A fluidização é uma operação unitária presente nas indústrias química, farmacêutica e alimentícia. Durante a fluidização, o leito de partículas sólidas é suspenso por um fluxo ascendente de gás. A velocidade mínima de fluidização indica a menor velocidade do gás em que as partículas iniciam a agitação, enquanto a velocidade terminal é caracterizada pela elutriação, ou arraste de partículas juntamente com o gás. Portanto, um leito fluidizado deve operar em uma velocidade de gás que esteja entre a velocidade mínima de fluidização e a velocidade terminal de arraste. No entanto, os sólidos particulados coesivos, caracterizadas pelo grupo de Geldart C, são difíceis de serem fluidizados, devido à formação de canais preferenciais, e são facilmente elutriados. Neste trabalho estudou-se a fluidização de partículas de amido de milho pela passagem de ar a 27 °C. O amido de milho obteve diâmetro médio mássico e densidade do sólido iguais a 30,3 µm e 1446,7 kg/m3, e pôde ser caracterizado como um sólido particulado coesivo, em que a velocidade efetiva de fluidização e velocidade terminal foram iguais a (0,66 e 0,68) m/s, respectivamente. A qualidade da fluidização foi aprimorada pelo uso da pulsação do gás, que possibilitou reduzir a velocidade mínima de fluidização e ampliar a faixa de velocidade de fluidização, de forma a minimizar o arraste de sólidos por elutriação. As frequências de pulsação estudadas foram (0, 5, 10 e 15) Hz. Em uma primeira etapa, foram obtidos os perfis de velocidade queda de pressão a partir de ensaios experimentais. Posteriormente, os perfis experimentais foram utilizados para validação dos modelos de escoamento bifásico Euler-Euler, em simulações realizadas pelo software COMSOL. Dentre os principais resultados, destaca-se que os modelos numéricos puderem descrever com boa aproximação os perfis fluidodinâmicos do sistema binário amido e ar. A aproximação numérica somente foi obtida ao estabelecer um diâmetro equivalente com tamanho de 100 µm, que foi superior ao diâmetro médio mássico. Este resultado evidenciou que a fluidização ocorreu na forma de agregados de partículas, que é característico de sistemas coesivos. O uso da pulsação do ar também resultou ruptura de canais preferenciais, e permitiu o início da fluidização em menores velocidades do ar. / Fluidization is a unit operation in the chemical, pharmaceutical and food industries. During the fluidization, the solid particles is suspended by a stream air flow. The minimum fluidization velocity indicates the lowest gas velocity in which the particles begin agitation while the terminal velocity is characterized by elutriation, or drag the particles along with gas. Therefore, a fluidized bed must be operated at a gas velocity which is between the minimum fluidization velocity and the terminal velocity. However, cohesive solid particles, characterized by Geldart Group C, are difficult to be fluidized due to the formation of cracks and channeling and areeasily elutriated from chamber. In this work, the fluidization of cornstarch particles occurred by anair flow at 27 °C. Cornstarch showed a mean diameter and solid density equal to 30.3 µm and 1446.7 kg/m3 and could be characterized as a cohesive particulate solid. The effective fluidization velocity and the terminal velocity were equal to (0.66 and 0.68) m/s respectively. The fluidization quality was improved by the use of pulsation air flow. The minimum fluidization velocity was reduced, increasing the fluidization velocity operational range. The air pulsation frequency were studied at (0, 5, 10 and 15) Hz. In a first step, the experimental tests obtained the fluidynamics profiles of pressure drop versus air velocity. Subsequently, the experimental profiles were used to validate the Euler-Euler model in simulations by COMSOL software. The main results emphasized that the numerical models described the fluid dynamic profiles with good approximation. The numerical approach established an equivalent diameter of 100 µm, which was greater than the mass median diameter. This result showed that the fluidization occurred in the form of aggregates of particles, which is a characteristic of cohesive systems. The use of air pulsation also resulted in the rupture of channeling and allowed the fluidization at lower air velocities.

