Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3781.pdf: 6243852 bytes, checksum: de980a103652d1661d6344b86c6efb74 (MD5) Previous issue date: 2011-05-09 / The erosion wear is a mechanism that results in the removal of material from the surface by erosive particles. In some applications, such as calciners used in the aluminum industry and risers of the petrochemical industry, the erosive wear is one of the most critical problems of the refractory lining. Since they are equipments used in the critical phases of these industries production process, needs of long maintenance stops can severely impact their productive process, resulting in significant financial losses. Aiming to maximize the periods in which maintenance calls are not required, refractory materials qualifications are periodically performed in order to help on selecting the highest performance materials. However, even though the service temperatures for these applications are usually high, nowadays the erosion tests are performed only at room temperature in these qualification processes. Additionally, it uses a correlation that assumes that a higher hot modulus of rupture will result in a higher erosive resistance, in the same temperature range. Thus, aiming to reproduce the operation conditions in a more realistic way, the main goal for the present work (which was conducted in partnership with Alcoa and Petrobras) was to enhance the operation of the hot erosion equipment previously developed by other members of GEMM/UFSCar (Materials Microstructure Engineering Group), by making adjustments on its initial design. This enhancement resulted in the development of a calibration methodology for the equipment and the elaboration of a standard procedure for hot erosion tests. And finally, refractory materials were characterized and the results indicated that, for the analyzed materials, the erosive behavior varies as function of the temperature and that there is not always a linear correlation between erosion resistance and the other properties analyzed. / O desgaste por erosão se trata de um mecanismo que resulta na remoção de material da superfície por partículas abrasivas. Em algumas aplicações, como em calcinadores usados na indústria do alumínio e em risers da indústria petroquímica, o desgaste erosivo é uma das solicitações mais críticas do revestimento refratário. Como se tratam de equipamentos usados em etapas fundamentais dos processos de produção dessas indústrias, eventuais necessidade de paradas prolongadas para manutenção podem comprometer os respectivos ciclos produtivos, resultando em significativas perdas financeiras. Visando maximizar o intervalo de tempo entre a necessidade de paradas, periodicamente são realizados processos de qualificação de materiais refratários com o intuito de auxiliar na escolha de materiais com maior desempenho. Entretanto, apesar de, para as aplicações em questão, as temperaturas de serviço serem elevadas, atualmente, nesses processos de qualificação, os ensaios de erosão são realizados somente à temperatura ambiente. Adicionalmente, é usada uma correlação suposta pelos pesquisadores na qual um maior módulo de ruptura a quente resulta em uma maior resistência a erosão na mesma faixa de temperatura. Assim, buscando reproduzir de forma mais realística as condições de operação, o presente trabalho, realizado em parceria com a Alcoa e a Petrobrás, teve como objetivo principal aperfeiçoar o funcionamento do erosímetro a quente previamente desenvolvido por outros membros do GEMM/UFSCar (Grupo de Engenharia e Microestrutura de Materiais), por meio de ajustes no seu projeto inicial. Esse aperfeiçoamento resultou no desenvolvimento de uma metodologia de calibração do equipamento e na elaboração de um procedimento padrão para ensaios de erosão a quente. A seguir, materiais refratários foram caracterizados e os resultados mostraram que, para os materiais analisados, o comportamento erosivo varia em função da temperatura e que nem sempre há uma correlação linear entre resistência a erosão e as outras propriedades analisadas.