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Fluidodinâmica de leitos fluidizados e vibrofluidizados operando com partículas planas

Lima, Renata de Aquino Brito 12 March 2009 (has links)
Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2313.pdf: 7611200 bytes, checksum: 70761a0a32b57a18ac7afa858e5824df (MD5) Previous issue date: 2009-03-12 / Universidade Federal de Sao Carlos / The use of fluidized beds as a unit operation for drying of particulate materials is common in industrial processes. However, most works published in the literature, focus the drying of uniform particles, in a narrow range of size distribution. The appealing characteristics of fluidization for drying led some authors to suggest its use for drying of particles of low sphericity (_ < 0.5), which are out of the range of usually fluidized particles. Aiming to contribute for the assessment of fluid dynamic behavior of this class of particles, in the present work was investigated the fluidization of flat particles, with _ varying from 0.063 up to 0.574, bulk density (&#61554;b) from 0.038 to 0.923 g.cm-3 and ratios Ap/Vp (superficial area to volume) between 12 and 226 cm-1. The essays were carried out in a fluidized bed with a height of 0.30 m, and cross section of 0.20 m x 0.11 m, which could be also operated as a vibro-fluidized bed. The tests aimed to investigate the effects of size, shape and specific mass of particles in fluidization and fluid-dynamic behavior of such particles. Vibro-fluidization was tested as an alternative to improve fluidization patterns. Fluid dynamic characteristic curves of P as a function of air velocity were also obtained for the fixed beds in order to evaluate the resistive parameters of these beds as a way to quantify their resistance to the air flow. Tests were conducted using 14 different particulate materials, 9 of them being natural particles (leafs, seeds and cereals) and 5 being manufactured particles. The use of manufactured particles allowed to minimize size distribution and shape variations that are inherent to the natural products, avoiding interfering effects that might complicate an initial analysis. The fluid dynamic behavior was investigated through experimental curves of _P versus U and visual observation of the beds. The results showed that only the particles with sphericity around 0.5 and low ratios Ap/Vp presented homogeneous fluidization patterns, similar to the observed in fluidization of conventional particles. In fluidization of particles with _ 0.228 were observed poor fluidization patterns and highly non-homogeneous beds. The values of bulk porosity of static beds were higher than 80% for the beds constituted by leaves, and stayed between 30 and 70% for the remaining particles. The values of _b and _mf tended to decrease as the values of Ar increased, while Pmf tended to increase and Umf showed no clear dependence of Ar. The use of vibration did not reduce significantly the values of Umf and did not improve much the quality of fluidization as well, excepting for the particles of higher sphericity (around 0.5). But for some conditions obtained as fluidizing rigid particles, with large superficial areas, the vibration did provoke the alignment of particles into the beds, leading to a packing in which the contact area between particle and fluid is optimized, which might be interesting as drying applications are concerned. / A secagem de sistemas particulados com emprego de leitos fluidizados é uma operação unitária comum na indústria. Entretanto, a maioria dos trabalhos publicados foca a secagem de partículas regulares em estreita faixa de distribuição granulométrica. As características vantajosas dos leitos fluidizados têm levado alguns autores a propor seu uso na secagem de partículas com baixas esfericidades (_ < 0,5), fora da faixa usual de fluidização. A fim de contribuir para a compreensão do comportamento fluidodinâmico deste tipo de material, neste trabalho foi realizada uma caracterização fluidodinâmica de leitos fluidizados operando com partículas planas com esfericidades (_) variando de 0,063 a 0,574, densidade bulk (&#61554;b) de 0,038 a 0,923 g.cm-3 e relações Ap/Vp (área superficial pelo volume) entre 12 e 226 cm-1. As investigações experimentais foram realizadas em um leito fluidizado com altura de 0,30 m e seção de área transversal de 0,20 m x 0,11 m. O objetivo dos ensaios foi avaliar como a forma, dimensões e massa específica das partículas afetam a fluidização e suas características fluidodinâmicas. A vibrofluidização