Submitted by Nathalya Silva (nathyjf033@gmail.com) on 2017-04-24T20:07:11Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AnaliseExperimentalNumerica.pdf: 6987325 bytes, checksum: 645c8d49c79a3a61cbac9adfd10bded9 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-04-26T14:19:15Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AnaliseExperimentalNumerica.pdf: 6987325 bytes, checksum: 645c8d49c79a3a61cbac9adfd10bded9 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-26T14:19:15Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AnaliseExperimentalNumerica.pdf: 6987325 bytes, checksum: 645c8d49c79a3a61cbac9adfd10bded9 (MD5) Previous issue date: 2012-03 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / FAPESPA - Fundação Amazônia de Amparo a Estudos e Pesquisas / Os leitos fluidizados gás-sólido possuem grande importância na indústria de processamento, em função de apresentar um bom efeito de mistura entre as fases, além de altas taxas de transferência de calor e massa, necessitando para isso baixo consumo de energia. Alguns exemplos típicos de aplicações industriais desse equipamento podem ser encontrados em processos que envolvem reações catalíticas, regeneração catalítica, ou ainda a combustão e gaseificação de carvão. O entendimento do comportamento fluidodinâmico deste equipamento é de fundamental importância para que o leito fluidizado possa ser adaptado a novas condições de uso. A literatura reporta diversos estudos com leito fluidizado, relatando variadas contribuições já incorporadas ao conhecimento da operação do mesmo. A ferramenta de CFD (Computational Fluid Dynamics) tem se mostrado uma boa alternativa para entendimento da operação deste equipamento. A utilização do modelo Euleriano granular multifásico juntamente com equações de conservação da massa, energia e movimento, para cada uma das fases presentes, tem gerado êxito quando aplicada a leitos fluidizados. De forma geral, este trabalho teve por objetivo estudar o comportamento do escoamento fluidodinâmico de esferas de vidro e alumina em um leito fluidizado convencional do tipo gás-sólido, variando os modelos de arraste de Gidaspow, Syamlal-O’Brien e Wen-Yu, bem como os modelos de turbulência K-e RSM. De forma mais específica, o trabalho buscou avaliar o comportamento fluidodinâmico das partículas no equipamento, através do monitoramento dos parâmetros fluidodinâmicos mais importantes, dentre os quais podemos destacar a velocidade de mínima fluidização do mesmo, a queda de pressão do equipamento na mínima fluidização, sua porosidade e a expansão do leito de partículas, também na mínima fluidização. Os testes experimentais foram comparados com simulações numéricas utilizando a ferramenta de CFD, onde se observou boa concordância dos resultados simulados frente aos resultados experimentais. / The gas-particle fluidized beds have great importance in the processing industry, due to have a good effect of mixing between the phases, and high rates of heat and mass transfer, requiring it to lower power consumption. Some typical examples of industrial applications of this equipment can be found in processes involving catalytic reactions, catalyst regeneration, or the combustion and coal of gasification. The understanding of the fluid dynamic behavior of this equipment is of fundamental importance for the fluidized bed can be adapted to new conditions. The literature reports several studies of fluidized bed, reporting varied contributions already incorporated the knowledge of the operation. The CFD (Computational Fluid Dynamics) tool has proved a good alternative for understanding the operation of this equipment. The use of multiphase granular Eulerian model together with the conservation equations of mass, energy and momentum for each of the phases present, has shown success when applied to fluidized beds. Overall, this work is to study the behavior of the fluid dynamic flow of glass beads and alumina in conventional fluidized bed type gas-solid, varying models Gidaspow, Syamlal-O’Brien and Wen-Yu, as well as Turbulence Models K-ε and RSM. More specifically, the work seeks to study the behavior of the fluid-dynamic equipment, by monitoring the most important fluid-dynamic parameters, among which we highlight the minimum fluidization velocity of the same, the pressure drop at minimum fluidization equipment, its porosity and expansion of the bed particles, also at minimum fluidization. Experimental tests were compared with numerical simulations using CFD (Computational Fluid Dynamics) tool, in which good agreement of the simulated results compared to experimental results.