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4474.pdf: 3600461 bytes, checksum: a575d302d2c8b3ebb8ef2562d8ddad52 (MD5) Previous issue date: 2012-07-25 / The increased need of reducing production costs of commodities raised the importance of reaching higher levels of process efficiency and also the consolidation of financial gains due to larger-scale production capacities. In this scenario, the control and reduction of energy consumption is considered one of the most critical issues due to its impact on the companies economical, environmental and social businesses sustainability. In the primary alumina industry, it is estimated that the calcination process still demands 30% in excess of energy to operate, although there have been major improvements in the current calciners when compared to the former versions disseminated in the 70 s. In parallel, although the production capacity increased significantly, diluting the overall production costs, they also raised the importance of maintaining their operational availabilities at the maximum level to attain the financial viability of the processes. Currently, daily losses are estimated to be close to 1 million dollars per each nonproductive day of a large-capacity calciner. Despite this critical aspect, it is not rare to find literature reports indicating refractory failure as one of the main causes of unexpected production halts, which highlights the need of high performance linings as a pre-requisite for longer campaigns and lower levels of energy consumption. This project evaluated one of these refractory failure detected in three new large-capacity calciners. The root-cause of the refractory s short life was identified and afterwards a novel more suitable material was selected increasing twofold the operational campaign time, which resulted in additional potential revenue of 60 million dollars per year. In order to complement the study, the overall reduction of energy consumption was quantified for different high performance insulating materials. This project was concluded with an economical viability study for the implementation of this novel insulating lining concept for those three calciners. / Com a crescente necessidade de diminuição do custo de produção das commodities, aumentou-se também a importância de manter os mais elevados níveis de eficiência dos processos e de se obter ganhos de escala em equipamentos. Neste cenário, o controle e a redução do consumo de energia dos processos produtivos alcançou lugar de destaque pelo seu impacto na sustentabilidade econômica, ambiental e social dos negócios das empresas. Na industria de produção primária de alumina ainda estima-se um excesso no consumo de energia de aproximadamente 30% para o processo de calcinação, ainda que os equipamentos atuais apresentem melhorias signifcativas quando comparados aos primeiros calcinadores de leito fluidizado disseminados na década de 70. Em paralelo, os aumentos de escala destes mesmos equipamentos diluiram os custos de produção por um lado, mas por outro tornaram a manutenção das suas disponiblidades operacionais um ítem crítico para obter os ganhos financeiros desejados. Para se ter idéia, atualmente estima-se um potencial de perdas da ordem de 1 milhão de dólares por dia não produtivo por unidade de calcinação. Apesar desta relevância, não são raros os relatos de literatura indicando falha dos materiais refratários como uma dos principais causas de paradas indesejadas, destacando a necessidade de utilizar revestimentos refratários de alto desempenho como meio fundamental para se obter campanhas mais longas e menores consumos de energia. Este trabalho estudou um destes casos de falha do revestimento refratário em três novos calcinadores de leito fluidizado, identificou o motivo da curta vida útil do refratário e posteriormente selecionou um novo, que duplicou o tempo das campanhas operacionais, gerando um potencial adicional de receita de 60 milhões de dólares por ano. Para complementar o trabalho, foram quantificados os potenciais de redução do consumo energético para diferentes materiais isolantes de alto desempenho. O estudo é finalizado com a análise de viabilidade econômica da implementação de uma nova concepção de isolamento térmico para estes calcinadores.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2215.pdf: 3549585 bytes, checksum: 065c0036a5968d4cf6c4c79a442ddd3a (MD5) Previous issue date: 2008-12-05 / Drying operation is an important stage of the processing that precedes the storage of seeds, since that with low moisture contents, these can retain their power of germination and other qualities for long periods. The objective of this work was to perform a study of drying of grass seeds (Brachiaria brizantha) in a batch fluidized bed, in order to evaluate the performance of the dryer in a physiological and phenomenological point of view. Fluid dynamics, heat transfer and drying tests were accomplished in order to verify the operational