A geração de energia em larga escala a partir da combustão de carvões minerais impõe pesados ônus ao meio ambiente devido às emissões de poluentes. O processo de combustão em leito fluidizado destaca-se neste contexto, permitindo reduções de emissões de gases \'SO IND.X\' e \'NO IND.X\' acima de de 90%. O projeto, otimização e escalonamento de reatores de leito fluidizado são realizados de forma quase completamente empírica, através de desenvolvimentos em plantas de demonstração de escalas reduzidas. Os custos e tempos de implementação envolvidos são elevadíssimos, tornando ferramentas teóricas de apoio altamente desejáveis. Neste trabalho, desenvolve-se a modelagem e simulação da combustão em leito fluidizado atmosférico borbulhante de carvão mineral com altos teores de cinzas e enxofre com dessulfuração por calcário, através de uma abordagem fenomenológica. Comparações das predições do modelo são realizadas com dados experimentais gerados na planta piloto do NETeF, e estudos paramétricos são realizados para avaliação das performances do reator. As comparações mostram concordâncias e discrepâncias qualitativas e quantitativas entre perfis simulados e medidos das concentrações de gases e distribuições granulométricas do particulado. Isso indica a necessidade de aperfeiçoamentos na modelagem fenomenológica, notadamente com relação às correlações e dados empíricos utilizados. Apesar das discrepâncias, o modelo apresenta bons resultados quantitativos de eficiência de absorção de enxofre em comparação com os dados experimentais. / Energy generation through coal combustion imposes heavy environmental impacts due to pollutant emissions. The process of fluidized bed combustion distinguishes in this context allowing for emission reductions of \'SO IND.X\' and \'NO IND.X\' above 90%. The design, scaling-up, and optimization of fluidized bed reactors are mostly empirical, through small-scale demonstration plant developments. The costs and times of implementation involved in those developments are huge, making theoretical tools of analysis highly desirable. In this work modeling and simulation are performed for atmospheric bubbling fluidized bed combustion of high ash high sulfur coals, including desulfurization by limestone. A phenomenological approach to modeling is applied. Comparison of predictions are made against empirical measurements performed in the NETF pilot plant, and parametric studies are developed to evaluate reactor performances. The comparisons show both agreements and disagreements, qualitative as well as quantitative, between predictions and measured gas concentrations and particulate size distributions. This points to the necessity for improvements on the phenomenological modeling procedure that was applied, notably regarding the empirical correlations and data that were considered. Despite the discrepancies, the model produces good quantitative results of sulfur absorption efficiency in comparison to the empirical data.

Orientador: Marco Aurélio Cremasco / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T02:42:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Prieto_WesleyHeleno_M.pdf: 8369038 bytes, checksum: 55099f53f7bd5777f43bda2e728ffb67 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A complexa dinâmica dos leitos fluidizados promove a necessidade de metodologias de análise de sinais que representem, com maior fidelidade, as características destes processos e também de técnicas de solução computacional de modelos matemáticos complexos para promover a implementação de novas ferramentas teóricas na caracterização de regimes fluidodinâmicos em sistemas particulados. Nas últimas décadas, a análise do caos se tornou grande aliada na investigação dos fenômenos cuja evolução temporal, aperiódica e sensível às condições iniciais, exiba determinismo. Neste sentido, o presente trabalho emprega a técnica de análise de caos para avaliar as grandezas entropia de Kolmogorov e dimensão de correlação associadas às flutuações de pressão em leito fluidizado (0,1 m de diâmetro) para partículas de FCC, painço e microesferas de vidro Geldart A, B e D. Esta Dissertação também se propõe a resolver um modelo matemático representativo da fluidodinâmica gás-partícula e dele abstrair séries temporais de perda de pressão para, posteriormente, serem submetidas à análise do caos determinístico e comparação com os resultados experimentais. Na etapa laboratorial, foram utilizados transdutores diferenciais de pressão a taxas de 1.000 Hz. O gás de fluidização foi ar ambiente a 25 °C. Para a solução do modelo foi utilizado o método clássico de Euler implementado no software MatLab R2012b. Dos resultados da primeira etapa, observou-se a presença de regiões típicas em todos os perfis de entropia de Kolmogorov e dimensão de correlação, sendo que para a condição de fluidização incipiente os valores dos invariantes foram máximos, logo em seguida evoluindo para uma condição de transição e estabilizando em uma situação menos caótica para o regime slugging. As curvas de fluidização obtidas pela resolução do modelo demonstraram superestimação da perda de pressão, porém, em termos de perfil, houve reprodutibilidade em relação às curvas experimentais. No que tange à análise caótica, os mesmos fenômenos foram notados para as séries temporais simuladas, constatando-se a presença das regiões de transição do leito fixo-incipiência-transição-slugging. De modo geral, torna-se evidente a relação entre parâmetros caóticos e as características físicas dos sistemas (experimentais e simulados), corroborando os invariantes do caos como auxiliares na classificação dos regimes de fluidização / Abstract: The complex dynamics of fluidized beds promotes the requirement of signals analysis methodologies that faithfully represent the characteristics of these processes and also techniques of computational solution of complex mathematical models to promote the implementation of new theoretical methods for characterizing fluid dynamic regimes in particulate systems. In recent decades, the analysis of chaos has become an important tool in the investigation of phenomena whose temporal evolution, aperiodic and sensitive to initial conditions, show determinism. In this regard, the present study employing the chaos analysis technique to evaluate the invariants Kolmogorov entropy and correlation dimension associated with the pressure fluctuations in the fluidized bed (0.1 m diameter) for particles of FCC, millet and glass microspheres (Geldart A, B and D). This work also proposes to solve a representative mathematical model of gas-particle fluid dynamics to obtain pressure time series to be submitted to the