Made available in DSpace on 2014-08-13T14:50:37Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-11-01Bitstream added on 2014-08-13T18:01:37Z : No. of bitstreams: 1 000741253_20150101.pdf: 141727 bytes, checksum: bf2e02cb75454b0d8c9536e890144bde (MD5) Bitstreams deleted on 2015-01-05T11:00:41Z: 000741253_20150101.pdf,Bitstream added on 2015-01-05T11:01:44Z : No. of bitstreams: 1 000741253.pdf: 2376805 bytes, checksum: d8aaa4bb45713ee7c22ca08294c74e07 (MD5) / O leito fluidizado é uma importante operação unitária de grande interesse na indústria química, geração de energia, extração e refino do petróleo, entre outros. As muitas aplicações do leito fluidizado na indústria e a demanda constante de melhorias na eficiência do processo de fluidização, tem produzido um aumento no número de trabalhos envolvendo simulações numéricas do escoamento gás-sólido em leito fluidizado através de CFD. Na simulação numérica, ainda não existe consenso na seleção de um modelo de arrasto e na definição de um valor adequado para o coeficiente de restituição. Nesta tese investiga-se a influência de diferentes modelos de arrasto e do coeficiente de restituição; sobre a fluidodinâmica do escoamento gás-sólido em leito fluidizado, através de simulações numéricas. Para isto é usado um modelo baseado na abordagem Euleriana-Euleriana considerando um leito fluidizado bidimensional, o qual será resolvido usando o codigo livre MFIX. Para avaliar os modelos de arrasto, os resultados numéricos são validados por meio da determinação dos dados experimentais de Taghipour et al. (2005), o qual apresenta parâmetros de projeto de leito fluidizado, tais como a queda de pressão, expansão do leito, velocidade mínima de fluidização e distribuição das fases. Estudou-se também o efeito do coeficiente de restituição sobre a fluidodinâmica do escoamento, através do desenvolvimento de uma correlação em função da fração de vazio. Os resultados demonstram que o modelo de arrasto têm uma influência muito grande na determinação das variáveis de projeto de leito fluidizado. No estudo, um grupo de modelos representam adequadamente a fluidodinâmica, sendo que o modelo de arrasto de Gidaspow (1994) foi o que mais se aproximou aos resultados experimentais. Foram desenvolvidas simulações ... ( Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Fluidized bed is an important unit operation of great interest in petroleum, chemical, metallurgical and energy industries. The large number of applications of fluidized bed in the industry and constant demand for improvements in the efficiency of the fluidization process, has produced an increase in the number of studies involving numerical simulations of gas-solid flow in fluidized bed through CFD. In numerical simulation, there is not yet an agreement on the selection of a drag model and in defining a suitable value for the coefficient of restitution. The purpose of this work was to study the influence of different drag models and restitution coefficient on the hydrodynamics of gas-solid flow in fluidized-bed, through numerical simulations. It is used a model based on the Eulerian-Eulerian approach considering a two-dimensional fluidized bed, which will be resolved using the open source MFIX code. To evaluate drag models, numerical results will be validated through the determination of the experimental data of Taghipour et al. (2005), which presents fluidized bed design parameters, such as fluidization curve, bed expansion, minimum fluidization velocity and void fraction profiles. It was also studied the effect of restitution coefficient on the hydrodynamics, through the development of a correlation in function of void fraction. The results demonstrated that drag model have an great influence in fluidized bed design parameters determination. In this study, a group of models were able to represent adequately the hydrodynamics, however Gidaspow (1994) drag model was the most accurate to represent the experimental data. Simulations were carried out considering restitution coefficient as a function of void fraction and using Gidaspow (1994) drag model. The simulation results obtained was able to improve the prediction of void fraction profile

O objetivo desta tese foi verificar a viabilidade de utilização de jatos de água verticais circulares, únicos e contínuos, provenientes da ponteira de uma estaca torpedo, para auxiliar sua instalação por peso próprio no leito marinho, através da fluidização do solo. Foram realizados ensaios de laboratório, em modelo reduzido, utilizando hastes para simular estacas torpedo (sem aletas) seguindo a lei de semelhança pelo número de Froude. Os ensaios de instalação por peso próprio, com e sem fluidização, ocorreram sem altura de queda, com a estaca modelo em contato com a superfície do leito. Trabalhou-se com três diâmetros de estacas, seis massas, quatros vazões e areia fina saturada compactada em duas densidades relativas iniciais (média e densa). Os ensaios de arrancamento, em leito arenoso fluidizado e não fluidizado, foram realizados imediatamente, 4, 24 e 48 horas após a instalação dos modelos. A metodologia de instalação proposta mostrou-se viável, quando o jateamento é aplicado