limitations of the equipment, as well as determining the main characteristic experimental parameters of the seeds (such as minimum fluidization velocity and transfer coefficients). Moreover, two types of models were tested (three-phase and two-phase models) with the purpose of comparing the feasibility of its applications. Sensitivity analyses were carried out on the main parameters and properties of the models aiming to discuss their strengths and weaknesses. Besides, experimental comparisons of the drying process in the equipment operating as fixed bed and fluidized bed were made. Among the main results, it was found that the simplified two-phase model provided better predictions of the drying experiments in fluidized bed, specially the temperature of the bed, than the three-phase model, which takes into account the existence of the solid, interstitial gas and bubble gas phases. By applying the hypothesis test of equality between the experimental and simulated variables, it was found a P-value equal to 0,829 for the simplified model Tm variable, better than the three-phase model corresponding variables. The adopted drying kinetics represented well the process, which presented a correlation coefficient of 0,975 between the predicted and experimental data. / A operação de secagem é uma etapa importante do processamento que antecede o armazenamento de sementes, uma vez que com baixos teores de umidade, estas podem reter seu poder de germinação e outras qualidades por longos períodos. O objetivo deste trabalho foi realizar um estudo da secagem em leito fluidizado em batelada, de sementes de gramíneas (Brachiaria brizantha), a fim de se avaliar o desempenho do secador do ponto de vista fisiológico e fenomenológico. Ensaios de fluidodinâmica, de transferência de calor e de secagem foram realizados a fim de se verificar as limitações operacionais do equipamento, assim como determinar os principais parâmetros experimentais característicos das sementes (tais como velocidade de mínima fluidização e coeficientes de transferência). Ademais, dois tipos de modelos foram testados (três fases e duas fases) de modo a comparar a viabilidade de seus empregos. Foram realizadas análises de sensibilidade nos principais parâmetros e propriedades dos modelos objetivando discutir os pontos fortes e fracos dos mesmos. Também se fez comparações experimentais da secagem no equipamento operando como leito fixo e fluidizado. Dentre os principais resultados, verificou-se que o modelo simplificado a duas fases proporcionou melhores predições dos experimentos de secagem em leito fluidizado, sobretudo a temperatura do leito, do que o modelo a três fases, que leva em conta a existência das fases sólida, gás intersticial e gás bolha. Pela aplicação do teste de hipótese de igualdade entre as variáveis experimentais e simuladas, encontrou-se um Valor P igual a 0,829 para a variável Tm do modelo simplificado, maior do que das variáveis correspondentes do modelo a três fases. A cinética de secagem adotada representou bem o processo, que apresentou um coeficiente de correlação de 0,975 entre os dados experimentais e os preditos.

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 hθ 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 2016-06-02T19:55:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5078.pdf: 4584807 bytes, checksum: 70e2c15d24d5960f2013d1c5b90260f9 (MD5) Previous issue date: 2013-03-19 / Universidade Federal de Sao Carlos / Convective drying of leaves involves heat and mass transfer in packed-beds of deformable material, since the leaves shrink significantly when the moisture is removed. Therefore, the packing structure changes over time, and the transfer properties alter as well. An additional drawback is the challenge to obtain reproducible packings, given the random nature of packing for such an irregular type of material. In this work, an experimental investigation was conducted to analyze how basil leaves (Ocimum basilicum L.) behave during drying focusing in the challenging characteristics of this particulate phase. A full characterization of the leaves as a particulate solid was conducted by measuring their dimensions, specific density, initial moisture content and equilibrium moisture content. Loose and compacted bulk densities were measured for beds of leaves under different moisture content. Results indicate that the basil leaves have a low sphericity (=0.160), a high projected area (Aproj=4.55 cm2) and density equal to 0.874 g.cm-3. Bulk density of fresh