Publicação: Estudo experimental e de simulação da fluidodinâmica e recobrimento em leito de jorro
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
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Coorientador
Murata, Valeria Viana
Resumo
O leito de jorro tem sido usado, dentre outras aplicações, na secagem, granulação,
polimerização catalítica, tratamento de resíduos e no revestimento de vários materiais. A
justificativa desta aplicação é atribuída ao excelente contato fluido-partícula e às
características de circulação dos sólidos. Apesar de sua extenso potencial de aplicação este
equipamento, o mesmo possui algumas limitações, sendo portanto, necessário um melhor
entendimento a cerca de seu comportamento fluidodinâmico. A literatura reporta vários
estudos sobre a fluidodinâmica do leito de jorro, porém em geral, os trabalhos apresentam
modelos matemáticos restritos a regiões específicas do leito e limitados à certas condições
operacionais. Uma alternativa de estudo que tende a contornar este problema é a adoção de
um modelo matemático multifásico que trate as fases como interpenetradamente contínuas e
considere o balanço de momentum e massa para as fases envolvidas. O perfil fluidodinâmico
característico do leito de jorro foi obtido neste trabalho através da técnica de fluidodinâmica
computacional utilizando um modelo Euleriano granular multifásico. Os perfis
fluidodinâmicos da partícula e do fluido, para diferentes configurações de leito e partículas,
foram numericamente simulados e validados com dados experimentais. O modelo multifásico
adotado, quando comparado com dados experimentais mostrou uma boa concordância para
previsão de velocidade de partícula, velocidade do gás e velocidade de mínimo jorro. Através
das simulações numéricas foi possível obter a curva característica de queda de pressão em
função da vazão de ar de jorro. O leito de jorro com tubo draft foi simulado com diferentes
configurações e foi possível identificar uma configuração adequada para o revestimento de
sementes de soja.
O revestimento de sementes de soja com bactérias e com micronutrientes favorece o
crescimento vigoroso da planta, podendo dispensar o uso de fertilizantes amoniacais. O
processo de inoculação consiste em adicionar às sementes de soja bactérias (bradyrhizobium)
capazes de suprir a necessidade de nitrogênio dessa cultura. Neste trabalho, foi feita uma
comparação da heterogeneidade do revestimento das sementes de soja promovido em leito de
jorro e em máquinas tradicionalmente usadas no campo. A heterogeneidade foi medida
através do índice de dispersão e o leito de jorro apresentou um revestimento mais homogêneo
quando comparado com as máquinas aqui estudadas. A espessura ótima da camada de
revestimento deve permitir as trocas gasosas fundamentais para a germinação e as condições
ideais para a atividade das bactérias. Neste sentido, o conhecimento da cinética de
crescimento da camada de revestimento é uma informação fundamental na inoculação de
sementes de soja. Assim, neste trabalho foi feita a simulação numérica da variação temporal
da distribuição de massa de sementes de soja revestidas em leito de jorro, utilizando um
modelo de balanço populacional implementado em Maple V® Release 4. A validação do
modelo foi feita através de dez experimentos de revestimentos de sementes de soja com
inoculantes e micronutrientes, conduzidos em leito de jorro com spray no topo.
Abstract
The spouted bed technique has found application in many industrial processes such as
drying of granular materials, blending of polymer chips, coating of tablets, and granulation of
fertilizers and other materials. Although has an extensive application, the mechanisms of
solids movement in spouted beds are still not completely understood. The knowledge of the
solids flow pattern in spouted beds is of great interest in their design because the particle
trajectories must meet the requirements of the process being carried out. The literature shows
several studies on the fluid-dynamic of the spouted bed, however in general, the works
present restricted models to specific regions of the bed and limited to operational conditions.
There are a restrict number of works related to the fluid dynamic study of the spouted bed
using a model Eulerian Multiphase. In this work, the Eulerian multiphase model, which treats
gas and particle as interpenetrating continuum was used to different spouted bed
configurations.The characteristic fluid-dynamic profiles of the spouted bed was obtained in
this work. The technique of computational fluid-dynamic was used and the granular Eulerian
model was adopted. The fluid-dynamic profiles of the particle and fluid, for different
configurations of the bed were simulated and validated with experimental data. In this work
the particle velocity, minimum spouting flow rate and characteristic fluid-dynamic curves of
the spouted bed obtained with simulations shows a good agreement with experimental data.
The spouted bed with a draft tube was simulated with different configurations and was
possible identified the adequate configurations to recovering soybean seed.
The covering of soybean seeds with bacteria and micronutrients enhances vigorous growth
of the plant thereby avoiding use of ammoniacal fertilizers. In the spouted bed covering can
be done by pulverization of the coater slurry on the soybean seeds using a pneumatic
atomizer. In this work, was compared the coating heterogeneity of particle recovering in
spouted bed and others equipaments useds in the farm. The heterogeneity was measured with
the dispersion indice and the spouted bed shows a coating more homogeneous than other
equipments studied. The optimum thickness of the cover allows the fundamental gaseous
interchanges for germination and provides the ideal conditions for bacterium activity. A
simulation of the mass distribution of seeds was obtained using a population balance model.
The validation of population balance model was obtained using ten experiments of coating of
soybean seeds in spouted bed.
Palavras-chave
Modelagem multifásica, Fludidodinâmcia do leito de jorro, Modelo de balanço populacional, Inoculação, Leito de jorro, Recobrimento, Soja, Multiphase modeling, Spouted bed fluid-dynamic, Computational fluid dynamics, Population balance model, Inoculation, Spouted bed, Coating, Soybean seed, Processo de leito de jorro, Soja - Inoculação
Citação
DUARTE, Claudio Roberto. Estudo experimental e de simulação da fluidodinâmica e recobrimento em leito de jorro. 2006. 217 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2006.