desde a superfície em solo arenoso. As profundidades instaladas atingidas por fluidização (L/de > 50) foram consideravelmente superiores às profundidades cravadas por apenas peso próprio (L/de < 5). A geometria da zona perturbada durante a instalação por fluidização dos modelos, permaneceu constante e paralela ao fuste, com geometria de aproximadamente 2de em relação ao modelo, independentemente da vazão aplicada e da densidade relativa inicial do solo. A partir das leis de análise dimensional, uma expressão para a profundidade instalada das estacas modelo foi proposta, mostrando que a mesma é função do peso e da geometria do modelo, das propriedades físicas do solo e do fluido, e de sua vazão. Quanto maior a massa do modelo e a vazão aplicada e menor a densidade relativa, maior a profundidade atingida e maior a velocidade inicial de instalação. Constatou-se que a capacidade de carga axial dos modelos depende da densidade relativa, do diâmetro do modelo e do método de instalação (com e sem fluidização). Independentemente da densidade relativa inicial, o solo fluidizado convergiu para a mesma densidade relativa final, próxima as suas condições no estado crítico. As estacas em solo fluidizado apresentaram ganho resistência com o tempo (efeito de setup), com capacidade de carga inferior às estacas cravadas em solo não fluidizado. / The aim of this thesis was to investigate the feasibility of using circular vertical water jets, single and continuous, from the tip of a torpedo pile, to assist its installation by own weight on the seabed, through soil fluidization. Laboratory model tests were carried out, using tubes to simulate torpedo piles (without wings) following the law of similarity defined by the Froude number. The installation tests by the pile own weight, with and without fluidization, occurred without drop height, with the piles in contact with the surface of the bed. Three diameters of model piles and six masses, four flow rates and saturated sand at two initial relative densities (medium and dense) have been used in this set of experiments. Pullout tests in fluidized and nonfluidized soils were performed immediately, 4, 24 and 48 hours after the installation of the models. The proposed installation methodology proved to be feasible when the fluidization is applied from the surface in sandy soils. The installation depths achieved by fluidization (L/de > 50) were significantly higher than the depths reached by pile own weight (L/de < 5). The geometry of the perturbed zone during model installation by fluidization remained constant and parallel to the shaft in a geometry of about 2de of the pile model, regardless of the applied flow rate and the initial relative density of the soil. Following the laws of dimensional analysis, an expression for the embedment of fluidized piles is derived, showing that the penetration depth is a function of pile weight and geometry, fluidized water jet flow rate and velocity, as well as the soil and fluid properties. Increasing the model mass and fluidized flow rate and decreasing the relative density leads to an increase in the depth reached and the initial speed of installation. The axial load capacity of the models depends on the soil relative density, piles diameter and installation method (with and without fluidization). Regardless the initial relative density, the fluidized soil converged to the same final relative density, near its conditions of critical state. Piles installed in fluidized soil presented gain of axial capacity over time (setup effect) with lower resistance than piles driven in nonfluidized soil.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T03:58:25Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-09T00:55:58Z : No. of bitstreams: 1 137750.pdf: 14102847 bytes, checksum: 159e7175ba0c8161b96db8e1f4024968 (MD5)

A instalação de estruturas offshore em grandes profundidades demanda avanços na área da Engenharia, principalmente quanto ao desenvolvimento de novas tecnologias associadas à ancoragem destas estruturas. O objetivo deste trabalho é analisar os mecanismos e conceitos associados à fluidização de solos arenosos com jatos de água, associando a técnica ao melhoramento do solo com agente cimentante, com a finalidade de futuramente aplicar estas técnicas em campo, na instalação e fixação de fundações e âncoras para plataformas e estruturas offshore. O trabalho é fundamentado nas pesquisas de Niven (1998) e Mezzomo (2009). O estudo foi desenvolvido através de ensaios em laboratório, sendo os ensaios de fluidização executados em tanque de acrílico de 45 x 45 cm e altura de 110 cm. Foram realizados ensaios em areia fina de granulometria uniforme (d50 = 0,18 mm). Quanto aos ensaios de fluidização, foi avaliada a influência dos parâmetros do jato (vazão e velocidade) na geometria da zona fluidizada, verificando as equações empíricas para determinar a geometria da zona fluidizada através do número de Froude das partículas (Frp) - desenvolvidas por Mezzomo (2009) - e ampliando o banco de dados dos ensaios de fluidização. Foi avaliada a influência dos parâmetros do jato (vazão) e do solo (permeabilidade e diâmetro das partículas), sobre a