and their application into cardanol-based biocomposites. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 42(5), 492-500.

Bledzki, A. K., Gassan, J. (1999). Composite reinforced with cellulose based fiber. Progress in Polymer Science, 24, 221-274. doi: https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2011.01.008

Brooker, D. B., Bakker-Arkema, F.W., Hall, C.W. (1992). Drying and storage of grains and oilseeds. New York: AVI Book.

Cavalcanti, W. S., Carvalho, L.H., Alsina, O.L.S. Lima, A.G.B. De. (2004). Sorção de Água de Compósito Poliéster Insaturado Reforçados por Tecido de Juta e Tecido Híbrido Juta/Vidro. XVI CBECIMAT, Porto Alegre. Obtido de https://www.scielo.br/pdf/po/v20n1/aop_pol_0492.pdf

Chavami, K., Toledo Filho, R. D., Barbosa, N. P. (1999). Behaviour of composite soil reinforced with natural fibres. Cement & Concrete Composites, 21(1), 39-48. doi: https://doi.org/10.1016/S0958-9465(98)00033-X

Crank, J. (1975). The mathematics of diffusion. London: Oxford University Press.

Cruz, V. C. A., Nóbrega, M. M. S., Silva, W. P., Carvalho, L. H., Lima, A. G. B. (2011). An experimental study of water absorption in polyester composites reinforced with macambira natural fiber. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 42(11), 979-984. doi: https://doi.org/10.1002/mawe.201100840

D’almeida, A. L. F. S., Carvalho, L. H., D’almeida, J. R. M. (2006). Characterization of caroá (Neoglaziovia variegata) fibers. World Polimer Congress – 41st International Symposium on Macromolecules. Anais. Rio de Janeiro – Brazil. doi: https://doi.org/10.1002/macp.200600554

Diniz, J. F. B. (2018). Transferência de calor e massa em sólidos porosos com forma paralelepipédica. Estudo de caso: Secagem de fibras de sisal. Tese de Doutorado em Engenharia de Processos, Universidade Federal de Campina Grande, Campina Grande, Brasil.

Diniz, J. F. B., Lima, E. S., Magalhães, H. L. F., Lima, W. M. P. B., Porto, T. R. N., Gomez, R. S., Moreira, G., Lima. A. G. B. (2020). Secagem de fibras de sisal em estufa com circulação forçada de ar: Um estudo experimental, Research, Society and Development, 9(10), 1-25. doi: http://dx.doi.org/10.33448/rsd-v9i10.9342

Fengel, D., Wegener, G. (1989). Wood: chemistry ultrastructure reactions. Berlin: Walter de Gruyter. Obtido de http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/xmlui/handle/riufcg/2424

Ferreira, S. R., Lima, P. R. L., Silva, F. A., Toledo Filho, R. D. (2012). Influência de ciclos molhados-secagem em fibras de sisal sobre a aderência com matrizes de cimento Portland. Revista Matéria, 17(2), 1024-1034. doi: https://doi.org/10.1590/S1517-70762012000200008.

Fortes, M., Okos, M. R. (1980). Advances in drying. Washington: Hemisphere Publishing Corporation. Chapter Five: Drying theories: their bases and limitations as applied to foods and grains.

Ganjollo, A., Rahman, R. A., Bakar, J., Osman, A., Bimakd, M. (2011). Kinetics modeling of mass transfer using Peleg’s equation during osmotic dehydration of seedless guava (Psidium guajava L.): Effect of process parameters. Food and Bioprocess Technology, 5, 2151-2159. doi: https://doi.org/10.1007/s11947-011-0546-2

Hall, C. W. (1980). Drying and storage of agricultural crops. Connecticut: AVI publishing company.

