Fluidização de leitos fixos, Manuais, Projetos, Pesquisas de Mecânica dos fluidos

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FACULDADE SALESIANA MARIA AUXILIADORA

CURSO DE ENGENHARIA DE química

Por

CAMILA FERREIRA GALHANO

ÉVELLIN DE LIMA CARNEIRO

MARIANA SOUZA DA CONCEIÇÃO

RAYSA DE ALMEIDA SODRÉ

FLUIDIZAÇÃO

Macaé - RJ Setembro/ CAMILA FERREIRA GALHANO ÉVELLIN DE LIMA CARNEIRO

MARIANA SOUZA DA CONCEIÇÃO

RAYSA DE ALMEIDA SODRÉ

Macaé - RJ Setembro/

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1...................................................................................................................

FIGURA 2...................................................................................................................

FIGURA 3...................................................................................................................

FIGURA 4...................................................................................................................

FIGURA 5...................................................................................................................

LISTA DE EQUAÇÕES

EQUAÇÃO 1 .............................................................................................................

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ....................................................................................................

2. OBJETIVOS ..........................................................................................................

3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ............................................................................

4. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS ................................................................

4.1. MATERIAIS ....................................................................................................

4.2. METODOLOGIA ............................................................................................

4.2.1 CARACTERIZAÇÃO LEITO FIXO ..............................................................

4.2.2 ENSAIOS DE FLUIDIZAÇÃO .....................................................................

5. RESULTADOS E DISCUSSÕES .........................................................................

5.1 CARACTERIZAÇÃO LEITO FIXO..................................................................

5.2 ENSAIOS DE FLUIDIZAÇÃO ........................................................................

6. CONCLUSÃO .......................................................................................................

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................

1. INTRODUÇÃO

A fluidização é a operação pela qual as partículas sólidas são transformadas em um estado como de um líquido através de suspensão em um gás ou líquido. Este método de contato apresenta características incomuns, que são bem utilizadas na engenharia.

3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

3.1 Definição de Fluidização

O processo pelo qual se observa a suspenção ou circulação de partículas promovida pela passagem de um fluido sem que ocorra o arraste do material particulado se chama fluidização, que começou a ser difundido por volta do início da década de 1940 com o surgimento do craqueamento catalítico de petróleo e desde então, tornou-se essencial para os processos que necessitem do contato entre as fases fluida e particulada.

O emprego dessa tecnologia se justifica pelo fato de proporcionar altas taxas de transferência de calor e massa, uniformidade de distribuição de temperatura e de concentração das fases no interior do equipamento promovidos pela intensa mistura entre as distintas fases.

Em termos fluidodinâmicos, o emprego de um fluido líquido faz com que a fluidização, na maioria das vezes, seja caracterizada como homogênea.

Em alguns casos, quando a fase particulada é composta por um material pulverulento de alta densidade, a fluidização gás-partícula, nos limiares da mínima fluidização, pode ser considerada homogênea, porém, via de regra, quando o fluido utilizado é um gás denomina-se fluidização heterogênea.

Para ambas as classificações de fluidização observa-se que, para velocidades menores que a da mínima fluidização, o fluido simplesmente percola o leito que contém a fase particulada sem causar grandes alterações na posição das partículas, estando o leito fixo.

Aumentando ainda mais a velocidade do fluido, porém abaixo da mínima fluidização, verifica-se um movimento vibracional característico das partículas e o leito, como um todo, sofre uma expansão, caracterizando o leito expandido.

No momento em que a velocidade mínima fluidização é atingida, a força de arraste, promovida pelo fluido, e a força relativa à fricção das partículas sobrepujam o peso do material particulado, fluidizando a fase particulada.

A fase que se segue é chamada de transporte pneumático e é observada no instante em que as partículas começam a acompanhar o fluido e são arrastadas para fora da coluna, tornando o leito diluído.

Tão importante quanto identificar as transições dos regimes fluidodinâmicos é saber quais partículas estão sujeitas a estes regimes e quais são as características que elas conferem a cada uma destas etapas. Neste sentido, classificou os materiais particulados de acordo com seu diâmetro e densidade dentro de quatro grupos distintos. Essa classificação pode ser observada na Figura 2.

As partículas do grupo A apresentam altas taxas de expansão do leito e, com o aumento da velocidade do gás, o surgimento de bolhas que, continuamente, desestruturam-se e coalescem promovendo grande mistura de sólidos.

Um bom exemplo do grupo A é a partícula de FCC (Fluidized catalytic cracking). Para o grupo B, observa-se a formação de bolhas já na mínima fluidização, ocorre uma expansão moderada do leito com mediana mistura gasosa.

Areia é um exemplo deste grupo. As partículas C (farinha de trigo e cimento) são materiais finos, de difícil fluidização, coesivos, formadores de canais preferenciais e, após a mínima fluidização, apresentam altas taxas de expansão migrando, rapidamente, para o regime do tipo pistonado.