profundidade crítica T3. Foi definida a relação entre a profundidade crítica T3 de ensaios executados no centro e na lateral do tanque de ensaios (T3centro/T3lateral = 0,5 a 0,8). Complementarmente, foram realizados ensaios de fluidização associados à injeção de agente cimentante, através dos quais foi possível compreender a forma geral de comportamento da injeção de agente cimentante em solos arenosos. Finalmente, foram executadas provas de carga estáticas à tração em solo arenoso fluidizado e não fluidizado, e em ensaios com injeção de calda de cimento. Através destes, verificou-se uma perda de capacidade de carga entre 30 e 50% devido à fluidização do solo. Além disso, a injeção de agente cimentante resultou em aumento da capacidade de carga entre 11 e 15 vezes, em relação aos ensaios sem injeção de agente cimentante. / The installation of offshore structures in deep water demands advances in Engineering, particularly for the development of new technologies associated with the anchor of these structures. The aim of this paper is to analyze the mechanisms and concepts associated with fluidization of sandy soils with water jets, combining the technique of improvement of the soil with cementing agent in order to implement these techniques in the field for installing and arrest offshore foundations and anchors of platforms and structures, in the future. The work is based on Niven (1998) and Mezzomo (2009) researches. The study was developed through laboratory tests designed for fluidization tests carried on into acrylic tank of dimensions 45 x 45 cm and height of 110 cm. The tests were performed with uniform fine sand (d50 = 0.18 mm). About fluidization tests the influence of jet parameters (rate and speed) on the geometry of fluidized zone was evaluated, verifying empirical equations to determine the geometry of the fluidized zone through the Froude number - developed by Mezzomo (2009) - expanding the database of fluidization tests. The influence of the jet and soil parameters (rate, permeability and d50) on critical depth (T3) was carefully investigated. The relation of critical depth of the tests ran in the center and side position in the tank was found to be from 0.5 to 0.8. In addition, fluidization tests associated with injection of cementing agent were carried out to improve the understanding of the general behavior of the injection of cementing agent (cement grout) in sandy soils. Finally, static tension load tests on fluidized and no fluidized sand were performed, complemented by tests with injection of cement grout. Through these, it was found that there is a 30 to 50% loss in load capacity due to the fluidization of the soil. Furthermore, tests with injection of cement agent resulted in increasing load capacity about 11 up to 15 times, in relation to the tests without cement agent injection.

O objetivo desta tese foi verificar a viabilidade de utilização de jatos de água verticais circulares, únicos e contínuos, provenientes da ponteira de uma estaca torpedo, para auxiliar sua instalação por peso próprio no leito marinho, através da fluidização do solo. Foram realizados ensaios de laboratório, em modelo reduzido, utilizando hastes para simular estacas torpedo (sem aletas) seguindo a lei de semelhança pelo número de Froude. Os ensaios de instalação por peso próprio, com e sem fluidização, ocorreram sem altura de queda, com a estaca modelo em contato com a superfície do leito. Trabalhou-se com três diâmetros de estacas, seis massas, quatros vazões e areia fina saturada compactada em duas densidades relativas iniciais (média e densa). Os ensaios de arrancamento, em leito arenoso fluidizado e não fluidizado, foram realizados imediatamente, 4, 24 e 48 horas após a instalação dos modelos. A metodologia de instalação proposta mostrou-se viável, quando o jateamento é aplicado desde a superfície em solo arenoso. As profundidades instaladas atingidas por fluidização (L/de > 50) foram consideravelmente superiores às profundidades cravadas por apenas peso próprio (L/de < 5). A geometria da zona perturbada durante a instalação por fluidização dos modelos, permaneceu constante e paralela ao fuste, com geometria de aproximadamente 2de em relação ao modelo, independentemente da vazão aplicada e da densidade relativa inicial do solo. A partir das leis de análise dimensional, uma expressão para a profundidade instalada das estacas modelo foi proposta, mostrando que a mesma é função do peso e da geometria do modelo, das propriedades físicas do solo e do fluido, e de sua vazão. Quanto maior a massa do modelo e a vazão aplicada e menor a densidade relativa, maior a profundidade atingida e maior a velocidade inicial de instalação. Constatou-se que a capacidade de carga axial dos modelos depende da densidade relativa, do diâmetro do modelo e do método de instalação (com e sem fluidização). Independentemente da densidade relativa inicial, o solo fluidizado convergiu para a mesma densidade relativa final, próxima as suas condições no estado crítico. As estacas em solo fluidizado apresentaram ganho resistência com o tempo (efeito de setup), com capacidade de carga inferior às estacas cravadas em solo não fluidizado. / The