foi avaliada como alternativa de melhorar a qualidade da fluidização. De forma complementar, realizou-se uma caracterização em leito fixo com o intuito de avaliar a resistência que os meios constituídos por estas partículas oferecem à passagem do ar. Os ensaios foram realizados com 14 materiais, sendo 9 de origem natural (folhas, sementes e cereais) e 5 partículas manufaturadas de origem sintética. O uso destas partículas objetivou evitar a interferência da rugosidade superficial e minimizar variações no tamanho e na forma inerentes às partículas naturais, o que poderia dificultar a análise fluidodinâmica num estágio inicial. O comportamento fluidodinâmico, assim como, a qualidade da fluidização foram analisados através de curvas de _P versus U e da observação visual do leito. Os resultados indicam que somente as partículas de esfericidades em torno de 0,5 e menores relações Ap/Vp apresentaram fluidização homogênea, semelhante à observada em leitos fluidizados de partículas convencionais. Para as partículas com _ _ 0,228 foram obtidos padrões de fluidização irregulares e leitos altamente não homogêneos. As porosidades bulk dos leitos estáticos foram superiores a 80% para os leitos constituídos por folhas e variaram entre aproximadamente 30 e 70% para as demais partículas. Em geral, observou-se que _b e _mf tendem a diminuir com o aumento de Ar, Pmf tende a diminuir quando Ar aumenta e Umf não apresentou dependência clara em relação a este adimensional para a faixa de condições investigadas. A introdução de vibração não proporcionou reduções significativas na Umf para estas partículas e não melhorou significativamente a qualidade da fluidização obtida, exceto para as partículas de maiores esfericidades (em torno de 0,5). Contudo, em algumas condições, obtidas com partículas rígidas e de elevada área superficial, a vibração provocou o alinhamento das partículas no interior do leito, resultando em uma configuração onde a área de contato entre as partículas e o fluido é máxima, o que pode ser interessante para a secagem. Para as partículas de maiores, o uso de vibração levou a uma melhora significativa na qualidade da fluidização.
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Modelagem da velocidade crítica de transporte de polpas minerais contendo partículas grossas. / Modeling critical velocity of transport for mineral slurries with coarse particles.

Pinto, Thiago César de Souza 29 May 2012 (has links)
O dimensionamento de sistemas de transporte hidráulico de polpas minerais exige especial atenção à medida que partículas grossas apresentam um comportamento de sedimentação no interior dos tubos. Dentro desta situação, a velocidade de transporte da polpa mineral deve ter magnitude suficiente para suspender e transportar os sólidos, evitando que os mesmos se depositem na base da tubulação. O bombeamento de polpas minerais em tubos horizontais contendo partículas grossas constituiu o objeto desta tese. Um levantamento sobre a literatura corrente foi realizado e, através de procedimentos experimentais, obteve-se um banco de dados para o modelamento da velocidade crítica (VC), isto é, a velocidade mínima em que ocorre a formação de um leito móvel na base do tubo, apresentando magnitude ligeiramente superior à velocidade de deposição VD, caracterizada pelo início da deposição das partículas na base dos dutos. Para a realização dos ensaios, foram construídas duas unidades experimentais de bombeamento de polpa mineral, onde foram estudadas as seguintes variáveis: i) gradiente de pressão por metro de tubo horizontal (\'delta\'P/L), ii) velocidade média do fluxo (V), iii) perfil de concentração de sólidos ao longo da seção transversal, iv) fator de forma através da função de esfericidade das partículas (\'psi\'), v) densidade do sólido e do líquido, vi) concentração volumétrica dapolpa mineral, vii) granulometria dos sólidos e viii) diâmetro da tubulação. A primeira unidade experimental foi montada com tubulação em PVC transparente de diâmetro interno de 25,4mm e a segunda unidade foi construída em PVC branco com um trecho de 2m em acrílico transparente, apresentando diâmetro interno de 50,8mm. A velocidade critica (VC) para cada condição estudada foi determinada visualmente, através das seções transparentes da tubulação. As amostras utilizadas neste trabalho foram: concentrados de apatita e hematita e o mineral quartzo. As frações granulométricas estudadas foram inseridas em duas classes de tamanho, sendo a primeira classe passante em 297µm e retida em 249µm e a segunda