deterministic chaos analysis and compared with experimental results. In the experimental stage, differential pressure transducers at rates of 1,000 Hz were used. Fluidizing gas is ambient air at 25 °C. For the solution of the model the classical Euler method was used implemented in Matlab R2012b software. Through the results of the first step, the presence of typical regions were observed in all profiles of Kolmogorov entropy and correlation dimension, being for the condition of incipient fluidization the values of the chaotic invariants were maximum, shortly thereafter progressing to a transition condition and stabilizing in a less chaotic situation for the slugging regime. Fluidization curves obtained by solving of the mathematical model showed overestimation of pressure loss, however, in terms of profile, there was reproducibility as compared to the experimental curves. Referring to the chaotic analysis, the same phenomena were observed for the simulated time series, the presence of transition regions of fixed-bed-incipient-transition-slugging was observed. Generally, it is clear the relationship between chaotic parameters and physical characteristics of the systems (experimental and simulated), supporting the chaotic invariants as aids in classifying fluidization regimes / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Florencia Cecília Menegalli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-20T07:44:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_DiogoOtaviodeCastro_D.pdf: 2512415 bytes, checksum: cc03ff39105bf1fed4d6dae52c95bbce (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A granulação é um processo de aumento de tamanho de pós finos, que pode ser utilizado na indústria de alimentos para aumentar a qualidade de alimentos em pó, pelo aumento da sua dispersibilidade e solubilidade em líquidos. O modelo de balanço populacional (MBP) é normalmente utilizado para modelar este processo. Entretanto, nos trabalhos existentes, o MBP não leva em consideração as perdas de partículas no processo por elutriação e incrustação, muito relevantes para granulação de sucos em pó. Além disso, não existe na literatura correlações para estimar estas constantes com base nas condições operacionais do equipamento e nas características das partículas. Diante disso, o objetivo deste trabalho foi o estudo do impacto das condições operacionais no modelo de balanço populacional, durante a granulação de suco de goiaba em pó, em leito fluidizado. Diversos experimentos foram realizados de forma a adquirir os dados que alimentaram os modelos matemáticos desenvolvidos. Estes dados foram obtidos fora das zonas de máximo rendimento a fim de se obter um modelo mais abrangente, que pudesses simular o processo de granulação em todas as condições de processo. Foram desenvolvidas e validadas correlações para estimativa da taxa de elutriação, para estimativa das constantes de aglomeração e de quebra do MBP. Além disso, foi desenvolvido um modelo para estimativa da massa incrustada de partículas. Os modelos se mostraram capazes de estimar o rendimento do processo, os valores de diâmetro médio e da distribuição de tamanho de partículas. Foram feitas simulações alterando a velocidade do ar de fluidização, a vazão de ligante, o diâmetro médio inicial da distribuição, o formato da distribuição e a massa total de partículas. A análise das simulações realizadas sugere que as condições ótimas precisam ser avaliadas para cada distribuição de tamanho e para cada quantidade de partículas no equipamento, não somente para cada tipo de produto. De modo geral, os modelos desenvolvidos se mostraram adequados para aumentar a compreensão do processo de granulação e para obtenção de ótimos de processamento. Cabe ressaltar a necessidade de futuras investigações para verificar a aplicação destes modelos com outros tipos de material particulado e em outras faixas de operação / Abstract: Granulation is a size-enlargement process, in which small particles are agglomerated together. It is used in the food industry to increase the quality of food powder, by increasing its solubility. The population balance model (PBM) is a widely used model for this process. However, it is usually applied without account losses in the process by elutriation and wall deposition, which are very important for granulation of powdered juices. In addition, there is no correlation in the literature able to estimate the constants of the model from the operational conditions and from the particles¿ characteristics. The objective of this work was to study the impact of operational conditions into the population balance model for the granulation of guava juice powder, in a fluidized bed. Several experiments were performed in order to acquire data that fed the mathematical models developed in this work. These data weren¿t obtained from the zones of maximum process yield in order to achieve a more comprehensive model, which could simulate the granulation process in all process¿ conditions. It was developed and validated a correlation for the estimation of the rate of elutriation, a model for the estimation of the particles¿ wall deposition, a correlation for estimation the constants of agglomeration and for estimation of the breakage constant of the PBM. The models predicted, with good accuracy, the process yield, the mean diameter and particle size distribution. Simulations were made by changing the fluidizing air temperature, the liquid binder flow rate, the fluidizing air velocity, the initial mean diameter, the shape of the particles size distribution and the total mass of particles. The analysis of the simulations suggests that the optimal conditions must be evaluated for each kind of particle size distribution and for each mass of particles into the equipment, not only for each type of product. The models developed showed to be suitable to increase the understanding of the granulation process and to obtain process¿ optimal conditions. It is worth emphasizing the need of further research to verify the application of these models for others types of particles and others operational ranges / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientadores: Araí Augusta Bernárdez Pécora, Emerson dos Reis / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-24T13:04:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RuedaOrdonez_DiegoAndres_M.pdf: 19506541 bytes, checksum: 0bbc753dfedabd5800a9c9bd05c71077 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Neste trabalho, foi utilizada uma metodologia para a análise dos sinais de flutuações de pressão visando estudar a fluidização e o fenômeno da segregação em leitos fluidizados contendo