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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/34911
ORCID: | http://orcid.org/0000-0002-0000-7072 |
Document type: | Tese |
Access type: | Acesso Aberto |
Title: | Estudo experimental e numérico do efeito de variáveis operacionais e de projeto sobre a dinâmica de partículas em tambores rotatórios com suspensores |
Alternate title (s): | Experimental and numerical study of the effect of operational and design variables on the dynamics of particles in rotating drums with flights |
Author: | Silveira, Jeniffer Cristina |
First Advisor: | Duarte, Claudio Roberto |
Second Counselor: | Barrozo, Marcos Antonio de Souza |
First member of the Committee: | Santos, Dyrney Araújo dos |
Second member of the Committee: | Arouca, Fabio de Oliveira |
Third member of the Committee: | Altino, Sarah Arvelos |
Fourth member of the Committee: | Pereira, Fabio de Assis Ressel |
Summary: | Os secadores rotatórios com suspensores são comumente usados devido à sua alta capacidade de processamento e versatilidade de aplicação. O desempenho destes secadores depende da distribuição das partículas na seção transversal do tambor. O formato do suspensor controla o padrão de cascata das partículas na região ativa, onde o contato sólido-fluido é mais efetivo. O projeto dos suspensores é uma tarefa complexa e estudos são necessários para obter um profundo entendimento sobre a dinâmica das partículas. Desta forma, o presente estudo investigou como as características dos suspensores e seu posicionamento na casca cilíndrica afetam o comportamento das partículas em um tambor rotatório contendo doze suspensores igualmente espaçados. Inicialmente, foi utilizado um tambor de aço inoxidável a fim de avaliar, por simulações DEM, o efeito do formato e do tamanho do suspensor sobre a distribuição dos sólidos na região ativa. Observou-se que os suspensores de três segmentos proporcionaram uma maior quantidade de sólidos na região ativa e foram capazes de transportar as partículas até posições angulares mais elevadas. Desta forma, os suspensores de três segmentos foram empregados para investigar o efeito dos ângulos entre os segmentos (α1, α2 e α3) sobre a dinâmica granular. Um estudo de otimização foi realizado para determinar a melhor combinação dos ângulos (OPDES). Em seguida, um tambor foi fabricado em copolímero ABS utilizando a combinação de ângulos OPDES. O tambor ABS era composto por um conjunto de anéis (identificados por seções), permitindo variar seu comprimento (L) e intercalar os suspensores ao longo da casca cilíndrica. Para o tambor ABS com 50 mm de comprimento, equivalente a duas seções (A e B), observou-se que os suspensores intercalados com distância de separação de 15° melhoraram a distribuição dos sólidos na região ativa. Utilizando o tambor ABS com 150 mm de comprimento, equivalente a seis seções (A a F), foi possível avaliar o arranjo dos suspensores em forma de espiral. Este arranjo proporcionou um melhor desempenho na distribuição de partículas sobre a região ativa quando a seção D (75 mm ≤ L ≤ 100 mm) operou na condição de carregamento ideal. Os suspensores em formato espiral promoveram um aumento de mais de 50% na área da região ativa ocupada por sólidos e uma redução de até 54,1% na heterogeneidade de dispersão da cortina de partículas, potencializando o aproveitamento da área disponível para secagem. |
Abstract: | Flighted rotary dryers are commonly used due to their high processing capacity and application versatility. The performance of flighted rotary dryers depends on the distribution of the particles in the cross-section of the drum. The flight shape controls the cascade pattern of particles in the active region, where the fluid-particle contact is more effective. The design of these flights is a complex task and studies are necessary to gain an in-depth understanding of the particle dynamics. Thus, the present study investigated how the characteristics of the flight and its positioning on the cylindrical shell affect the behavior of particles in a rotating drum with twelve equally spaced flights. Initially, a stainless steel drum was used in order to evaluate, by DEM simulations, the effect of the shape and size of the flight on the distribution of solids in the active region. It was observed that three-segment flights increase amount of solids in the active region and they are capable of carrying the particles up to elevated angular positions. Thus, the three-segment flight was used to investigate the effect of angles between segments (α1, α2, α3) on the granular dynamics. An optimization study was performed for determining the best combination of angles (OPDES). Then, a rotary drum was made of ABS (acrylonitrile butadiene styrene) copolymer using the combination of angle OPDES. The ABS drum was composed of a set of rings (identified by sections), allowing it to vary its length (L) and intersperse the flights along the cylindrical shell. For the drum with 50 mm of length, equivalent to two sections (A to B), it was observed that interspersed flights with the separation distance of 15° improved the distribution of solids in the active region. For the ABS drum with 150 mm of length, equivalent to six sections (A to F), it was possible to evaluate the arrangement of flights in the spiral form. This arrangement provided a better performance in the distribution of particles over the active region when section D (75 mm ≤ L ≤ 100mm) operated at design loading condition. The flights in the spiral form promoted an increase of more than 50% in the area of active region occupied by solids and a reduction of up to 54.1% in the dispersion heterogeneity of the particle curtain, enhancing the use of the area available for drying. |
Keywords: | Tambor rotatório com suspensores Rotating drum with flights Região ativa Active region Velocidade ideal de rotação Ideal rotation speed DEM simulation Simulação DEM Suspensores intercalados Interspersed flights Química Chemistry |
Area (s) of CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES DE SEPARACAO E MISTURA |
Subject: | Química Dinâmica da partícula Cilindros Partículas (Física, química, etc.) |
Language: | por |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
Program: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Química |
Quote: | SILVEIRA, Jeniffer Cristina. Estudo experimental e numérico do efeito de variáveis operacionais e de projeto sobre a dinâmica de partículas em tambores rotatórios com suspensores. 2022.156 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2022. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2022.5303 |
Document identifier: | http://doi.org/10.14393/ufu.te.2022.5303 |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/34911 |
Date of defense: | 8-Mar-2022 |
Appears in Collections: | TESE - Engenharia Química |
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