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metadata.dc.type: Dissertação
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Estudo experimental e de simulação da fluidodinâmica de um leito de jorro com tubo Draft
metadata.dc.creator: Vieira Neto, José Luiz
metadata.dc.contributor.advisor1: Barrozo, Marcos Antonio de Souza
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Murata, Valeria Viana
metadata.dc.contributor.referee1: Ataide, Carlos Henrique
metadata.dc.contributor.referee2: Duarte, Claudio Roberto
metadata.dc.contributor.referee3: Ferreira, Maria do Carmo
metadata.dc.description.resumo: O leito de jorro tem sido utilizado em diversos processos como secagem, granulação, polimerização catalítica, tratamento de resíduos e no revestimento de materiais. A justificativa desta aplicação é atribuída ao excelente contato fluido-partícula e às características de circulação dos sólidos. Apesar de sua extensa aplicação este equipamento possui algumas limitações de ampliação de escala ( scale-up ), sendo necessário um melhor entendimento a cerca de seu comportamento fluidodinâmico. Assim, o conhecimento de escoamento do fluido e partículas no interior do leito de jorro é de grande interesse para o projeto deste equipamento, embora a quantificação da movimentação dos sólidos seja de difícil medida, mesmo em regiões de menor densidade como na região de jorro. Uma outra limitação apresentada pela configuração convencional do leito de jorro é o curto-circuito das partículas, ou seja, o retorno das partículas que estão na interface jorro-anular para a região de jorro antes de percorrer toda a região anular. Este curto circuito provoca uma maior distribuição de tempo de residência das partículas, tendo como conseqüência um produto heterogêneo. Uma alternativa para contornar esta limitação é a introdução de um tubo central (draft), que além de impedir este problema, pode alterar significativamente a fluidodinâmica do leito, trazendo outras conseqüências relativas ao contato fluido-partícula. Na modelagem fluidodinâmica computacional (CFD) de fluxos bifásicos gás-sólido a força de arraste é uma das principais forças que atua nas partículas, tendo importante papel no acoplamento entre as duas fases. Além disto, no leito de jorro, a fração de volume de sólidos pode variar de praticamente zero até o valor máximo do limite de empacotamento, levando a um comportamento muito mais complexo das forças de arraste do que em sistemas fluidizados convencionais. Assim, é necessário um cuidado especial na escolha do modelo de arraste que melhor descreve o fluxo multifásico estudado. Dentre os modelos de arraste analisados no presente trabalho, o modelo de GIDASPOW et al. (1992) foi o que apresentou as melhores concordâncias com dados experimentais na condição de jorro mínimo. Neste trabalho, os perfis fluidodinâmicos característicos do leito de jorro com e sem tubo draft foram simulados pela técnica de CFD, por meio de um Modelo Granular Euleriano Multifásico, utilizando sementes de soja como material particulado. As curvas características simuladas de queda de pressão em função da vazão de ar, para as diferentes configurações do leito de jorro (convencional e com tubo draft situado à diferentes distâncias da base), foram comparadas com os dados experimentais apresentando boa concordância. Além disto, foram obtidos perfis simulados de porosidade na região de jorro e de velocidade da partícula na região anular para vazão de ar 20% superior a condição de jorro mínimo experimental de cada configuração (Q=1,2QJM exp). Finalmente foi feita uma análise da influência da distância do draft à base (Hd) sobre os perfis simulados de velocidade do ar nas regiões de jorro e anular para uma mesma vazão de alimentação.
Abstract: The spouted bed has been used in several processes as drying, granulation, catalytic polymerization, residues treatment and materials coating. This application is due to the excellent fluid-particle contact and to the characteristics of the solids circulation. In spite of its extensive application, the spouted bed has some scale-up limitations, so it s necessary a better understanding about its fluid dynamic behavior. So, the knowledge of fluid and particles flows inside the spouted bed is of great interest for this equipment project, although the quantification of the solids motion is difficult to measure, even in regions of smaller density as in the spout. Another limitation presented by the conventional configuration of the spouted bed is the "short-circuit" of particles, in other words, the return of the particles that are in the spout-annulus interface for the spout before traveling the whole annulus area. This shortcircuit provokes a larger distribution of particles residence time, resulting in a heterogeneous product. An alternative to outline this limitation is to introduce a central tube (draft) that besides preventing this problem can also significantly alter the fluid dynamic of the bed, bringing other relative consequences to the fluid-particle contact. In the Computational Fluid Dynamic (CFD) modeling of two-phase gas-solid flows the drag force is one of the principal forces that acts in the particles, and has an important paper in the coupling among the two phases. Besides, in the spouted bed, the solids volume fraction can vary of practically zero to the maximum value of the packing limit, taking to a much more compound behavior of drag force than in conventional fluidized systems. So, it s necessary a special care in the choice of the drag model that best describes the multiphase flows studied. Among the drag models analyzed in the present work, the model of GIDASPOW et al. (1992) shows the best agreements with experimental data in the minimum spout condition. In this work, the fluid dynamics characteristic profiles of the spouted bed with and without draft tube were simulated by the CFD technique, through a Multiphase Granular Eulerian Model, using soybean seeds as particulate material. The characteristic curves of pressure drop in function of the air flow simulated, for the different configurations of the spouted bed (conventional and with tube draft located at different distances of the base), were compared with the experimental data presenting good agreement. Besides, were obtained simulated profiles of void in the spout area and of particle velocity in the annulus for air flows 20% higher than experimental minimum spout condition of each configuration (Q=1,2QJM exp). Finally was made an analysis of the influence of the distance of the draft to the base (Hd) on the air velocity simulated profiles in the spout areas and to annulus for a same feeding air flow.
Keywords: Leito de jorro
Tubo Draft
Fluidodinâmica computacional (CFD)
Spouted bed
Draft tube
Computational fluid dynamic (CFD)
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: VIEIRA NETO, José Luiz. Estudo experimental e de simulação da fluidodinâmica de um leito de jorro com tubo Draft. 2007. 121 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2007.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15248
Issue Date: 26-Feb-2007
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Química

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