classe passante em 149µm e retida em 105µm. Os resultados permitiram determinar um novo modelo semiempírico para VC, alcançando desvios menores que 10% para as velocidades preditas em relação aos valores de velocidades observadas experimentalmente. / The design of hydraulic systems of slurry transport demands a special attention due to coarse particles present a settling behavior inside the pipes. In this situation, the transport velocity should have order of magnitude sufficient to promote the suspension and the transport of particles, avoiding the solids deposition at the bottom of pipe. The transport of mineral slurries containing coarse particles was the primary goal of the thesis. A survey of the available literature was done and through the experimental tests could be possible to raise a data bank in order to develop a new best fit correlation for the critical velocity (VC) which included the particle shape effect, through the sphericity function. VC could be defined as the minimum velocity where a moving bed of particles takes place at the bottom of the horizontal pipe and it is slightly above the deposition velocity VD, which could be characterized by a bed of stationary particles at the bottom of pipe. The research was conducted using two recirculating pipe test rigs with transparent PVC pipe of 25.4mm and 50.8mm internal diameter with slurry concentrations from 8% up to 27% by volume. The material used was apatite and hematite concentrates and quartz mineral, clustered in two classes of size range (-0.297+0.210mm; -0.149+0.105mm), where the variables were: i) Head losses per meter of horizontal pipe (\'delta\'P/L), ii) Mean transport velocity (V), iii) solids distribution profile, iv) particle shape effect, through the sphericity function (\'psi\'), v) density of particles and liquid, vi) Volumetric concentration of slurries, vii) particles size and viii) pipe diameter. The critical velocity (VC), for each studied condition, was visually determined through the transparent sections of the pipes. The results have yielded a new semi empirical model to predict the critical velocity, yielding a deviation of less than 10% from the observed values of experimental data for VC.
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Caracterização física e de secagem de sementes de embaúba (Cecropia glaziovii Snethlage)

Felizardo, Marcos Paulo 28 February 2014 (has links)
Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5890.pdf: 8136490 bytes, checksum: f4dc359468928494ebdd96e3f1c64ebe (MD5) Previous issue date: 2014-02-28 / Universidade Federal de Sao Carlos / The drying of seeds of the pioneer species Cecropia glaziovii Snethlage is motivated due to its restoration characteristics of heterogeneous degraded forests. In this work the main goal is the physical and drying characterization of Cecropia glaziovii seeds in batch fluidized bed, as well as the physiological quality. The dimensions and shapes of seeds were obtained by image analysis, assessing the reproducibility of these measures for in natura samples and those classified by sieving. The drying characterization in fluidized bed drying was performed, with initial fixed bed heights of 3 and 5 cm, with air temperature (40 ± 2)°C and drying air velocity (1.0 ± 0.3) m/s. It was noted that the dimensions and shapes of seeds classified by sieving have higher reproducibility than the in natura ones. Therefore, the seeds retained on the 20 mesh sieve were used for the drying characterization. By using the moisture ratio as a function of time, it could be seen that the mixture in the fluidized bed was homogeneous, as the variation between the bed heights of 3 and 5 cm was negligible. Based on the dimensionless drying rate as a function of moisture ratio, only the decreasing rate period was observed. It was also found that the seeds constitute a porous and hygroscopic particulate system in the conditions used in this study. Therefore, samples with statistical reproduction of sizes and shapes were obtained by physical characterization, and for these seeds, drying characterization was carried out, obtaining the classification of the particulate system as porous and hygroscopic medium without reporting constant drying rate period. The germination index of Cecropia glaziovii seeds was 77%, this value is consistent with government reforestation programs. / A secagem de sementes da espécie pioneira Cecropia glaziovii Snethlage é motivada devido às suas características de recuperação de florestas heterogêneas degradadas. Neste