leaves was 0.089 g.cm-3 in loosely packed-beds, and 0.198 g.cm-3 in compacted packed-beds. Drying experiments were performed in a range of 30 to 60oC under different air-particle contact modes, including fixed and moving beds. Drying cells 10 cm in diameter with heights of either 1 or 12 cm (corresponding to thin-layer and deep-layer beds respectively) were tested with air flowing perpendicular to the samples. In moving beds, a rectangular chamber of dimensions 20 cm x 11 cm was used, also with air flowing perpendicular to the samples. In the conditions tested, problems were observed regarding reproducibility of data of moisture content versus time, bed shrinking, channeling and non-homogeneous drying. It was demonstrated that these problems appear due to the inherent characteristics of the leaves (low density, high ratios of surface area to volume, rough surface, etc.), and also due to their biological variability, which made it difficult to obtain packed-beds with reproducible characteristics in different assays. Homogeneous drying was obtained only for moving beds with vertical vibration, under dimensionless vibration parameter equal to 1.0 and an amplitude of vibration of 0.5 cm. The effect of the cell diameter to mean leaf size ratio (D/dm) on the bulk densities and drying rates was also investigated. For that, the size of leaves was reduced by cutting them in two parts widthways (half-sized particles), and also in four parts, width- and lengthways (quarter-sized particles), resulting in D/dm= 4.2 (whole leaves), 5.3 and 7.8 (half- and quarter-sized leaves respectively). It was observed that loose and compacted bulk densities did not vary significantly for beds of half-sized particles, but increased approximately 20% in beds of quarter-sized leaves. Regarding the drying rates, a tendency of an increase as D/dm was raised to 7.8 was observed, but the variation remained within the range of standard deviation of experimental data. Axial shrinking of the beds throughout drying was measured in deep packed-beds. The initial bed height was reduced by approximately 47% after 100 minutes of drying at 60 oC. The pressure drop through the bed decreased drastically when the leaves were dried, resulting in an increase by 141 times in the bed permeability for drying at a temperature of 60°C. The results obtained show that the packed-bed structure strongly affects the heat and mass transfer during convective drying of leaves. / A secagem convectiva de folhas envolve os processos de transferência de calor e massa em leitos empacotados de materiais deformáveis, uma vez que as folhas apresentam um elevado encolhimento com a redução da umidade. Desta forma, a estrutura do pacote de folhas muda ao longo do tempo de secagem, e as propriedades de transferência também se alteram. Um inconveniente adicional é a dificuldade de se obter pacotes reprodutíveis, devido à natureza aleatória dos empacotamentos constituídos por este tipo de material, que tem formatos irregulares. Neste trabalho, uma investigação experimental foi realizada com o intuito de avaliar como as folhas de manjericão (Ocimum basilicum L.) comportam-se durante o processo de secagem, levando em consideração as características desta fase particulada. Uma caracterização completa das folhas enquanto um sólido particulado foi realizada medindo-se suas dimensões características, massa específica, teor de umidade inicial e teor de umidade de equilíbrio. As densidades bulk solta e compactada foram medidas para leitos de folhas com diferentes teores de umidade. Os resultados indicam que as folhas de manjericão possuem baixa esfericidade (=0,160), elevada área projetada (Aproj=4,55 cm2) e massa específica igual a 0,874 g.cm-3. As densidades bulk obtidas para as folhas in-natura foram iguais a 0,089 g.cm-3 e 0,198 g.cm-3, para os leitos com empacotamento solto e compactado, respectivamente. Experimentos de secagem foram realizados para temperaturas do ar de secagem entre 30 e 60°C, e com os leitos de folhas sendo submetidos a diferentes formas de contato sólido-fluido, incluindo leitos fixos e móveis. Células de secagem com 10,0 cm de diâmetro e com alturas de 1,0 ou 12,0 cm (correspondendo às alturas de leitos com camada fina e espessa, respectivamente) foram testadas com escoamento de ar perpendicular ao material. Nos ensaios de secagem em leitos móveis, uma câmara retangular com área de seção transversal de 20,0 cm x 11,0 cm foi usada, também com escoamento de ar perpendicular às amostras. Nas condições