Figura SEQ Figura * ARABIC 2 - Classificação de Geldart.

Por último, para materiais classificados como D (cereais), a formação de bolhas é verificada logo após a mínima fluidização, com baixa expansão do leito e dificultosa mistura de sólidos.

3.3 Métodos para se estudar a fluidização

Uma das formas mais consolidadas de se estudar a fluidização é por meio da construção da curva característica da queda de pressão (-ΔP) com a velocidade do gás (u). Em sistemas particulados, fixando-se a velocidade do gás, os dados obtidos apresentam, geralmente, variação temporal ao redor de uma média.

Dependendo do objetivo da investigação, como a simples obtenção da curva de fluidização, esse valor médio já é suficiente, porém em casos em que se deseja estudar profundamente o fenômeno da fluidização as características da série temporal de cada ponto da curva fluidodinâmica são muito importantes.

Uma série temporal é um conjunto ordenado, que apresenta variação no tempo, sem a necessidade de que haja homogeneidade no espaçamento e, tão pouco, qualquer tipo de simetria, sendo que os instantes no tempo estão interligados.

4. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS

4.1 MATERIAIS

• Partículas de arroz, feijão e soja;
• Paquímetro;
• Picnômetro;
• Béquer de 50 mL;
• Balança digital;
• Água destilada;
• Leito fluidizado (Tomadas de pressão ligadas a um manômetro de tubo U com

alimentação de ar por uma linha de ar comprimido).

Figura 4 – Conjunto picnômetro + água + partículas

Fonte: Elaboração própria (2019)

A massa de água deslocada para fora do picnômetro no momento da transferência de partículas foi obtida pela equação 1:

(1)

O volume de água deslocado corresponde ao volume da amostra de partículas e foi determinado pela equação 2:

(2) Foi medida a temperatura da água através do termômetro do pcinômetro e encontrada temperatura de 20 °C. O volume de cada partícula foi obtido através da equação 3: (3)

Finalmente, a massa específica das partículas foi determinada através da equação 4.

(4)

c) Determinação da massa específica aparente

A massa específica aparente foi obtida através da equação 5 abaixo:

(5)

d) Determinação da porosidade do leito de partículas

A porosidade do leito de partículas corresponde à fração de espaços vazios entre as partículas em um leito e foi determinada através da equação 6:

e) Determinação da esfericidade das partículas

A esfericidade das partículas foi determinada através da equação 7, ela é dada pelo quociente entre a área superficial de uma esfera com o mesmo volume da partícula e a área superficial da partícula. (7)

Para a determinação da esfericidade de uma partícula a partir da equação 7, utilizou-se o diâmetro de uma esfera de igual volume da partícula, conforme equação 8:

(8)

A área superficial da partícula (S (^) partícula ) depende de suas dimensões e forma geométrica e deve ser obtida com base na geometria espacial. A partícula de arroz apresenta um formato de esferoide prolato, cuja superfície foi determinada pela equação 9. O feijão apresenta o formato de um esferoide oblato, cuja superfície foi obtida através da equação 10.

O e através foi calculado através da Equação 11:

4.2.2 Ensaios de fluidização (Etapa 2)

O leito foi preenchido até uma altura de 5 cm com partículas de arroz, de feijão e de soja, conforme mostrado na figura 3. Com o auxílio das válvulas foi controlada a vazão de ar que foi aumentada lentamente até ser observado um desnível no manômetro de tubo U e também foi observada uma movimentação nas partículas do leito. Foi identificado o

As tabelas abaixo mostram as dimensões das partículas de arroz, de feijão e de soja que foram medidas com o paquímetro e a média aritmética dessas dimensões.

Tabela 1 – Diâmetros das partículas de arroz

Partícula Diâmetro maior (cm) Diâmetro menor (cm) 1 0,375 0, 2 0,300 0, 3 0,350 0, 4 0,350 0, 5 0,350 0, 6 0,350 0, 7 0,350 0, 8 0,375 0, 9 0,375 0, 10 0,350 0, Média 0,3525 0, Fonte: Elaboração própria (2019)

Tabela 2 – Diâmetros das partículas de feijão

Partícula Diâmetro maior (cm) Diâmetro menor (cm) 1 1,00 0,

Média 1,021 0, Fonte: Elaboração própria (2019)

Tabela 3 – Diâmetros das partículas de soja

Partícula Diâmetro (cm) 1 0, 2 0, 3 0, 4 0, 5 0, 6 0, 7 0, 8 0, 9 0, 10 0, Média 0, Fonte: Elaboração própria (2019)

Utilizando os dados dispostos nas tabelas acima foram determinados o valor de a (média do raio maior) e de b (média do raio menor) para as partículas de arroz e feijão, logo os valores da medidas das tabelas 1 e 2 foram divididos por 2, o resultado é apresentado na tabela 3 abaixo. Para a soja foi determinado o diâmetro médio da partícula, mas esse cálculo