aim of this thesis was to investigate the feasibility of using circular vertical water jets, single and continuous, from the tip of a torpedo pile, to assist its installation by own weight on the seabed, through soil fluidization. Laboratory model tests were carried out, using tubes to simulate torpedo piles (without wings) following the law of similarity defined by the Froude number. The installation tests by the pile own weight, with and without fluidization, occurred without drop height, with the piles in contact with the surface of the bed. Three diameters of model piles and six masses, four flow rates and saturated sand at two initial relative densities (medium and dense) have been used in this set of experiments. Pullout tests in fluidized and nonfluidized soils were performed immediately, 4, 24 and 48 hours after the installation of the models. The proposed installation methodology proved to be feasible when the fluidization is applied from the surface in sandy soils. The installation depths achieved by fluidization (L/de > 50) were significantly higher than the depths reached by pile own weight (L/de < 5). The geometry of the perturbed zone during model installation by fluidization remained constant and parallel to the shaft in a geometry of about 2de of the pile model, regardless of the applied flow rate and the initial relative density of the soil. Following the laws of dimensional analysis, an expression for the embedment of fluidized piles is derived, showing that the penetration depth is a function of pile weight and geometry, fluidized water jet flow rate and velocity, as well as the soil and fluid properties. Increasing the model mass and fluidized flow rate and decreasing the relative density leads to an increase in the depth reached and the initial speed of installation. The axial load capacity of the models depends on the soil relative density, piles diameter and installation method (with and without fluidization). Regardless the initial relative density, the fluidized soil converged to the same final relative density, near its conditions of critical state. Piles installed in fluidized soil presented gain of axial capacity over time (setup effect) with lower resistance than piles driven in nonfluidized soil.

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.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseCFSC.pdf: 4163212 bytes, checksum: 6916c3896f8d95c3ccab19a7afcdae15 (MD5) Previous issue date: 2003-07-29 / Universidade Federal de Sao Carlos / In this work equipment developments and techniques for aerodynamics and heat transfer studies in a vibro-fluidized bed are presented. The equipment projected and built consists of an acrylic bed with a circular section of 0.12 m diameter and 0.5 m height, with an eccentric mechanism that allowed the amplitude variation, and through the motor speed, variation in the frequency vibration. The aerodynamics study in a vibro-fluidized bed has been carried out through the analysis of the fluidization and standard deviation curves obtained for both systems (conventional and vibrated), in order to verify the pressure drop in the bed and the oscillation around the average, in function of the vibrational frequency and the initial bed height. The bed was constituted of ballotini glass spheres of 700 µm. The global heat transfer coefficient between immersed test body and the bed was obtained from two geometric configurations: cylinder and spheres. For the spherical geometry three different diameters were studied. In both geometries an electric resistances for the bodies heating was used. The local heat transfer coefficient was obtained from a similar cylinder to the one described previously, however equipped with a platinum sensor. This sensor consisted of a quartz piece with a fine platinum film linked to an electric circuit that through appropriate equation and monitor software allowed the obtaining of this coefficient. The influence of the superficial air velocity, vibrational frequency, particle size, forms and size of the tests bodies were analyzed. The aerodynamic results showed that, without vibration, the instantaneous pressure had a significant increase with the intensity vibration, with a maximum value in most of the results. The difference for an experimental condition for another one, is the angular area of the cylinder in which this tendency happens for the coefficient. When compared with the bed without vibration, just fluidized it, was verified that the values obtained in this work for the local coefficient have a similar behavior to the ones found in the literature. oscillation observed in the deviation standard curves are independent of the bed height. In the vibro-fluidized beds these oscillation showed a strong dependence on the bed height and on the dimensionless parameter, in the interval of variables studied. The results of the global heat transfer coefficient showed an increase of h, with the imposition of vibrations, with smaller particle size and for larger air velocity, for both studied geometries. When analyzed locally, it was observed that h&#952; had a significant increase with the intensity vibration, with a