misturas binárias de partículas de diferentes tamanhos e massas específicas. As medidas foram feitas para caracterizar o comportamento fluidodinâmico do leito fluidizado contendo misturas binárias e encontrar as velocidades inerentes ao fenômeno da segregação. Para tanto, primeiramente foram estudados os comportamentos de cada material isolado para posterior comparação com o comportamento observado para as misturas contendo tais materiais.Três tipos de sólidos particulados foram utilizados neste trabalho: microesferas de plástico (diâmetro médio de Sauter de 971 µm) e microesferas de vidro (diâmetros médios de Sauter de 462 e 959 µm).O sistema experimental utilizado consiste de uma coluna, de 0,1 m de diâmetro e 2,5 m de altura, equipada com um distribuidor de gás tipo placa porosa e possuindo seções de vidro,acrílico e aço carbono intercaladas, o que permitiu acompanhar visualmente o processo, e adquirir imagens por meio de uma câmera fotográfica. Medidas de flutuações de pressão foram feitas em diferentes velocidades superficiais do gás para cada material ou mistura estudados. Os sinais de pressão foram medidos em três pontos na coluna do leito, sendo um no plenum e dois na coluna, situado a 0,035 e a 0,115 m acima da placa distribuidora.Em todos os testes a altura do leito foi mantida fixa em 0,150 m. As flutuações de pressão foram analisadas no domínio do tempo e no domínio da frequência aplicando a transformada rápida de Fourier (FFT) o que permitiu diferenciar o comportamento dinâmico das misturas em cada velocidade superficial do gás estudada.Os resultados permitiram identificar regiões com diferentes comportamentos fluidodinâmicos e velocidades inerentes ao processo de segregação como as velocidades de fluidização inicial, fluidização completa, de segregação e de mistura completa. Este trabalho procura contribuir para melhorar o entendimento sobre a fluidização de misturas binárias e sobre o fenômeno de segregação normalmente presente em tais sistemas / Abstract: A methodology for analysis of pressure fluctuations signals was used, in the present work, to study the ?uidizing and segregation phenomena in fluidized beds containing granular binary mixtures with different sizes and densities. Pressure measurements have been made to characterize the dynamic behavior of fluidized beds and to find the velocities involved in the segregation phenomena. The analysis of each single studied material was made before analyzing of the mixtures containing such materials. Three types of solid particles were used in this work: plastic microspheres (971 µm Sauter mean diameter) and glass microspheres (462 and 959 µm Sauter mean diameters). The experimental system presents a column, 0.1m diameter and 2.5 m height, equipped with a porous plate gas distributor. The column was made by glass, acrylic and carbon-steel sections to allow visual observations of the process and acquiring images by a camera. Measurements of pressure fluctuations were made in different gas superficial velocities for each studied material or mixture. The pressure signals were measured at three points in the column: one at plenum and two above the distributor plate, at 0.035 and 0.115 m above the distributor plate. The height of the bed material was fixed in 0.15 m regarding all performed tests. Pressure fluctuations were analyzed on the time domain and on the frequency domain using the fast Fourier transform (FFT) which allows differentiating the dynamic behavior of the mixtures in each superficial gas velocity studied. The results allowed the identification of regions with different fluid dynamic behaviors as well as the determination of gas velocities inherent to the segregation process as the initial fluidization, complete fluidization, segregation and complete mixing velocities. This paper aims to contribute on understanding the fluidization process of binary mixtures and on the phenomenon of segregation normally present in such systems / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Araí Augusta Bernárdez Pécora / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-27T01:52:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ramirez-Quintero_DeyberAlexander_M.pdf: 57776826 bytes, checksum: 709c4f673f8b985e10d70c951d88de9d (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A aplicação de biomassas em processos de geração de energia como a combustão, pirólise e gaseificação, operando com a tecnologia de leito fluidizado, tem merecido atenção crescente nas últimas décadas. Esses sistemas necessitam da adição de partículas de material inerte que ajudam a promover uma fluidização estável, permitindo a melhoria da eficiência de tais processos. Dentre as biomassas com potencial para geração de energia sustentável está o bambu, material que apresenta propriedades semelhantes às de outras biomassas utilizadas em processos de geração de energia, com a vantagem de apresentar rápido crescimento, fácil propagação, regeneração vigorosa, maturidade rápida. O objetivo deste projeto foi estudar o comportamento fluidodinâmico de misturas de partículas de areia e bambu (in natura e na forma de carvão proveniente de processo de pirólise) visando à obtenção de parâmetros inerentes à fluidização dessas misturas, bem como analisar o efeito da degradação térmica da partícula de bambu sobre a fluidização do leito. A análise foi realizada a partir do levantamento experimental da curva fluidodinâmica em sistema de leito fluidizado operando a frio, com diferentes composições das misturas bambu-areia e carvão-areia. Adicionalmente foi verificada a influência do tamanho das partículas de areia e da altura estática do leito sobre a fluidodinâmica do leito. Os resultados mostraram que a melhor qualidade da fluidização do leito contendo partículas de bambu in natura foi obtida usando a areia identificada como areia 3 (diâmetro médio de 460 µm), relação entre a altura estática do leito e o diâmetro do leito igual à unidade (H/D = 1) e máximo teor de biomassa no leito igual a 5% (em massa). No entanto, esse tamanho areia não forneceu boas condições de fluidização para a mistura carvão-areia. A utilização da Umf do material inerte para o projeto de reatores de pirólise, utilizando partículas de bambu como combustível, não é recomendável, uma vez que a presença de apenas 5 % (em massa) de bambu in natura aumenta o valor da Umf em 20 %, enquanto que esse aumento é de 10 % no leito contendo carvão de bambu. Espera-se que os resultados obtidos neste estudo forneçam dados úteis para o projeto de reatores que utilizam a tecnologia de leito fluidizado. Pretende-se também contribuir para o entendimento da fluidodinâmica de sistemas que