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metadata.dc.type: Dissertação
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Contribuições ao estudo da fluidodinâmica em leito de jorro: estudos experimentais e de simulação via CFD
metadata.dc.creator: Santos, Dyrney Araújo dos
metadata.dc.contributor.advisor1: Duarte, Claudio Roberto
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Barrozo, Marcos Antonio de Souza
metadata.dc.contributor.referee1: Ataide, Carlos Henrique
metadata.dc.contributor.referee2: Vieira, Luiz Gustavo Martins
metadata.dc.contributor.referee3: Béttega, Rodrigo
metadata.dc.contributor.referee4: Pereira, Fábio de Assis Ressel
metadata.dc.description.resumo: O leito de jorro é caracterizado por estabelecer um movimento cíclico e uniforme das partículas em seu interior promovendo, desta forma, um íntimo contato entre as fases. Esta característica em seu escoamento é de fundamental importância industrial, visto que a maioria dos processos requerem uma adequada taxa de transferência de massa e energia. No entanto, por possuir regiões de escoamento com diferentes caracteristícas e, a depender de suas condições operacionais e geométricas, poder vir a operar em regime de instabilidade, um maior entendimento de seu comportamento fluidodinâmico é necessário. No intuito de se obter perfis de velocidade e porosidade em um leito de jorro cônico-cilíndrico, utilizou-se de uma técnica intrusiva a qual emprega como sonda de medida fibra óptica. Para a validação das medidas de velocidade realizadas por meio da sonda, foi utilizada uma técnica nãointrusiva composta por uma câmera de alta velocidade. Já para a calibração da sonda para a medida de porosidade, considerou-se a suposição de linearidade entre a intensidade do sinal de voltagem captado pela sonda e a concentração de sólidos em um determinado volume de medida. As medidas foram realizadas a diferentes condições de velocidade de ar, diâmetros de esferas de vidro e alturas em relação à entrada do leito. Uma investigação sobre o quanto da perturbação causada ao escoamento na utilização de uma técnica intrusiva foi realizada por meio do registro da variação da altura e do deslocamento da fonte em relação ao eixo central do leito. Empregou-se a técnica de Fluidodinâmica Computacional (CFD), utilizando-se do modelo Euleriano Granular Multifásico, na determinação dos perfis de velocidade e porosidade, e na análise numérica da perturbação causada ao escoamento pela introdução da sonda nas mesmas condições empregadas experimentalmente. Como modelo de arraste, utilizou-se dos modelos de GIDASPOW et al.(1992), GIDASPOW (1994) e RUC (1994). Utilizou-se, também, do modelo de GIDASPOW que se encontra no manual do software Fluent® e, visto que o mesmo se encontra redigido de forma equivocada neste manual, pequenas variações quando comparados ao modelo correto foram obtidas. Os perfis simulados utilizando-se dos modelos de GIDASPOW et al. (1992) e GIDASPOW (1994) subestimaram os valores de velocidade na região de jorro enquanto o modelo RUC superestima os valores de velocidade nesta mesma região, sendo que, na região anular tanto os perfis experimentais quanto os simulados, com diferentes modelos de arraste, se mostraram próximos. Foi possível prever, através da análise dos perfis de fração volumétrica de sólidos simulados, a perturbação causada pela introdução da sonda ao escoamento, verificando uma satisfatória correspondência entre estes e o experimental. Esta perturbação foi detectada com maior intensidade na região de jorro e na região de transição entre esta e a região anular. A análise de perturbação mostrou-se de fundamental importância quando da simulação de perfis de propriedades do escoamento obtidos experimentalmente por uma técnica intrusiva, pois, na prática os trabalhos sobre simulações encontrados na literatura não levam o fenômeno da perturbação em consideração.
Abstract: The spouted bed is characterized by establishing an effective contact between the phases and promoting a cyclical and uniform movement of the particles. This feature is of great industrial importance since most processes require an adequate rate of mass and energy transfer. However, depending on operating and geometric conditions the spouted bed can operate in an unstable regime thus reducing its efficiency. So, a better understanding about its fluid-dynamic behavior is necessary. In order to obtain velocity and porosity profiles in a conical-cylindrical spouted bed, an intrusive fiber optical technique was used. To validate the velocities measured by the probe a non-intrusive method composed by a high-speed video camera was used. As for the calibration of the probe to measure the porosity, it was considered the assumption of linearity between the intensity of the voltage signal captured by the probe and the concentration of solids in a given volume of measurement. The measurements were carried out at different air velocity conditions, diameters of glass spheres and heights in the spouted bed. An investigation about the disturbance caused to the flow by an intrusive technique was performed by recording the height variation and displacement of the fountain. In this work, the Computational Fluid Dynamics (CFD), using the Eulerian Granular Multiphase model was used to determine the porosity and velocity profiles and numerical analysis of the flow disturbance caused by the introduction of the probe under the same experimental conditions. The following drag models were investigated: GIDASPOW et al. (1992), GIDASPOW (1994) and RUC (1994). The GIDASPOW model found in the Fluent® user guide was also used and, as it is written so erroneous in this user guide, small variations when compared to the correct model were obtained. The profiles obtained by simulations using the models GIDASPOW et al. (1992) and GIDASPOW (1994) appeared to underestimate the velocity values in the region of jet while the RUC model slightly overestimates the velocity values in the same region. In the annular region the simulations agree well with the experimental results regardless of the drag model used. It was possible for all conditions examined experimentally to foresee, by means of analysis of the profiles of solids volume fraction simulated, the disturbance caused by the introduction of the probe to the flow. Disturbance was detected with greater intensity in the region of jet and in the transition region between it and the annular region. The disturbance analysis is of great importance while simulating the properties of the flow obtained experimentally by means of an intrusive technique, because in practice the works on simulations present in the literature do not take the disturbance phenomenon into account.
Keywords: Leito de jorro
Sonda de fibra óptica
Modelagem multifásica
Método intrusivo
Spouted bed
Fiber optical probe
Multiphase modeling
Intrusive method
Processo de leito de jorro
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
metadata.dc.publisher.initials: UFU
metadata.dc.publisher.department: Engenharias
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Citation: SANTOS, Dyrney Araújo dos. Contribuições ao estudo da fluidodinâmica em leito de jorro: estudos experimentais e de simulação via CFD. 2011. 125 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2011.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15163
Issue Date: 29-Jul-2011
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Química

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