maximum value in most of the results. The difference for an experimental condition for another one, is the angular area of the cylinder in which this tendency happens for the coefficient. When compared with the bed without vibration, just fluidized it, was verified that the values obtained in this work for the local coefficient have a similar behavior to the ones found in the literature. / Neste trabalho são apresentados desenvolvimentos de equipamentos e técnicas para estudos de fluidodinâmica e de transferência de calor em um leito vibro-fluidizado. O equipamento projetado e construído consiste de um leito em acrílico de seção circular de 0,12 m de diâmetro por 0,5 m de altura, possui um mecanismo excêntrico que permite a variação da amplitude, e através da velocidade do motor, uma variação da freqüência de vibração. O estudo da fluidodinâmica do leito vibro-fluidizado foi realizado através da análise das curvas de fluidização e de desvio padrão obtidas para ambos os sistemas, convencional e vibrado, com o objetivo de verificar a variação e a oscilação em torno da média, da diferença de pressão do leito, em função da freqüência e da altura inicial do leito. O leito foi formado por partículas esféricas de vidro ballotini de 700 µm. O coeficiente global de transferência de calor entre um corpo submerso e o leito, foi obtido a partir de duas configurações geométricas: cilindros e esferas. No caso da geometria esférica estudou-se o coeficiente em três diferentes diâmetros. Em ambas as geometrias utilizou-se resistências elétricas para o aquecimento dos corpos. O coeficiente local de transferência de calor foi obtido a partir de um cilindro equipado em sua superfície com um sensor de platina. Este sensor consiste de uma peça de quartzo que possui em sua superfície um fino filme de platina ligado a um circuito elétrico que através de equacionamento adequado e um software de monitoração permitiu a obtenção deste coeficiente. Foram analisados a influência da velocidade superficial do ar, freqüência vibracional, diâmetro de partícula, tamanho e forma do corpo de testes. Os resultados mostraram que, na ausência de vibração, as flutuações instantâneas de pressão, observadas nas curvas de desvio padrão, independem da altura do leito de partículas. Para os leitos vibro-fluidizados estas flutuações mostraram uma forte dependência da altura do leito e do parâmetro vibracional, dentro do intervalo de variáveis estudado. Os resultados para o coeficiente global de transferência de calor mostraram um aumento deste coeficiente, com a imposição das vibrações, com menores diâmetros de partículas, e para maiores velocidades de ar, para ambas as geometrias estudadas. Quando analisado localmente, observou-se nos resultados que o coeficiente teve um aumento significativo com a intensidade vibracional, apresentando um valor máximo na maioria dos resultados. O que diferenciou uma condição experimental da outra foi a região angular do cilindro na qual ocorre esta tendência para o coeficiente. Quando comparado com o leito sem vibração, apenas fluidizado, verificou-se que os valores obtidos neste trabalho para o coeficiente local têm um comportamento similar ao encontrado na literatura.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4643.pdf: 11178307 bytes, checksum: b2f19d45bb0943c68a36e0794b2f1f11 (MD5) Previous issue date: 2012-08-30 / Financiadora de Estudos e Projetos / The radial and axial distributions of coarse solids when fed directly in a riser are unknown, despite this type of feeding is very important for drying and preheating of solids during conveying. In this context, this thesis focused on studying the diluted conveying of coarse solids in a riser that was fed by a Venturi feeder in vertical orientation. Experiments were done with particles of 1mm averaged diameter conveyed in a riser (5.32cm of diameter) to obtain the mass loading ratio used in simulations. The assays also made pressure data available to verify the simulations. Eulerian simulations using models based on kinetic granular theory were done. The main goal was to evaluate solids distribution in gas-solid flow for this type of system. The 2D simulations were used to get a stable pattern downstream the feeder after the development length. However, the solid feeding structures generated near feeding percolated the entire riser and, as a consequence, there was no stable pattern. As a consequence, no pattern was found to represent solid phase behavior, since the axial symmetric assumption is invalid for the Venturi feeder. Therefore, only 3D simulations can be used to study asymmetric feeding for the conditions applied, even for a relatively long riser with small diameter. Experimental pressure data was approximately predicted by 3D simulations and prediction was better as the mesh was refined. However, the refined meshes applied in shorter risers to decrease computational effort showed the same solid flow behavior that was seen in the coarser mesh. The 3D simulations showed that there were clusters in the entire experimental riser. Moreover, clusters were generated by solid phase flow near feeding and some of them percolated the entire riser while mixing