utilizam misturas de biomassas e areia para geração de energia / Abstract: The use of biomass in power generation processes such as combustion, pyrolysis and gasification, operating with the fluidized bed technology, has received increasing attention in recent decades. These systems require the addition of inert particles to promote a stable fluidization, allowing the improvement of process efficiency. Among the biomasses with potential for sustainable power generation is bamboo, which presents similar properties to other biomasses used in energy generation processes, with the advantage of rapid growth, easy propagation, vigorous regeneration and quick maturity. In addition, its properties allow the recovery of environmentally degraded areas. The objective of this research was to study the hydrodynamics behavior of fluidized beds composed by mixtures of sand and bamboo particles (in natura and in the form of coal from pyrolysis process). Parameters inherent to fluidization of these mixtures, as well as the effect of thermal degradation on the fluidization process of bamboo particles are analysed. The analysis was performed from hydrodynamics curves obtained in an experimental system operating at room temperature, with different compositions of bamboo in nature and bio-char in the bed. Additionally, the influences of sand particle size and static bed height on the fluidized bed hydrodynamics were verified. Results showed that the best quality of fluidization of the studied mixtures was achieved using sand particles 460 ?m diameter (sand 3), static bed height and column diameter ratio equal to unity (H/D = 1) and maximum weight fraction of bamboo in the bed equal to 5%. However, this size of sand particles did not provide a good quality of fluidization for coal-sand mixture. The Umf of the inert material is not recommended to be used in the design of pyrolysis reactors as the addition of 5 wt% of bamboo in natura in the bed causes an increment of 20 % on Umf while this increment is 10 % for the bed containing bamboo char. Results obtained from this study could provide useful data for the design of fluidized bed reactors that operate with bamboo particles. It is also intended to contribute on understanding the hydrodynamics behavior of fluidized beds using mixtures of biomass and sand for power generation / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2018-04-02T17:33:31Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_SecagemFatiasBanana.pdf: 4836791 bytes, checksum: 92a60742b424a34033c5f5e51955ec05 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2018-04-03T20:55:36Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_SecagemFatiasBanana.pdf: 4836791 bytes, checksum: 92a60742b424a34033c5f5e51955ec05 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-03T20:55:37Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_SecagemFatiasBanana.pdf: 4836791 bytes, checksum: 92a60742b424a34033c5f5e51955ec05 (MD5) Previous issue date: 1998-09-21 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Desenvolveu-se um processo de secagem de banana-prata em Leito Vibro- Fluidizado visando a produção de bananas desidratadas com propriedades organolépticas e funcionais adequadas ao consumo na forma de snacks. Rodelas de 1 centimetro de espessura seccionadas em quatro partes iguais foram pré-tratadas por imersão em soluções apropriadas para o fortalecimento da estrutura celular e então submetidas a um fluxo de ar a altas temperaturas (130 e 150ºC) e curto tempo (13 e 8 minutos, respectivamente) em uma etapa de pré-secagem HTST, proporcionando a rápida formação de uma camada externa rígida e impermeável, que auxiliou na expansão do produto. Após a pré-secagem, o produto foi seco até um teor de umidade próximo ao teor de umidade de equilíbrio, em um Secador de Bandejas à temperatura de 70ºC, com uma velocidade de ar de 3,0 m/s. O produto foi caracterizado pela densidade real, teor de umidade, cor e reidratação com o objetivo de verificar quais as melhores condições de processo. Em todos os ensaios, a vibração melhorou as taxas de transferência de calor, gerando um produto mais expandido e consequentemente com maior grau de hidratação. A vibração também auxiliou na preservação da cor. A cinética de secagem mostrou uma taxa constante na secagem HTST, e seguiu a Lei de Fick no 2º estágio da secagem. O pré-tratamento recomendado é uma imersão por trinta minutos em uma solução de PEG (P.M. 1000g/mol) na concentração de 2% com 0,5% de metabissulfito de sódio. Às condições de secagem que tiveram efeito mais positivo sobre o produto foram, temperatura de 150ºC, velocidade do ar de 1,0m/s, tempo de exposição de 8 minutos e freqüência de vibração de 10,1 Hz, O produto final assim obtido apresentou coloração clara, boa expansão, baixa densidade real. alta capacidade de absorção de água e teor de umidade na faixa de 4% e exigiu menor consumo de energia do que na secagem em leito fluidizado convencional. / A vibro-fluidized bed drying process for banana pieces was developed, in order to produce dehydrated products with improved organoieptic and functional properties, adequated for the use as snacks. Banana slices in form of dises, 1,0 cm - thick, seccioned in four equal parts were pretreated by immersion in appropriated solutions, to strengthen the celular structure and exposed to a flow of air at high temperature (130° and 150° C) for a short time (13 and 8 min, respectively) as a HTST drying step, creating a rigid and impermeable surface layer, that enhanced the expansion of the product. The product was then transfered to a 2nd stage (tray) dryer, and dryed close to the equilibrium moisture eontent, with air at 70ºC and 3 m/s velocity. The product was characterized by its density, misture eontent, color and rehydration rate, in order to evaluate the best process conditions. The vibration improved the heat transfer rates, inducing product expansion and, as a consequence, higher rehydration degree. The vibration also assisted in color preservation. A constant drying rate was found for the HTST drying and Fick^ 2nd law fitted well the 2nd stage drying data. The recommended pretreatment is an immersion of the banana pieces during 30 min, in a 2% aqueous PEG - 1000 solution containing 0.5% sodium metabisulfite. The best drying conditions were: drying air temperature. 150ºC, drying air velocity, 1.0 m/s; time of contact, 8 min and vibration frequency of 10.1 Hz. The product obtained showed light color, good expansion, low density, high water absorption capacity and moisture eontent close to 4%, The vibrated process required lower energy comsuption compare to conventional fluidized-bed drying.

