Dissertação
Estudo da dinâmica de partículas em tambores rotatórios empregando a abordagem numérica lagrangeana
Study of particles dynamics in rotatory drums applying the Lagrangean numerical approach
Registro en:
LIMA, Rondinelli Moulin. Estudo da dinâmica de partículas em tambores rotatórios empregando a abordagem numérica lagrangeana. 2017. 82 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2017.
dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2018.98
Autor
Lima, Rondinelli Moulin
Institución
Resumen
The understanding of the behavior of the particles inside the rotating drum is fundamental for
the improvement of its efficiency. By allowing the individual monitoring of each particle, the
Lagrangean numerical approach is an excellent tool to aid studies in particulate systems. Thus,
the purpose of this work was to determine the combinations of the numerical parameters of the
Lagrangean approach that best represent the dynamics of the particles inside a rotating drum
for different types of materials under different operating conditions. Experimental
methodologies for the determination of the coefficients of restitution, static friction and rolling
friction were tested and validated for particle-particle and particle-wall interactions. The
experimental values of these coefficients were applied in the model to verify if they would be
representative in a bulk effect in the rotatory drum. A calibration process was also performed
to determine the best combination of parameters and to compare it with the results of the
experimental coefficients. The experimental apparatus used was suitable for the measurement
of each of the coefficients. Since the value of the coefficient of restitution depends on the
thickness of the material in which the particles are colliding, while in order to determine the
coefficient of static friction correctly it is necessary to use the glued spheres to avoid rolling
and to ensure correct measurement of the parameter. The values found in the calibration and
the values of the measured parameters showed good agreement when compared with the
experimental data and the Eulerian approach reported in the literature, for materials of different
physical properties under different operating conditions. These were also able to successfully
describe the transitional phenomena of different flow regimes. The values found in the
calibration process were: 0.80 and 0.50 for the coefficient of static friction, 0.03 and 0.06 for
the coefficient of rolling friction, particle-particle and particle-wall respectively, while for the
measured experimentally were 0.80 and 0.49 for particle-particle and particle-wall static
friction and 0.011 and 0.054 for particle-particle and particle-wall friction respectively. The
results were close, showing that the calibration process was able to preserve the physical
meanings of the parameters. CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Dissertação (Mestrado) A compreensão do comportamento das partículas no interior do tambor rotatório é fundamental
para o melhoramento de sua eficiência. Por permitir o monitoramento individual de cada
partícula, a abordagem numérica Lagrangeana é uma excelente ferramenta no auxílio de estudos
em sistemas particulados. Desta forma, esse trabalho teve como propósito determinar as
combinações dos parâmetros numéricos da abordagem Lagrangeana que melhor conseguissem
representar a dinâmica das partículas no interior de um tambor rotatório, para diferentes tipos
de materiais em diferentes condições operacionais. Foram testadas e validadas metodologias
experimentais para a determinação dos coeficientes de restituição, atrito estático e atrito de
rolamento, nas interações partícula-partícula e partícula-parede. Os valores encontrados
experimentalmente destes coeficientes foram aplicados no modelo para verificar se seriam
representativos em um efeito bulk no tambor rotatório. Foi realizado também um processo de
calibração para determinar a melhor combinação de parâmetros e compará-la com os resultados
dos coeficientes experimentais. Os aparatos experimentais utilizados se apresentaram
adequados para a medição de cada um dos coeficientes. Sendo que, o valor do coeficiente de
restituição depende da espessura do material em que as partículas estão colidindo, enquanto
para determinar o coeficiente de atrito estático de maneira correta é necessário a utilização das
esferas agrupadas, para evitar o rolamento e garantir a medição correta do parâmetro. Os valores
encontrados na calibração e os valores dos parâmetros medidos apresentaram uma boa
concordância quando comparados com os dados experimentais e com a abordagem Euleriana
reportados na literatura, para materiais de diferentes propriedades físicas em diferentes
condições de operação. Eles também conseguiram descrever com sucesso os fenômenos de
transição dos diferentes regimes de escoamento. Os valores encontrados no processo de
calibração foram: 0,80 e 0,50 para o coeficiente de atrito estático, 0,03 e 0,06 para coeficiente
de atrito de rolamento, partícula-partícula e partícula-parede respectivamente. Para os medidos
experimentalmente os valores foram de 0,80 e 0,49 para o atrito estático partícula-partícula e
partícula-parede e 0,011 e 0,054 para o atrito de rolamento partícula-partícula e partículaparede, respectivamente. Os resultados foram próximos, mostrando que o processo de
calibração conseguiu preservar os significados físicos dos parâmetros.