investigadas, problemas com relação à reprodutibilidade das curvas de cinética de secagem, encolhimento do leito, canalização do ar nas proximidades das paredes da célula e secagem não homogênea foram observados. Foi demonstrado que estes problemas aparecem como consequência das características inerentes às folhas (baixa massa específica, elevada relação Ap/Vp, rugosidade superficial, etc.), e também devido à variabilidade biológica, que dificulta a obtenção de pacotes de folhas com características similares entre diferentes ensaios. Um produto final seco de forma homogênea foi obtido somente para os ensaios realizados em leitos móveis com vibração vertical, utilizando adimensional de vibração igual a 1,0 e amplitude vibracional de 0,5 cm. O efeito da razão D/dm (diâmetro da célula/dimensão média da folha) sobre as densidades bulk e taxas de secagem foi também avaliado. Para isto, as folhas inteiras (D/dm=4,2) foram cortadas em duas e em quatro partes (valores de D/dm=5,3 e 7,8, respectivamente). Verificou-se que as densidades bulk médias solta e compactada não variaram significativamente para os leitos de folhas cortadas em duas partes, mas aumentaram em 20% para as folhas cortadas em quatro partes em relação às folhas inteiras. Em relação às taxas de secagem, uma tendência de aumento foi observada quando D/dm passou de 4,2 para 7,8, mas as diferenças mantiveram-se dentro da faixa de desvios padrão dos dados experimentais. O encolhimento axial dos leitos foi medido durante ensaios de secagem utilizando camadas espessas de folhas. A altura inicial dos leitos de folhas foi reduzida em aproximadamente 47% após cerca de 100 minutos de secagem para os ensaios de secagem realizados a 60°C. Os valores de queda de pressão através do leito diminuíram bastante quando as folhas foram secas, resultando em um aumento de 141 vezes na permeabilidade do leito para a secagem com o uso de T=60°C. Os resultados experimentais obtidos neste trabalho mostram que a estrutura dos leitos de folhas afetam fortemente as transferências de calor e massa que ocorrem durante a secagem das folhas.

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 (ρp =2,500 kg/m3), with mean diameters from 1.10x10-3 to 17.00x10-3 m, polypropylene spheroids (ρp = 935 kg/m3) with mean diameters of 2.60x10-3 and 3.67x10-3 m and elliptical cylinders of polystyrene (ρp = 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 (Γ) 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 (ρp = 2.500 kg/m3), com diâmetros médios entre 1,10x10-3 e 17,00x10-3 m, esferóides de polipropileno (ρp = 935 kg/m3) com diâmetros médios de 2,60x10-3 e 3,67x10-3 m e cilindros elípticos de poliestireno (ρp = 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 (Γ) 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.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissABOJ.pdf: 1932531 bytes, checksum: 467bea51588bd8193947d0353b78617f (MD5) Previous issue date: 2003-09-05 / Financiadora de Estudos e Projetos / Drying processes in fluidized and vibro-fluidized beds are nowadays being widely investigated in the literature, because such beds offer many advantages over other types of dryers. The purpose of this work is to contribute for the research in this area by presenting an extensive investigation of the drying process in fluidized and vibro-fluidized beds. The following topics were investigated in this work: a) fluid dynamic studies in fluidized and vibrofluidized beds were carried out using particles of alumina and silica-gel as inerts. The effects of variables such as the frequency and vibration amplitude (which are combined in a dimensioless vibration number), height of the bed and particle diameters on the fluid dynamic behavior of both beds have been analyzed. Simultaneously, an analysis of the fluid dynamic behavior for these beds was carried out using measurements of standard desviations of the pressure drops in the beds as a function of the superficial gas velocity. The results show that in both beds the dimensioless vibration number has a strong influence on the fluid dynamic behavior of the bed of particles. Besides, the increase in the height of particles in the bed, as well as in the particle diameters affects significantly its characteristic curves; b) equilibrium isotherms for alumina and silica-gel particles were obtained experimentally using the static method. Some equations for equilibrium isotherms available in the literature were compared to experimental data and the best fitted model was obtained using a