A preservação ambiental e o uso de combustíveis fósseis para geração de energia têm estimulado a realização de pesquisas na busca de alternativas para a redução das emissões de gases poluentes como CO2, CO, SO2 e NOx. O uso da biomassa em sistemas de co-combustão em leito fluidizado é mencionado como uma destas alternativas. O presente trabalho utilizou biomassa residual da indústria de extração de tanino, o Resíduo de Cascas de Acácia Negra (RCAN), em conjunto com carvão mineral da Mina de Candiota – RS com o objetivo de estudar a fluidodinâmica entre diferentes composições destes materiais em sistema de leito fluidizado com areia em escala de laboratório e em uma unidade piloto. Também foi realizada a avaliação dos parâmetros operacionais e das emissões dos gases gerados na co-combustão das misturas em planta piloto com reator de leito fluidizado borbulhante. Durante a fluidização no sistema de escala laboratorial, os valores da velocidade mínima de fluidização, Umf, variaram consideravelmente com o aumento da concentração de RCAN no leito em relação à fluidização utilizando-se somente o carvão mineral Da mesma forma, a queda de pressão, ΔP, diminuiu com o aumento da concentração da biomassa no leito. Nas operações de co-combustão em planta piloto, as misturas de carvão mineral e RCAN necessitaram de menores porcentagens de excesso de ar (99,7% a 65,2%) no reator em comparação à queima apenas de carvão mineral (108,4% a 107,5%) para que se atingisse a temperatura de operação do leito. Em particular, a condição de maior quantidade de biomassa na alimentação pode se observar a menor porcentagem de excesso de ar (50,8%). Ainda, a co-combustão do RCAN com carvão mineral favoreceu a diminuição das concentrações de SO2 nos gases gerados em mais de 90%, mantendo as emissões em níveis aceitáveis conforme os limites de emissão estabelecidos pela resolução CONAMA Nº 436, de 22/12/2011 e Resolução SEMA Nº 016 de 2014. / The environmental issues brought by the use of fossil fuels for power generation have led to the development of research in the exploration for alternatives to reduce emissions of greenhouse gases or pollutants such as CO2, CO, SO2, and NOx. The biomass use in cofiring systems with fluidized bed has been mentioned as one of these alternatives. The present work used biomass waste from tannin extraction industry, Black Wattle Bark Waste (BWBW), jointly with coal for the purpose of studying the fluid dynamics biomass mixtures with coal and sand in different proportions of the materials in laboratory scale fluidized bed system. Also, operational parameters and emissions generated in a cofiring pilot plant with bubbling fluidized bed reactor were evaluated. The fluidization tests performed on a bench scale showed that the values of the minimum fluidization velocity, Umf, varied considerably with increasing concentration of BWBW compared with the fluidization of coal. Likewise, the pressure drop through the bed, ΔP, decreased with increasing concentration of biomass in the bed. In the cofiring operations, coal and mixtures BWBW required smaller percentages of excess air in the reactor (99,7% a 65,2%) in comparison with the pure coal (108,4% a 107,5%) burning to obtaining the bed operating temperature. The burning of the mixture with higher amounts of biomass in the reactor feed had the lowest percentage of excess air (50.8%). It was also evidenced a decrease of SO2 generation in more than 90% for the flue gas generated in the coal with BWBW cofiring keeping emissions at acceptable levels in comparison with emission limits of current legislation CONAMA Nº 436, from 22/12/2011 and legislation SEMA Nº 016 of 2014.

