Dissertação
Estudo experimental e de simulação da dinâmica de material particulado em tambor rotatório com suspensores
Registro en:
Autor
Nascimento, Suellen Mendonça
Institución
Resumen
Drying is a unit operation present in several industrial processes; one of the most
widely used equipment for drying are flighted rotary dryers, which are cylindrical drums
with flights in order to elevate the material and shower it over the cross section.
Understanding the solids discharge profiles is extremely important to describe the behavior
of particles in them. For this, usually are used rotating drums with flights without the
presence of the drying air, to facilitate the measurement of particle dynamics in these
processes. The computational fluid dynamics (CFD) is a very viable and increasingly used
method that coupled with experimental work can provide excellent results. In the use of
computational fluid dynamics, to simulate the dynamics of a particulate material in a
rotating drum with flights, was used the Euler-Euler approach. In order to compare with the
experimental results, was developed a method of image analysis that allows estimate the
holdup on flights through the area of the mass fractions on the cross sections of the drum.
Thus, the work aimed to study the influence of material type, particle diameter and rotation
speed in the behavior of particles in a rotating drum with flights and the design load. Also, it
was analyzed the influence of these variables for the dynamic friction coefficient for the
glass beads and it was observed that the particle diameter influenced the dynamic friction
coefficient and hence the particles discharge profile. The results of holdup in function of
angular position were very important to verify the effects of the dynamic operating variables
of the particles. Furthermore, in the CFD modeling, it was ranged the limits of frictional
viscosity and it was possible to obtain values very close to the experimental one. According
to the limit of frictional viscosity that was closest to the experimental results, in which it
should be applied in any region of the drum, the results allowed an interpretation on the
nature of the numerical solver (FLUENT ®), as well as the interpolations generated between
one cell and another of the computational mesh. Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Mestre em Engenharia Química A secagem é uma operação unitária presente em vários processos industriais. Um dos
equipamentos mais usados para a secagem são os secadores rotatórios, que são tambores
cilíndricos dotados de suspensores, que ao girarem promovem o cascateamento do material
particulado. A compreensão dos perfis de descarga de sólidos dos suspensores é importante
para seu dimensionamento. Para isto, geralmente são utilizados tambores rotatórios com
suspensores, sem a presença do ar de secagem, que facilitam as medidas da dinâmica das
partículas nestes processos. Um método bastante viável e cada vez mais utilizado é a
fluidodinâmica computacional, que aliada aos trabalhos experimentais pode fornecer
resultados que ajudam na melhor compreensão dos fenômenos envolvidos. Utilizou-se para
os estudos em fluidodinâmica computacional o software comercial FLUENT®, com a
abordagem Euler-Euler. Com a finalidade de comparar com os resultados experimentais,
desenvolveu-se um método de análise de imagens que permite através da área das frações
mássicas, nas seções transversais do tambor, quantificar o holdup nos suspensores, visto que
o software não o fornece de forma direta. Desta maneira, o trabalho teve como objetivo
estudar a influência do tipo de material, diâmetro de partícula e velocidade de rotação no
perfil de descarga das partículas em um tambor rotatório com suspensores e no
carregamento ideal. Foi também analisada a influência destas variáveis no coeficiente de
atrito dinâmico para as esferas de vidro e observou-se que o diâmetro da partícula influencia
no coeficiente de atrito dinâmico e consequentemente no perfil de descarga das partículas.
Os resultados do perfil de variação de carga nos suspensores foram bastante conclusivos
para se verificar os efeitos das variáveis operacionais na dinâmica das partículas. Além
disso, na modelagem em CFD, variou-se os limites de viscosidade friccional e foi possível
obter valores de holdupcondizentes com os experimentais. De acordo com o limite de
viscosidade friccionalem que o perfil de descarga mais se aproximou dos resultados
experimentais,esta deveria ser aplicada em qualquer região do leito, os resultados
permitiram uma interpretação sobre a natureza numérica do resolvedor FLUENT®, assim
como as interpolações geradas entre uma célula e outra da malha computacional.