technique based on non-linear estimation of the parameters. The results show that the equation of Sabbah provided the best fitting for both particles of alumina and silica-gel; c) the drying kinetics for alumina and silica-gel were obtained from experimental data for the drying of a thin layer of particles in a fixed bed. The best model for the drying kinetics came from a semi-empirical equations presented in the literature, using a non-linear estimation of parameters technique. The results show that the equation from Mancini provided the best predictions for experimental data of alumina and silica-gel; d) heat an mass transfer coefficients in the fluidized and vibrofluidized beds were estimated using the methodology proposed by Kmiec (1975). In the range of variables investigated, the results show that the heat and mass transfer coefficients for the vibrofluidized beds have not increased significantly as compared to the values obtained in the fluidized beds; e) the moisture content and temperature profiles of the particles were estimated using the mathematical model proposed by Massarani and Silva Telles (1992) with the heat and mass transfer coefficients obtained experimentally. For the range of conditions investigated, the mathematical model has not provided good predictions for the moisture content profiles, but in the other hand, it provided reasonable good predictions for the temperature profiles of the particles. / O estudo do processo de secagem nos leitos fluidizados e vibro-fluidizados tem merecido amplo destaque por parte de vários pesquisadores, visto o conjunto de vantagens que estes oferecem comparativamente aos demais equipamentos. E, dentro deste contexto, este trabalho faz uma abordagem ampla do processo de secagem em leitos fluidizados e vibrofluidizados. Neste trabalho foram realizados estudos que contemplam os seguintes tópicos: a) estudos fluidodinâmicos para as partículas de alumina e sílica-gel, em leitos fluidizados e vibro-fluidizados, onde as influências de diversas variáveis, tais como: freqüência e amplitude vibracional e conseqüentemente o adimensional de vibração, altura do leito de partículas e o diâmetro de partículas no comportamento fluidodinâmico de ambos os leitos foram analisadas. Paralelamente, um estudo foi feito analisando o comportamento fluidodinâmico dos leitos, utilizando-se para isso o desvio padrão das medidas de queda de pressão no leito em função da velocidade superficial do ar. Os resultados obtidos mostraram que em ambos os leitos o adimensional de vibração teve uma forte influência no comportamento fluidodinâmico das partículas e que tanto o aumento da altura de partículas no leito, bem como, o diâmetro das partículas tiveram grandes influências nas curvas características obtidas; b) a determinação experimental das isotermas de equilíbrio para as partículas de alumina e sílicagel, utilizando o método estático e o ajuste do melhor modelo foi feito através da discriminação das equações de isotermas previstas na literatura por estimação não linear de parâmetros. Os resultados mostram que a equação de Sabbah, foi a que melhor se ajustou aos pontos experimentais para ambos os conjuntos de partículas de alumina e sílica-gel; c) a determinação experimental da cinética de secagem para as partículas de alumina e sílica-gel em leito fixo e camada fina, sendo que o ajuste do melhor modelo foi feito através da discriminação das equações semi-empíricas previstas na literatura para a cinética de secagem, por estimação não linear de parâmetros. Os resultados mostram que a equação de Mancini foi a que melhor se ajustou aos pontos experimentais tanto para as partículas de alumina quanto para as partículas de sílica-gel; d) a determinação experimental dos coeficientes de transferência de calor e massa em leitos fluidizados e vibro-fluidizados, utilizando a metodologia proposta por Kmiec (1975). Os resultados obtidos, dentro do intervalo de variáveis estudado, mostram que os coeficientes de transferência de calor e massa para os leitos vibro-fluidizados não aumentaram significativamente quando comparados aos valores obtidos nos leitos fluidizados; e) e a estimação dos perfis de umidade e temperatura dos sólidos, através do modelo matemático proposto por Massarani e Silva Telles (1992), utilizando os coeficientes de transferência de calor e massa determinados experimentalmente. As respostas obtidas mostram que o modelo matemático não apresentou bons resultados para os perfis de umidade dos sólidos, mas, apresentou resultados razoáveis para os perfis de temperatura dos sólidos, dentro do intervalo de variáveis avaliado.