trabalho o principal objetivo é a caracterização física e de secagem de sementes de Cecropia glaziovii em leito fluidizado em batelada, bem como a qualidade fisiológica. As dimensões e formas das sementes foram obtidas através de análise de imagens, avaliando a reprodutibilidade destas medidas para amostras in natura e classificadas por peneiramento. Foi realizada a caracterização de secagem em leito fluidizado com alturas de leitos fixos iniciais de 3 e 5 cm, com temperatura do ar de (40±2)°C e velocidade do ar de secagem de (1,0±0,3) m/s. Foi observado que as dimensões e formas das sementes classificadas por peneiramento apresentam maior reprodutibilidade que as in natura. Portanto, foram utilizadas as sementes retidas na peneira de 20 mesh para a caracterização de secagem. Através do adimensional de umidade em função do tempo pode-se constatar que a mistura no leito fluidizado foi homogênea, pois a variação foi desprezível entre as alturas de leito de 3 e 5 cm. Com base no adimensional de taxa de secagem em função do adimensional de umidade observou-se apenas o período de taxa de secagem decrescente, também se constatou que as sementes de embaúba constituem um sistema de partículas poroso e higroscópico nas condições utilizadas neste trabalho. Portanto, através da caracterização física obtiveram-se amostras com reprodução estatística das medidas de dimensões e formas, e para estas sementes foi realizada a caracterização de secagem, obtendo-se a classificação deste sistema de partícula como meio poroso e higroscópico e sem apresentação de período de taxa constante. O índice de germinação das sementes de embaúba foi de 77%, valores adequados para programas governamentais de reflorestamento.
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Modelagem da velocidade crítica de transporte de polpas minerais contendo partículas grossas. / Modeling critical velocity of transport for mineral slurries with coarse particles.

Thiago César de Souza Pinto 29 May 2012 (has links)
O dimensionamento de sistemas de transporte hidráulico de polpas minerais exige especial atenção à medida que partículas grossas apresentam um comportamento de sedimentação no interior dos tubos. Dentro desta situação, a velocidade de transporte da polpa mineral deve ter magnitude suficiente para suspender e transportar os sólidos, evitando que os mesmos se depositem na base da tubulação. O bombeamento de polpas minerais em tubos horizontais contendo partículas grossas constituiu o objeto desta tese. Um levantamento sobre a literatura corrente foi realizado e, através de procedimentos experimentais, obteve-se um banco de dados para o modelamento da velocidade crítica (VC), isto é, a velocidade mínima em que ocorre a formação de um leito móvel na base do tubo, apresentando magnitude ligeiramente superior à velocidade de deposição VD, caracterizada pelo início da deposição das partículas na base dos dutos. Para a realização dos ensaios, foram construídas duas unidades experimentais de bombeamento de polpa mineral, onde foram estudadas as seguintes variáveis: i) gradiente de pressão por metro de tubo horizontal (\'delta\'P/L), ii) velocidade média do fluxo (V), iii) perfil de concentração de sólidos ao longo da seção transversal, iv) fator de forma através da função de esfericidade das partículas (\'psi\'), v) densidade do sólido e do líquido, vi) concentração volumétrica dapolpa mineral, vii) granulometria dos sólidos e viii) diâmetro da tubulação. A primeira unidade experimental foi montada com tubulação em PVC transparente de diâmetro interno de 25,4mm e a segunda unidade foi construída em PVC branco com um trecho de 2m em acrílico transparente, apresentando diâmetro interno de 50,8mm. A velocidade critica (VC) para cada condição estudada foi determinada visualmente, através das seções transparentes da tubulação. As amostras utilizadas neste trabalho foram: concentrados de apatita e hematita e o mineral quartzo. As frações granulométricas estudadas foram inseridas em duas classes de tamanho, sendo a primeira classe passante em 297µm e retida em 249µm e a segunda classe passante em 149µm e retida em 105µm. Os resultados permitiram determinar um novo modelo semiempírico para VC, alcançando desvios menores que 10% para as velocidades preditas em relação aos valores de velocidades observadas experimentalmente. / The design of hydraulic systems of slurry transport demands a special attention due to coarse particles present a settling behavior inside the pipes. In this situation, the transport velocity