Submitted by Cássio da Cruz Nogueira (cassionogueirakk@gmail.com) on 2017-09-04T12:08:09Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_RecobrimentoSementesLinhaca.pdf: 5580057 bytes, checksum: 824c6256f52fd49b745d17cc6ce8615d (MD5) / Approved for entry into archive by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br) on 2017-09-04T13:15:17Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_RecobrimentoSementesLinhaca.pdf: 5580057 bytes, checksum: 824c6256f52fd49b745d17cc6ce8615d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-04T13:15:17Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_RecobrimentoSementesLinhaca.pdf: 5580057 bytes, checksum: 824c6256f52fd49b745d17cc6ce8615d (MD5) Previous issue date: 2016-12-14 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Estudou-se a aplicação de amido in natura oriundo de fécula de mandioca (Manihot esculenta Crantz) na obtenção de suspensão biopolimérica para recobrimento de sementes de linhaça (Linum usitatissimum L.), utilizando como equipamento de recobrimento um leito de jorro convencional. Foram analisadas as características físicas e químicas da fécula de mandioca e das sementes, assim como as características fisiológicas das sementes in natura e das recobertas. Realizados testes para obtenção da suspensão biopolimérica incluindo-se testes preliminares de recobrimento por imersão, para avaliar a aceitação da estrutura da semente pela matriz polimérica, embasando-se, paralelamente em dados físicos (ângulo de repouso). Para a execução do processo de recobrimento foram realizados testes para a definição da operação de recobrimento, que incluíram ajustes no sistema operacional, desde o estudo da fluidodinâmica, até o bombeamento da suspensão, para tornar possível definir as condições de operação do leito de jorro. Foram construídas curvas fluidodinâmicas com cargas e pressões de atomização distintas, obtendo os parâmetros fluidodinâmicos ΔPM, ΔPje, ΔPmj e Umj. Dos resultados fluidodinâmicos se determinaram as condições operacionais, para uma carga de 1000 g de sementes, pressão de atomização de 5 psi, distância do bico atomizador de 14 cm acima do leito fixo de sementes e velocidade do ar no intervalo de 1,9 a 1,29Umj. Para analise do processo de recobrimento utilizou-se um planejamento experimental tipo PCCR considerando as variáveis de entrada, temperatura do ar (Tar) e vazão da suspensão (Qs), e as respostas eficiência (η), crescimento da partícula (δ), perda por aderência (Pad), taxa de evaporação do processo (Ėp), germinação (G) e índice de velocidade de germinação (IVG). Para estimar o ponto ótimo desta operação foi aplicada a definição de função desejabilidade, no qual o ponto ótimo gerado para a desejabilidade global foi de 0,9630 com o leito de sementes operando a de 51°C e 12 mL/min, respectivamente. Os resultados obtidos mostram que o processo de recobrimento foi eficiente diante dos valores obtidos para as respostas e, também por manter as qualidades fisiológicas das sementes. Além, de abrir precedentes para aplicação em alimentos já que as sementes recobertas apresentaram atividade de água de 0,34, frente de uma atividade inicial de 0,62 para as sementes in natura. / It was studied application of starch in natura come from manioc starch (Manihot esculenta Crantz) in obtaining a biopolymer suspension in the coating of linseed (Linum usitatissimum L.), using as coating equipment a conventional spouted bed. We analyzed the physical and chemical characteristics of cassava starch and seeds, as well as the physiological characteristics of the seeds in natura and covered. Tests were carried out to obtain the biopolymer suspension including preliminary immersion coating tests, to evaluate the acceptance of the seed structure by the polymer matrix, based on physical data (angle of repose). For the execution of the coating process, tests were performed to define the coating operation, which included adjustments in the operating system from the study of fluid dynamics to the pumping of the suspension to make it possible to define the conditions of operation of the spouted bed. Fluid dynamics curves were constructed with different charges and atomization pressures, obtaining the fluid dynamic parameters ΔPM, ΔPje, ΔPmj and Umj. From the fluid dynamics results, the operating conditions were determined for a load of 1000 g of seeds, spray pressure of 5 psi, distance of the spray nozzle of 14 cm above the fixed seed bed and air velocity in the range of 1,9 to 1,29Umj. To analyze the coating process used an experimental design type PCCR considering the input variables, air temperature (Tar) and flow rate of the suspension (Qs), and efficiency responses (η), growt of the particle (δ), loss grip (Pad), process evaporation rate (Ėp), germination (G) and germination speed index (GSI). To estimate an optimal point of this operation was applied to define desirability function, wherein the generated optimum for the overall desirability was 0.9630 with the seed bed operating at 51 °C and 12 mL/min, respectively. The obtained results show that the coating process was efficient in relation to the values obtained for the responses and also to maintain the physiological qualities of the seeds. In addition, to open precedents for application in foods since the seeds covered had water activity of 0,34, in front of an initial activity of 0,62 for the seeds in natura.