Ibrahim, M. H., Daud, W. R. W., Talib, M. Z. M. (1997). Drying characteristics of oil palm kernels. Drying Technology, 15(3-4), 1103-1117. doi: https://doi.org/10.1080/07373939708917281

Ishizaki, M.H., Leila L. Y. Visconte, Cristina R. G. Furtado, Márcia C.A. M., Leite Jean L. Leblanc. (2006). Caracterização Mecânica e Morfológica de Compósitos de Polipropileno e Fibras de Coco Verde: Influência do Teor de Fibra e das Condições de Mistura. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 16(3), 182-186. doi: https://doi.org/10.1590/S0104-14282006000300006

Keey, R. B. (1992). Drying of Loose and Particulate Materials. New York, Hemisphere Publishing Corporation.

Koprivica, G., Misljenovic, N., Bera, O., Levic´ L. (2013). Modeling of water loss during osmotic dehydration of apple cubes in sugar beet molasses. Journal of Food Processing and Preservation, 38(4), 1745-4549. doi: https://doi.org/10.1111/jfpp.12119

Lima, A. G. B. (1995). Estudo da secagem e dimensionamento de secador de casulos do bicho-da-seda. 1995. Dissertação Mestrado em Engenharia Mecânica. Departamento de Engenharia Mecânica, Centro de Ciência e Tecnologia, Universidade Federal da Paraíba, Campina Grande, PB, Brasil. Obtido de http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/xmlui/handle/riufcg/8697

Lima, A. G. B. (1999). Fenômeno de difusão em sólidos esferoidais prolatos. Estudo de caso: secagem de bananas. Tese de Doutorado em Engenharia Mecânica. UNICAMP, São Paulo. Obtido de http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/265133

Lopes, F. F. M., Araújo, G. T., Nascimento, J. W. B., Gadelha, T. S., Silva, V. R. (2010). Estudo dos efeitos da acetilação em fibras de sisal. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, 14(7), 783-788. doi: http://dx.doi.org/10.1590/S1415-43662010000700015

Martin, A. R., Martins, M. A., Mattoso, L. H. C., Silva, O. R. R. F. (2009). Caracterização Química e Estrutural de Fibra de Sisal da Variedade Agave Sisalana. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 19(1), 40-46. doi: http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282009000100011

Meneghetti, V. L., Aosani, E., Rocha, J. C., Oliveira, M., Elias, M. C., Pohnorf, R. S. (2012). Modelos matemáticos para a secagem intermitente de arroz em casca. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, 16(10), 1115-1120. doi: http://dx.doi.org/10.1590/S1415-43662012001000012

Mercali, G. D., Kechinski, C. P., Coelho, J. A., Tessaro, I. C., Marczak, L. D. F. (2011). Estudo da transferência de massa durante a desidratação osmótica de mirtilo. Brazilian Journal of Food Technology, 13(2), 91-97. doi: 10.4260/BJFT2010130200012

Mishira, S., Mohanty, A. K., Drzal, L. T., Misra, M., Hinrichsen, G. A. (2004). Review on pineapple leaf fibers, sisal fibers and their biocompositers. Macromolecular Materials and Engineering, 289, 955-974. doi: https://doi.org/10.1002/mame.200400132

Mothé, C. G., Araujo, C. R. (2004). Caracterização térmica e mecânica de compósitos de poliuretano com fibras de curauá. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 14(4), 274-278. doi: https://doi.org/10.1590/S0104-14282004000400014.

Nabi Saheb, D., Jog, J. P. (1999). Natural fiber polymer composites: A review. Advances in Polymer Technology, 18(4), 351-363. doi: https://doi.org/10.1002/(SICI)1098-2329(199924)18:4<351::AID-ADV6>3.0.CO;2-X

Nascimento, J. J. S. (2002). Fenômenos de difusão transiente em sólidos paralelepípedos. Estudos de caso: secagem de materiais cerâmicos. Tese de Doutorado em Engenharia Mecânica, Centro de Tecnologia, Universidade Federal da Paraíba, João Pessoa, PB, Brasil.