should have order of magnitude sufficient to promote the suspension and the transport of particles, avoiding the solids deposition at the bottom of pipe. The transport of mineral slurries containing coarse particles was the primary goal of the thesis. A survey of the available literature was done and through the experimental tests could be possible to raise a data bank in order to develop a new best fit correlation for the critical velocity (VC) which included the particle shape effect, through the sphericity function. VC could be defined as the minimum velocity where a moving bed of particles takes place at the bottom of the horizontal pipe and it is slightly above the deposition velocity VD, which could be characterized by a bed of stationary particles at the bottom of pipe. The research was conducted using two recirculating pipe test rigs with transparent PVC pipe of 25.4mm and 50.8mm internal diameter with slurry concentrations from 8% up to 27% by volume. The material used was apatite and hematite concentrates and quartz mineral, clustered in two classes of size range (-0.297+0.210mm; -0.149+0.105mm), where the variables were: i) Head losses per meter of horizontal pipe (\'delta\'P/L), ii) Mean transport velocity (V), iii) solids distribution profile, iv) particle shape effect, through the sphericity function (\'psi\'), v) density of particles and liquid, vi) Volumetric concentration of slurries, vii) particles size and viii) pipe diameter. The critical velocity (VC), for each studied condition, was visually determined through the transparent sections of the pipes. The results have yielded a new semi empirical model to predict the critical velocity, yielding a deviation of less than 10% from the observed values of experimental data for VC.
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Um máximo empírico para a esfericidade de vetores aleatórios : aplicação ao crescimento somático de ratos em um estudo com modelo experimental de hipotireoidismo gestacional / An empirical maximum for the sphericity of random vectors : application to somatic growth of rats in a study with an experimental model of gestational hypothyroidism

Santana, Demetrius Silva de 25 May 2017 (has links)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Hypothyroidism, in both its clinical and subclinical manifestations, is a highly prevalent endocrinopathy among pregnant women. Given the high fetal dependency on maternal thyroid hormones (TH), a shortage of these hormones can be related to long-term effects on organisms, as TH have ubiquitous actions. Particularly, effects of gestational hypothyroidism on kidneys could cause an elevation of blood pressure later in life. An indicator of fetal programming can be the somatic growth of an organism, which, in rats, is hard to be modelled due to persistent growth post-puberty. With this purpose, use of body weight in analysis of variance (ANOVA), taking animal age as repeated measures factor (RMF), can cause nonsphericity in this statistical model. A goal was to evaluate, on adult offspring, the influence of maternal TH deficiency on renal function and on somatic growth, as well the relationship between renal function and systolic arterial pressure (SAP). Additionally, we sought an adequate method of analysis for body weight curves of rats and investigated consequences of using ANOVA as usual for this purpose. Female Wistar rats were divided in three main experimental groups: control euthyroid; hypothyroid by addition of methimazole (0.02%) in drinking water; and euthyroid by hormonal replacement, receiving both methimazole (0.02%) and levothyroxine (T4, 100 μg/L) in drinking water. Treatment was given between gestational days (GD) 9 and 21. On offspring, either nephrectomy or sham-surgery was done at post-coitus day (PCD) 26. Blood pressure was evaluated at around postnatal day (PND) 90, through a tail-plethysmograph. Blood and urine were collected at around PND 110 to evaluate creatinine clearance. To evaluate somatic growth, animals were weighed once to thrice weekly after weaning. Analysis of weight data was done by fitting a modified tetraparametric sigmoid curve to weight data and reducing its parameters by principal component analysis, whereby two principal components were able to retain 92% of original variance of parameters. Experimental gestational hypothyroidism (EGH) had no effect on SAP (p* > 0,200), except through its interaction with estrous cycle. There was a third order interaction concerning estrous phase, nephrectomy and T4 