Submitted by Cássio da Cruz Nogueira (cassionogueirakk@gmail.com) on 2017-02-13T15:05:20Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_CaracterizacaoAnaliseFluidodinamica.pdf: 3237831 bytes, checksum: 5f045c8c482eb95d5900ad403c2b6fc5 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-02-15T16:20:09Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_CaracterizacaoAnaliseFluidodinamica.pdf: 3237831 bytes, checksum: 5f045c8c482eb95d5900ad403c2b6fc5 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-15T16:20:09Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_CaracterizacaoAnaliseFluidodinamica.pdf: 3237831 bytes, checksum: 5f045c8c482eb95d5900ad403c2b6fc5 (MD5) Previous issue date: 2014-05-16 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Realizou-se a caracterização química, física e qualitativa das sementes de painço (S. italica) e em seguida, foi avaliado o comportamento fluidodinâmico, à temperatura ambiente, para diferentes cargas de material em duas configurações de leito de jorro: cônico (500, 800, 1100 e 1400 g) e convencional (1300, 1700 e 2100 g). A partir dos dados experimentais foi verificado que as partículas eram adequadas ao sistema utilizado, partindo então para a obtenção dos parâmetros operacionais característicos do jorro, os quais foram comparados com seus respectivos valores teóricos calculados por correlações empíricas disponíveis na literatura. Ao avaliar as condições experimentais, foi necessário optar por apenas uma das configurações de leito de jorro, prevalecendo o leito convencional. Em seguida, foi definida uma carga ótima de painço (1700 g) e deu-se prosseguimento à análise da cinética de secagem das sementes em leito de jorro convencional nas temperaturas de 44, 65 e 86°C por 132 min, verificando-se a ausência de taxa de secagem constante, indicando que a secagem foi controlada pelos mecanismos de difusão. O coeficiente de difusão efetivo das sementes de painço correspondeu a valores entre 0,7729x10-11 e 2,3189x10-11 m2/s e o valor de energia de ativação foi quantificado por meio da equação de Arrhenius, correspondendo à 24,86 kJ/mol. Os modelos matemáticos que melhor descreveram a curva de secagem foram Aproximação por Difusão, Page e Midilli et al. Além disso, foi aplicado um planejamento composto central rotacional com o objetivo de avaliar a influência das variáveis independentes tempo (X1) e temperatura (X2) nas respostas razão de umidade (XR), porcentagem de germinação (G) e índice de velocidade de germinação (IVG). As respostas selecionadas são determinantes no controle de qualidade de sementes, como no caso do teor de umidade, o qual deve ser adequado para o armazenamento. As respostas G e IVG são indicações do estado fisiológico da sementes, o que também é importante, de acordo com a finalidade do produto. Por meio das análises estatísticas, para um intervalo de confiança de 95%, verificou-se que XR e IVG sofreram influência apenas de X1, X2 e X22, enquanto G foi estatisticamente influenciado por X2 e X22. Os efeitos, para todas as respostas, foram negativos, indicando que XR e IVG decrescem com o aumento da temperatura e tempo de secagem enquanto G reduz com o aumento da temperatura. Por meio dos resultados estatísticos, foram propostos modelos quadráticos para as respostas analisadas, alcançando-se bons coeficientes de correlação (R2): 0,9632 (XR), 0,8999 (G) e 0,9724 (IVG). Posteriormente, foi determinado o ponto ótimo durante a secagem de sementes de painço em leito de jorro, por meio da Função desejabilidade, o qual foi correspondente a um tempo de secagem de 121 min à uma temperatura de 64°C, obtendo-se sementes com um percentual germinativo de 82,99% ; índice de velocidade de germinação de 29,33 (adimensional) e teor de umidade final igual a 11%. / S. italica seeds were analyzed in chemical, physical and qualitative aspects and then the fluidynamics was evaluated at ambient temperature, for different loads of material in two spouted bed configurations: conical (500, 800, 1100 and 1400 g ) and conventional ( 1300, 1700 and 2100 g). From the experimental data it was found that the particles were suitable for the system used, so the operating parameters of the spouted bed were collected , which were compared with their theoretical values calculated by empirical correlations available in literature. According to experimental conditions, it was necessary to choose only one of the configurations of spouted bed, so it was decided to operate the conventional spouted bed. For the seed drying kinetics only the optimal load (1700g) was utilized and the temperatures used were 44 , 65 and 86 °C, verifying the absence of constant drying rate, indicating that drying was controlled by diffusion mechanisms. The effective moisture diffusivity was estimated, resulting in the range from 0.7729x10-11 to 2.3189x10-11 and the relationship between the temperature and the effective moisture diffusivity was described by Arrhenius equation, providing an activation energy of 24,86 kJ/mol. The mathematical models that best described the drying curve were Diffusion Approximation, Page and Midilli et al. Furthermore, a rotational central composite design was applied with the objective of evaluating the influence of the independent variables time (X1) and temperature (X2) on the responses moisture ratio (XR), germination (G) and speed germination index (SGI) . The chosen answers are necessaries in the seeds quality control, as in the case of the moisture content during the storage. The G and SGI responses are indicative of the physiological state of the seeds, which are also important, in accordance with the purpose of the product. Through statistical analysis, for a confidence interval of 95%, it was found that XR and SGI were influenced only by X1, X2 and X22 , while G was statistically affected by X2 and X22 . The effects for all responses were negative , indicating that SGI and XR decrease with increasing of temperature and drying time. The answer G decreases with increasing of temperature. Quadratic models were proposed by the statistical analyzes, reaching good correlation coefficients (R2); 0.9632 (XR), 0.8998 (G) and 0.9724 (SGI). Then, the optimal value of the foxtail millet drying process was determined, using the concept of Desirability Function, which was corresponding to a drying time of 121 min at a temperature of 64 ° C, getting seeds with 82.99% of germination; speed germination index of 29.33 (dimensionless) and final moisture content of 11%.