others. In addition, simulations showed that the bypass region on feeding is in the opposite side from feeding pipe. / As distribuições radial e axial de material particulado grosseiro em trecho vertical com alimentação nesta mesma orientação são desconhecidas. Tendo em vista a importância desta configuração para aplicações de secagem e préaquecimento de sólidos na indústria, foi analisado o comportamento do escoamento gás-sólido em transporte pneumático diluído alimentado diretamente em trecho ascendente utilizando-se um dispositivo Venturi. Para tanto, a tese apresenta simulações eulerianas com modelos baseados na teoria cinética granular do escoamento gás-sólido em um trecho vertical. Simulações com hipótese de simetria axial (bidimensionais) e tridimensionais foram realizadas. A razão mássica de carga utilizada nas simulações foi obtida em ensaios experimentais com transportador de mesmas dimensões que as simuladas. Apesar de a simetria axial ser inválida para o alimentador em questão, as simulações bidimensionais foram realizadas com o objetivo de encontrar um padrão radial de escoamento para regiões que se afastassem da alimentação. No entanto, avaliou-se que a alimentação influía nos campos escalares de fração de sólidos das soluções numéricas para comprimentos relativamente longos. Assim, somente simulações tridimensionais puderam ser usadas para analisar o escoamento até a altura simulada para o alimentador em questão. As simulações tridimensionais mostraram a existência de uma série de agrupamentos de sólidos ao longo do trecho ascendente. As condições para a formação desses agrupamentos originavam-se da própria alimentação de sólidos. Na ausência de dados experimentais com relação aos detalhes da fluidodinâmica da fase sólida, foram obtidos resultados de pressão ao longo de um transportador pneumático para verificação experimental das simulações. O perfil de queda de pressão obtido na simulação tridimensional aproximou-se dos resultados experimentais. Além disso, o refinamento de malha reduziu os desvios comparativos de perda de pressão na alimentação. Devido à redução dos desvios experimentais, dois refinamentos de malha foram realizados. Ambos verificaram a formação de agrupamentos obtida com a malha grosseira.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseRVD.pdf: 5637129 bytes, checksum: f862b426d686fd352a79713f21cb585f (MD5) Previous issue date: 2005-11-25 / Vibro-fluidized beds with inert particles as fluidizing medium have been appearing as an innovative technique for drying of suspensions and pastes. Aiming to contribute for the comprehension of phenomena involved in such processes, an investigation of fluid dynamic behavior of a vibro-fluidized (and also of a fluidized) bed with inert particles was carried out in this work. Glycerol was employed to wet the inert particles and then simulate the presence of a liquid paste into the bed. The purpose of the present work is to obtain a detailed investigation of the effects of amplitude, frequency of vibration, dimensionless vibration number, degree of liquid saturation, and of the particle size and density on the fluid dynamic behavior of the bed. The research included also an experimental investigation on the effects of the particle size distribution on the dynamic of inert particles into the fluidized, vibrated and vibro-fluidized beds, with an evaluation of size segregation patterns. The experiments were divided into three groups: in the first one, preliminary fluid dynamics tests were carried out; in the second one, the fluid dynamic behavior of fluidized and vibro-fluidized beds was investigated, and in the last one, the effects of particle size distribution on the dynamics of fluidized, vibrated and vibro-fluidized beds were verified. The experimental apparatus used in the tests was a vibro-fluidized bed constituted of a glass chamber, with a 0.114 m diameter cylindrical section, thickness of 0.003 m and height of 0.50 m. Ballotini spherical glass beads (&#961;p =2,500 kg/m3), with mean diameters from 1.10x10-3 to 17.00x10-3 m, polypropylene spheroids (&#961;p = 935 kg/m3) with mean diameters of 2.60x10-3 and 3.67x10-3 m and elliptical cylinders of polystyrene (&#961;p = 1,050 kg/m3) with equivalent diameter (volumetric diameter) of 2.51x10-3 m, were used as inert particles. The bed was operated under dimensionless vibration numbers from 0.00 to 6.00, for amplitudes varying from 0.000 to 0.021 and frequencies of vibration from 0.00 and 18.20 Hz. Glycerol saturation degrees (defined as the ratio between volume of glycerol and volume of voids in the fixed bed) varied from 0.0000 and 0.0072. The glycerol was employed to simulate the presence of a liquid fed into the bed in a batch mode, since it practically does not evaporate under the conditions of present work. Identical values of dimensionless vibration numbers (&#915;) were obtained using different combinations of amplitudes (A) and frequencies of vibration (f), aiming to verify the universality of such a parameter to describe vibration characteristics of a vibro-fluidized bed. Four types of size distribution models were used in the investigation of the effects of the