Investigação numérica e experimental dos fenômenos de segregação e aglomeração em um disco rotatório

Souza, Gisele Márcia de

Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/41360

Document type:	Tese
Access type:	Acesso Embargado
Embargo Date:	2025-12-15
Title:	Investigação numérica e experimental dos fenômenos de segregação e aglomeração em um disco rotatório
Alternate title (s):	Numerical and experimental investigation of segregation and agglomeration phenomena in a pan granulator
Author:	Souza, Gisele Márcia de
First Advisor:	Barrozo, Marcos Antônio de Souza
Second Counselor:	Duarte, Claudio Roberto
First member of the Committee:	Santos, Dyrney Araújo dos
Second member of the Committee:	Pereira, Marina Seixas
Summary:	Entre os equipamentos utilizados para a granulação, o disco rotatório se destaca por apresentar uma geometria relativamente simples e uma pronunciada ação segregadora por diferença de tamanho de material. Entretanto, não há uma compreensão consolidada acerca da dinâmica das partículas no interior do equipamento. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo estudar o fenômeno de segregação de partículas por diferenças de tamanho e densidade de material em um disco rotatório por meio de técnicas numéricas e experimentais. Para isso, foram utilizadas partículas de vidro e de soja. Ao comparar os resultados experimentais e numéricos, verificou-se que a modelagem DEM representou adequadamente a dinâmica de segregação no disco, permitindo avaliar a influência do ângulo de inclinação, da velocidade de rotação e do grau de preenchimento nesse fenômeno. Tanto para a segregação por diferença de tamanho, quanto para a segregação por diferença de densidade, foi verificado que todas as condições operacionais apresentaram influência significativa no tempo para se atingir o estado estacionário e na intensidade de segregação. O efeito combinado da diferença de tamanho e de densidade também foi investigado e foi observado que o efeito da diferença de tamanhos é maior do que o efeito da diferença de densidades. Adicionalmente, a abordagem DEM para as forças coesivas foi empregada para modelar a presença de líquido intersticial no leito granular, o que ocorre nos processos de aglomeração a úmido. Na etapa de validação do modelo numérico, a utilização do modelo híbrido composto pelo modelo de capilaridade de Easo, para os contatos partícula-partícula, e pelo modelo SJKR, para os contatos partícula-parede, se mostrou satisfatória, representando adequadamente os resultados experimentais. A presença de umidade ocasionou em mudanças nos regimes de escoamento quando foram consideradas as mesmas velocidades. Por meio de análise de curvas DTR, foi verificado que a velocidade de rotação do disco rotatório teve efeito significativo na distribuição dos tempos de residência e foi identificado o efeito de curto-circuito nos leitos granulares com líquido intersticial. Ao avaliar a intensidade da aglomeração no disco rotatório, foi observado que as frações mássicas de grânulos mais finos formados aumentaram e as dos grânulos maiores diminuíram à medida que a velocidade de rotação foi aumentada.
Abstract:	Among the equipment used for granulation, the rotating dish stands out for having a relatively simple geometry and a pronounced size-induced granular segregation. However, there is no consolidated understanding regarding the particle dynamic within the equipment. In this context, the present work aimed to study the segregating phenomenon of particles due to differences in size and material density in a rotating dish through numerical and experimental techniques. For this, glass and soy particles were used as granular material. By comparing the experimental and numerical results, it was verified that the DEM modeling adequately represented the segregation dynamics within the dish, allowing to evaluate the effect of the inclination angle, the rotational speed and the filling degree on this phenomenon. For both size and density-induced segregation, it was found that all operating conditions had a significant influence on the time to reach steady state and on the segregation intensity. The combined effect of size difference and density was also investigated. It was observed that the effect of the difference in granular size is greater than the effect of the difference in density. Additionally, the DEM approach to cohesive forces was used to model the presence of interstitial liquid in the granular bed, which occurs in wet agglomeration processes. In the numerical model validation stage, the use of the hybrid model composed of the Easo capillarity model for particle-particle contacts and the SJKR model for particle-wall contacts proved to be satisfactory, representing adequately the experimental results. The presence of humidity caused changes in flow regimes when the same velocities were considered. Through analysis of DTR curves, it was verified that the rotational speed of the rotating dish had a significant effect on the distribution of residence times and the effect of the short circuit in the granular beds with interstitial liquid was identified. When evaluating the intensity of agglomeration on the rotating dish, it was observed that the mass fractions of finer granules formed increased and those of larger granules decreased as the rotational speed was increased.
Keywords:	Dinâmica de partículas DEM Segregação de partículas Granulação Forças de coesão Particle dynamic Particle segregation Granulation Cohesive forces Engenharia química
Area (s) of CNPq:	CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Subject:	Engenharia química
Language:	por
Country:	Brasil
Publisher:	Universidade Federal de Uberlândia
Program:	Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote:	SOUZA, Gisele Márcia de. Investigação numérica e experimental dos fenômenos de segregação e aglomeração em um disco rotatório. 2023. 148 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.661.
Document identifier:	http://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.661
URI:	https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/41360
Date of defense:	15-Dec-2023
Sustainable Development Goals SDGs:	ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
Appears in Collections:	TESE - Engenharia Química

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