Nóbrega, M. M. S. (2007). Compósitos de matriz poliéster com fibras de caroá neoglaziovia variegata: caracterização mecânica e sorção de água. Tese de Doutorado em Engenharia de Processos, Centro de Ciência e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande. Obtido de https://core.ac.uk/download/pdf/250089258.pdf

Nordon, P., David, H. G. (1967). Coupled diffusion of moisture and heat in hygroscopic textile materials, International Journal of Heat and Mass Transfer, 10(7), 853-899. doi: https://doi.org/10.1016/0017-9310(67)90065-8

Romero, L. L., Vieira, J. O. W. M., Martins, R. A., Medeiros, L. A. R. (1995). Fibras artificiais e sintéticas. Relato setorial. Rio de Janeiro: BNDES.

Santos, D. G. (2017). Estudo termo-hídrico e caracterização mecânica de compósitos de matriz polimérica reforçado com fibra vegetal: Simulação 3D e experimentação. Tese de Doutorado em Engenharia de Processos. Centro de Ciência e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande. Obtido de https://bdtd.ibict.br/vufind/Record/UFCG_3a541f663ef78f9702c2cc4a4a30d119

Silva, J. B. (2009). Simulação e Experimentação de Secagem de Tijolos Cerâmicos Vazados. Tese de Doutorado em Engenharia de Processo, Centro de Ciência e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande. Obtido de https://bdtd.ibict.br/vufind/Record/UFCG_7f87c846c85fb2412ce24a4350689be9

Silva, J. S. (2008). Secagem e Armazenagem de Produtos Agrícolas. Viçosa: Aprenda Fácil.

Silva, L. J., Panzera T. H., Christoforo A. L., Rubio, J. C. C., Scarpa F. (2012). Micromechanical analysis of hybrid composites reinforced with unidirectional natural fibres, silica microparticles and maleic anhydride. Materials Research, 15(6), 1003-1012. doi: http://dx.doi.org/10.1590/S1516-14392012005000134

Silva, R. V. (2003). Compósito de resina poliuretana derivada de óleo de mamona e fibras vegetais. Tese de Doutorado na Escola de Engenharia de São Carlos. Universidade de São Paulo, São Carlos. Obtido de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/88/88131/tde-29082003-105440/publico/teseRosanaVilarimdaSilva.pdf

Silva, W. P., Amaral, D. S., Duarte, M. E. M., Mata, M. E. R. M. C., Silva, C. M. D. P. S., Pinheiro, R. M. M., Pessoa, T. (2013). Description of the osmotic dehydration and convective drying of coconut (Cocos nucifera L.) pieces: A three-dimensional approach. Journal of Food Engineering. 115(1), 121-131. doi: https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2012.10.007

Silveira, S. (2015). Manual de Matérias primas têxteis. CILAN – Centro de Formação Profissional para a Indústria de Lanifícios.

Spinacé, M. A. S., Janeiro, L. G., Bernardino, F. C. E, Paoli, M. A. (2009). Caracterização das Fibras de Sisal e de Curauá visando Aplicação em Compósitos Poliméricos. 32ª Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química. Obtido de http://www.sbq.org.br/32ra/

Strumillo, C., Kudra, T. (1986). Drying: principles, science and design. Gordon and Breach Science Publishers, New York, USA.

Wei, J., Meyer, C. (2014). Improving degradation resistance of sisal fiber in concrete through fiber surface treatment. Applied Surface Science, 289, 511-523. doi: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.11.024

Zhou, F., Cheng, G., Jiang, B. (2014). Effect of silane treatment on microstructure of sisal fibers. Applied Surface Science, 292, 806-812. doi: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.12.054

Published

28/10/2020

How to Cite

DINIZ, J. F. de B.; MAGALHÃES, H. L. F.; LIMA, E. S. de; GOMEZ, R. S.; PORTO, T. R. N.; MOREIRA, G.; LIMA, W. M. P. B. de .; LIMA, A. G. B. de. Drying of sisal fibers in fixed bed: a predictive analysis using lumped models. Research, Society and Development, [S. l.], v. 9, n. 10, p. e9469109360, 2020. DOI: 10.33448/rsd-v9i10.9360. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/9360. Acesso em: 27 dec. 2024.

Issue

Section

Engineerings