particle size distribution on the dynamics of vibro-fluidized beds: binary, flat, Gaussian and a reference one, all of them with a mean Sauter diameter of 2.18x10-3 m. In the range of experimental conditions investigated, it was observed that the dimensionless vibration number does not fully characterize the fluid dynamic behavior of the vibrated systems. Some degree of particle agglomeration was always observed in the presence of glycerol, yielding to an irregular and poor fluidization. The use of vibration in such cases improved the particle circulation in the bed, thus reducing the agglomeration and minimizing the formation of channelling. When specific particle size distributions were adopted for fluidization, some size segregation pattern was observed in almost every case. In the fluidized bed, the smallest particles stayed at the top of the column, while in the vibrated one the largest particles tended to concentrate at the top. In a vibro-fluidized bed under short amplitude of vibration (0.003 m), some segregation was noted but in a less extent than that observed in the fluidized bed at similar conditions. At high amplitude of vibration (0.009 m), no size segregation was detected. / Os leitos vibrofluidizados que utilizam partículas inertes como meio para fluidização estão se destacando como uma nova alternativa para a secagem de pastas e suspensões. A fim de contribuir para a compreensão dos fenômenos envolvidos neste processo, neste trabalho foi efetuada uma investigação do comportamento fluidodinâmico do leito vibrofluidizado (e fluidizado), constituído de partículas inertes e utilizando o glicerol para simular a presença de um líquido. O propósito desta pesquisa é efetuar uma investigação detalhada dos efeitos da amplitude, da freqüência, do adimensional de vibração, do grau de saturação de líquido, do tamanho e da densidade das partículas inertes sobre o comportamento fluidodinâmico do leito. De forma complementar, realizar um estudo experimental da influência da distribuição granulométrica sobre o comportamento dinâmico das partículas inertes no leito fluidizado, vibrado (sem escoamento de ar) e vibrofluidizado, avaliando-se também o fenômeno da segregação. Os experimentos foram divididos em três conjuntos: no primeiro realizou-se ensaios fluidodinâmicos preliminares; no segundo, analisou-se o comportamento fluidodinâmico do leito fluidizado e vibrofluidizado e, no terceiro, estudou-se o efeito da distribuição de partículas sobre a dinâmica dos leitos fluidizado, vibrado e vibrofluidizado. O equipamento utilizado foi um leito vibrofluidizado composto por uma câmara de vidro, com seção circular de 0,114 m de diâmetro, 0,50 m de altura e 0,003 m de espessura. As partículas inertes utilizadas nos ensaios fluidodinâmicos preliminares foram esferas de vidro do tipo ballotini (&#961;p = 2.500 kg/m3), com diâmetros médios entre 1,10x10-3 e 17,00x10-3 m, esferóides de polipropileno (&#961;p = 935 kg/m3) com diâmetros médios de 2,60x10-3 e 3,67x10-3 m e cilindros elípticos de poliestireno (&#961;p = 1.050 kg/m3) com diâmetro equivalente (da esfera de mesmo volume) de 2,51x10-3 m. O leito foi operado com adimensionais de vibração entre 0,00 e 6,00, para amplitudes entre 0,000 e 0,021 m, freqüências entre 0,00 e 18,20 Hz e graus de saturação de glicerol (volume de glicerol por volume de poros no leito estático) entre 0,0000 e 0,0072. O glicerol foi utilizado para simular a presença de líquido alimentado em batelada, uma vez que este praticamente não evapora nestas condições experimentais. Idênticos valores de adimensionais de vibração (&#915;) foram obtidos utilizando diferentes combinações entre amplitudes (A) e freqüências (f) de vibração, com o objetivo de verificar sua universalidade para descrever as características de vibração de um leito vibrofluidizado. No estudo do efeito da distribuição de partículas sobre a dinâmica do leito fluidizado, vibrado e vibrofluidizado, foram utilizadas quatro distribuições de partículas (binária, plana, gaussiana e de referência), com diâmetros médios de Sauter de 2,18x10-3 m. No intervalo de condições experimentais utilizadas nos experimentos fluidodinâmicos, observou-se que isoladamente o adimensional de vibração não representou de maneira única o comportamento fluidodinâmico do sistema. Em todos os casos onde estava presente o glicerol, constatou-se a ocorrência de algum nível de aglomeração das partículas, tornando a fluidização de má qualidade e irregular. A vibração nestes casos melhorou a movimentação das partículas, minimizando a aglomeração e atenuando a formação de canais preferenciais. Quando foi empregada uma distribuição de partículas no leito, observou-se de uma forma global a ocorrência de segregação em quase todos os casos. No leito fluidizado, houve a migração das partículas menores para parte superior do leito, no vibrado ocorreu a migração das partículas maiores para parte superior do leito. Para o leito vibrofluidizado submetido à uma baixa amplitude de vibração (0,003 m) houve segregação, mas em menor quantidade que no leito fluidizado, enquanto que, quando submetido à alta amplitude de vibração (0,009 m), não ocorreu a segregação granulométrica.