Dissertação
Estudo da fluidodinâmica de leito vibro-fluidizado horizontal
Registro en:
ABREU, Juliana Miranda de. Estudo da fluidodinâmica de leito vibro-fluidizado horizontal. 2007. 116 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2007.
Autor
Abreu, Juliana Miranda de
Institución
Resumen
Applications of the mechanical vibration with the intention of to facilitate the
fluidization and to increase the transfers of heat, mass and amount of movement are
processes commonly used in the agribusinesses, as for instance, in the granulation,
covering and, above all the drying, where ponders the largest number of applications.
Other advantages of the use of the vibration on the beds conventional fluidized are: the
control easiest of the time of residence of the particles for the manipulation of the
vibration parameters; decrease of the amount of air for the fluidization; reduction of the
dimensions of the equipments; more uniform and efficient drying of materials
agglomerates; elimination of the areas died inside from the equipment.
The present work studied the fluid dynamic behavior of horizontal vibratefluidized
bed building for this the characteristic curves of pressure drop and standard
deviation of the pressure drop in relation to velocity of the air of the bed in different
vibration conditions. The influence of parameters was evaluated as frequency and width
vibration and the material load in the bed.
The equipment used in the work was a horizontal vibrate-fluidized bed of steel
carbon formed by a rectangular section of 0,9 meter of length, 0,34 meter of width and
0,77 meter of height. The bed is sustained by a system of four springs connected to
support of 0,74 meter of height. The particle used in the study were glass spheres with
medium diameter of 3,89x10-4 meter and density of 2,5 g/cm3 meeting in the group B of
GELDART (1973). For the monitoring of the values of superficial velocity of the gas and
pressure drop in the bed, an termanemometer and two transductions of differential
pressure were used coupled the a plate of acquisition of data. The data were processed
and analyzed in a microcomputer with the aid of the software LabVIEW. In agreement of
preliminary tests was possible to define the vibration conditions in which the bed
presented larger stability using like this an interval from 13 to 16 Hz for the vibration
frequency and limits from 0,167 to 0,733 width millimeters.
To evaluate the influence of the chosen operational parameters the technique of
central planning it was used with four replicas in the center, generating 18 experiments.
For the statistical analysis of the data, it could be observed that the mass presented larger
significance, following by the width and that the frequency didn't present a significant
effect in the pressure drop. A visual interpretation of the results through the surfaces of
answer of the planning presented effects not only of the isolated variables, but also their
interactions.
An influence could be observed strongly lineal of the mass in the pressure drop
of the bed for all of the width levels, finding higher level for intermediate values of
width. Already for the width it was noticed a quadratic function regarding pressure
generating minimum values of pressure when used maximum values of width. In a
similar way, it is noticed by the answer surface that, for the lowest level of vibration
frequency they were the largest values of velocity being more accentuated for
intermediate levels of width.
The effect mass was verified in the several frequency levels, where the
increment carted in an increase in the answer of the velocity along the answer surface.
For the minimum vibrate-fluidization velocity found the higher values for the same in the
condition of larger mass and intermediate values of width. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Mestre em Engenharia Química Aplicações da vibração mecânica com o intuito de facilitar a fluidização e
aumentar as transferências de calor, massa e quantidade de movimento são processos
comumente utilizados nas agroindústrias, como por exemplo, na granulação,
revestimento e, sobretudo a secagem, onde se concentra o maior número de aplicações.
Outras vantagens do uso da vibração sobre os leitos fluidizados convencionais são: o
controle mais fácil do tempo de residência das partículas pela manipulação dos
parâmetros vibracionais; diminuição da quantidade de ar para a fluidização; redução das
dimensões dos equipamentos; secagem mais uniforme e eficiente de materiais
aglomerantes; eliminação das zonas mortas dentro do equipamento.
O presente trabalho estudou a fluidodinâmica de um leito vibro-fluidizado
horizontal construindo para isto as curvas características de queda de pressão e desvio
padrão da queda de pressão em relação a velocidade do ar no leito em diferentes
condições de vibração. Avaliou-se a influência de parâmetros como freqüência e
amplitude de vibração e a carga de material no leito.
O equipamento utilizado no trabalho foi um leito vibro-fluidizado horizontal de
aço carbono formado por uma seção retangular de 0,9 m de comprimento, 0,34 m de
largura e 0,77 m de altura. O leito é sustentado por um sistema de quatro molas
helicoidais conectado a um suporte de 0,74 m de altura. A partícula usada no estudo
foram esferas de vidro com diâmetro médio de 3,89x10-4 m e densidade de 2,5 g/cm3
encontrando-se no grupo B de GELDART (1973). Para o monitoramento dos valores de
velocidade superficial do gás e queda de pressão no leito, utilizaram-se um
termoanemômetro e dois transdutores de pressão diferencial acoplados a uma placa de
aquisição de dados. Os dados foram processados e analisados num microcomputador com
o auxílio do software LabVIEWÓ. De acordo com testes preliminares foi possível definir
as condições de vibração na qual o leito apresentou maior estabilidade utilizando assim
um intervalo de 13 a 16 Hz para a freqüência de vibração e limites de 0,167 a 0,733 mm
de amplitude.
Para avaliar a influência dos parâmetros operacionais escolhidos utilizou-se a
técnica de planejamento composto central com quatro réplicas no centro, gerando 18
experimentos. Pela análise estatística dos dados, pôde-se observar que a massa
apresentou maior significância, seguida da amplitude e que a freqüência não apresentou
um efeito significante na queda de pressão. Uma interpretação visual dos resultados por
meio das superfícies de resposta do planejamento apresentou efeitos não só das variáveis
isoladas, mas também suas interações.
Pôde-se observar uma influência fortemente linear da massa na queda de pressão
do leito para todos os níveis de amplitude, encontrando nível mais elevado para valores
intermediários de amplitude. Já para a amplitude percebeu-se uma função quadrática com
relação a pressão gerando valores mínimos de pressão quando utilizados valores maiores
de amplitude. De forma análoga, nota-se pela superfície de resposta que, para o nível
mais baixo de freqüência de vibração encontraram-se os maiores valores de velocidade
sendo mais acentuado para níveis intermediários de amplitude.
Seguindo esta linha de raciocínio, verificou-se o efeito da massa de partículas no
leito nos diversos níveis de freqüência, onde seu incremento acarretou num aumento na
resposta da velocidade ao longo da superfície de resposta. Para a velocidade de mínima
vibro-fluidização encontrou-se valores mais elevados para a mesma na condição de maior
massa e valores intermediários de amplitude.