replacement, where the luteal SAP drop was intensified (p* = 0,039). Body weight at PCD 26 did not show any correlation with SAP (p* = 0,716). There was no correlation between SAP and creatinine clearance (p* = 0,803). EGH had no significant effect on creatinine clearance nor on weight curve principal components (p* > 0,200). Thus, given current approach, it was not possible to detect any EGH effect on SAP, neither on renal function, nor on somatic growth. Analysis of body weight curves allowed a precise definition of the beginning of adulthood of animals regarding their somatic growth and elaboration of a simplified model of somatic growth of rats. Also, it was possible to establish an empirical maximum for the coefficient of sphericity of studies which use repeated measures ANOVA to model continuous variables which have been discretized and used as RMF; this can be useful for both experimental planning and previous results reevaluation. / O hipotireoidismo, em suas formas clínica e subclínica, é endocrinopatia de prevalência significativa em mulheres gestantes. Dada a dependência fetal de hormônios tireoideanos (HT) maternos, a sua carência pode estar relacionada a efeitos duradouros no organismo, tendo-se em vista a ação ubíqua dos HT. Em particular, efeitos do hipotireoidismo gestacional no desenvolvimento renal têm o potencial de levar a uma elevação da pressão arterial (PA) na vida adulta. Um indicador da programação fetal pode ser o crescimento somático do organismo, que, em ratos, é difícil de ser modelado devido ao crescimento persistente pós-puberal. Nesse sentido, o uso do peso corporal em análises de variância (ANOVA), tomando-se como fator de medidas repetidas (FMR) a idade do animal, é capaz de violar a premissa de esfericidade do modelo estatístico. Um dos objetivos do estudo foi avaliar, na vida adulta da prole de ratas, a influência da carência dos HT maternos na função renal e no crescimento somático, bem como a relação da função renal com a PA sistólica (PAS). Além disso, buscou-se caracterizar um método adequado de análise de curvas de peso corporal de ratos e investigar as consequências do uso de ANOVA em sua forma tradicional para esse propósito. Ratas Wistar prenhas foram divididas em três grupos experimentais principais: eutireoideanas controle; hipotireoideanas por adição de metimazol (0,02%) na água de beber; e eutireoideanas por reposição hormonal, recebendo tanto metimazol (0,02%) quanto levotiroxina (T4, 100 μg/L) na água de beber. Os tratamentos foram realizados do 9º ao 21º dia de gestação. Com as proles das ratas, foram feitas: cirurgias de nefrectomia ou pseudocirurgia equivalente no 26º dia pós-cópula (DPC); medidas de PAS com cerca de 90 dias pós-natal (DPN) através de um pletismógrafo de cauda; e, coletas de sangue e urina para avaliação do clearance de creatinina com cerca de 110 DPN. Para a avaliação do crescimento somático, os animais foram pesados entre 1 e 3 vezes por semana após o desmame. A análise de curvas de peso corporal foi feita por ajuste de sigmoide de quatro parâmetros, reduzidos a dois componentes principais, mantendo-se 92% da variância original dos parâmetros. O hipotireoidismo gestacional experimental (HGE) não teve efeito significativo sobre a PAS (p* > 0,200), exceto em sua interação com o ciclo estral: houve interação do ciclo estral com a reposição de T4 da mãe e nefrectomia, em que a queda de PAS da fase lútea foi acentuada (p* = 0,039). O peso corporal no 26º DPC não apresentou correlação com a PAS (p* = 0,716). Também não houve correlação entre a PAS e o clearance de creatinina (p* = 0,803). O HGE não teve efeito significativo sobre o clearance de creatinina nem sobre os componentes principais das curvas de peso corporal (p* > 0,200). Portanto, não foi possível verificar, com a abordagem utilizada, qualquer efeito do HGE sobre a PA da prole adulta, nem sobre a função renal e tampouco sobre o crescimento somático. A análise do peso corporal permitiu uma definição precisa do início da vida adulta dos animais quanto ao seu crescimento somático e a elaboração de um modelo conceitual simplificado do crescimento somático de ratos. Além disso, foi possível estabelecer um máximo empírico para o coeficiente de esfericidade de estudos que usam ANOVA de medidas repetidas para modelar variáveis contínuas que tenham sido discretizadas e usadas como FMR; isso pode ser útil tanto no planejamento experimental quanto na reavaliação de achados anteriores. / São Cristóvão, SE

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