Publicação: Identificação e monitoramento de regimes de escoamento em leito de jorro
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
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Coorientador
Barrozo, Marcos Antonio de Souza
Resumo
O leito de jorro vem sendo intensivamente estudado, tendo em vista o seu potencial de
aplicação em diversos processos e operações. A identificação e caracterização prévia de regimes de escoamento em leito de jorro têm sido reportadas na literatura, predominantemente
baseados em observações visuais. Contudo, o reconhecimento desses regimes por observação
visual, não é usual ou mesmo possível para equipamentos em escala industrial. Logo, esse
trabalho teve por objetivo a construção de uma unidade experimental de leito de jorro
monitorada por um sistema de aquisição de dados de pressão estática "on-line", buscando a
identificação de seus regimes fluidodinâmicos. Os resultados experimentais obtidos foram
comparados com simulações numéricas, utilizando-se uma técnica de fluidodinâmica
computacional (CFD). Nesse trabalho foram utilizadas sementes de soja e algodão. O leito de
jorro utilizado foi confeccionado em aço inoxidável com as seguintes dimensões: H = 85 cm, Dc = 21 cm, Di = 3.5 cm e θ = 60°. As flutuações de queda de pressão no leito foram medidas em tempo real pelo software LabVIEW® 7.1. Foi utilizada uma freqüência de amostragem de
100 Hz para todos os experimentos. A análise dos gráficos de flutuação de pressão em função
do tempo, não mostrou ser um método apropriado para identificação de regimes em leito de
jorro. Por outro lado, o uso da técnica de FFT (Fast Fourier Transform), sobre os sinais de
queda de pressão resultou em espectros de potência. Baseado nesses espectros de potência foi
possível propor um critério efetivo de identificação. O uso desses critérios possibilitou a
identificação clara de todos os regimes de escoamento no leito: fixo, transição, jorro estável. Os resultados experimentais foram comparados com simulações numéricas obtidas através da
técnica de CFD (Computational Fluid Dinamics), com o uso do software comercial
FLUENT® 6.1.18. Os perfis de porosidade do leito e a curva característica do leito de jorro foram calculados usando-se o modelo Euleriano multifásico. A comparação dos dados
simulados frente aos experimentais mostrou uma boa concordância.
Abstract
Spouted bed has been studied intensively because of its potential of application in several
processes. Identification and characterization of flow regimes in spouted bed based on visual
observation have been reported in literature. However, the characterization of flow regimes based on visual observation is not either usual or possible in industrial equipments. Therefore,
the aim this thesis is to design an experimental apparatus dotted a data acquisition system in
order to identify the flow regime of the spouted bed. The experimental data obtained from the
experimental apparatus were compared with data obtained from simulation studies by using a
computational fluid dynamic technique (CFD). Soybean and cotton seeds were used in this
study. The spouted bed was build in stainless steel with the following dimensions: H = 85 cm, Dc = 21 cm, Di = 3.5 cm e θ = 60°. The pressure drop fluctuations in the bed were acquired
on line by using the LabVIEW® 7.1 software. A 100 Hz sampling frequency was used in all
runs. Graphical analysis of the pressure fluctuations versus time showed to be not appropriate
for identification of the flow regimes. On the other hand, the use of the fast Fourier transform
technique (FFT) over the pressure drop signals yielded a power spectrum. Based on this
power spectrum it was possible to propose an effective identification criterion. By using this
criterion it was possible to identify clearly all flow regimes in the bed: fixed, transition and
spouting. Simulation results used for comparison with experimental data were obtained by using the commercial package FLUENT® 6.1.18. The porosity profiles and the characteristic
curve of the spouted bed were calculated by using an Eulerian multiphase model. The
comparisons showed a very good agreement between experimental and simulation results.
Palavras-chave
Leito de jorro, Monitoramento de regimes, Espectro de potência, Flutuação de pressão, Fluidodinâmica computacional, Spouted bed, Pressure fluctuation, Computational fluid dynamics, Processos de leito de jorro
Citação
LOURENÇO, Reimar de Oliveira. Identificação e monitoramento de regimes de escoamento em leito de jorro. 2006. 133 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2006.