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:29:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-09-01Bitstream added on 2014-06-13T20:19:09Z : No. of bitstreams: 1 correia_gt_me_ilha.pdf: 1747896 bytes, checksum: 7eb0e6d783d9d9c4b844592ae152c89a (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O reator aeróbio de leito fluidizado com circulação interna emprega microorganismos aderidos a um meio suporte uniforme (areia), removendo tanto matéria orgânica quanto nitrogenada. Neste experimento foram estudados dois reatores com 2,6 m de altura cuja diferença era o diâmetro do tubo interno (125 e 150 mm) e foram aplicadas diferentes concentrações de meio suporte ao longo do estudo (100, 125 e 150 g.L-1). Ensaios realizados com água limpa utilizando traçador (NaCl) e sondas de condutividade elétrica mostraram que, nas vazões de ar entre 1500 – 3000 L.h-1, ocorre circulação suficiente para a suspensão do meio suporte. O esgoto doméstico passou por peneiramento estático e foram realizadas análises de DBO, DQO, NT, Namon, NO2, NO3, sólidos, espessura do biofilme, turbidez, temperatura, pH, OD e testes microbiológicos (Gram, esporos e catalase). Observou-se que a adição de meio suporte influencia positivamente na eficiência de remoção de matéria nitrogenada, e que uma menor diferença entre as áreas interna e externa facilitam o equilíbrio do sistema, apresentando assim, eficiências melhores. / Aerobic fluidized bed reactor with internal-loop uses microorganisms attached to a uniform carrier (sand), removing carbonaceous and nitrogenous matter. In this experimental work two reactors with 2,6 m height were studied. The main difference between both reactors was the inner tube diameter (125 and 150mm). Different carrier concentrations were applied in that study (100, 125 and 150g.L-1). Experiments with clean water using a marker (NaCl) and electrical conductivity probes showed that with flow taxes between 1500 – 3000 L.h-1 occurs sufficient circulation to suspend the carrier. The sewage passed by static screening and analyses of BOD, COD, total nitrogen, Namon, NO2, NO3, suspend solids, biofilm thickness, turbidity, temperature, pH, dissolved oxygen and microbiological test (Gram, spores and catalysis) were realized. In that work, was observed that the addition of carrier has positive influences on nitrogenous matter removal efficiency, and lower differences between indoor/outdoor area facilitate system balance, showing better efficiencies.

O uso de combustíveis fósseis para a geração de energia, especificamente carvão mineral, ainda dominará a matriz energética mundial por algumas décadas. No Brasil, entretanto, apesar de sua vasta disponibilidade, o carvão mineral segue ocupando uma tímida posição na matriz. Ao mesmo tempo, há uma considerável geração de resíduos de biomassa oriundos de atividades agrícolas, que poderiam ser incorporados ao uso do carvão na geração termoelétrica de energia. Sobre o uso de combustíveis fósseis na geração termoelétrica e a consequente emissão de CO2, a ainda insipiente tecnologia de oxicombustão aparece como possibilidade de geração de emissões quase-zero de CO2. Diante disso, esta tese tem como objetivo estudar os aspectos envolvidos na adaptação da combustão em leito fluidizado borbulhante para a oxicombustão de carvão mineral e biomassa. Para tanto, inicialmente, realiza-se uma estimativa da possibilidade do uso de resíduos de biomassa, especificamente os provenientes da cadeia produtiva de madeira e casca de arroz, em sistemas de combustão no estado do Rio Grande do Sul. Estes combustíveis são, então, utilizados na combustão com ar atmosférico em planta piloto, com capacidade de 0,25 MWt de leito fluidizado borbulhante, para posterior comparação com a oxicombustão dos mesmos combustíveis. As comparações foram realizadas quanto ao balanço de massa balanço de energia e questões fluidodinâmicas. A influência dos principais parâmetros de processo na transição de combustão com ar atmosférico para a oxicombustão foi analisada quanto à possibilidade de minimizar a entrada de ar falso no sistema. A manutenção de pressões negativas mostrou-se indesejável na oxicombustão, especialmente quando é realizada a adaptação de plantas já existentes. Os resultados indicaram uma forte influência do ajuste da válvula de recirculação dos gases, da potência do ventilador e da vazão de gases no sistema na minimização da entrada de ar falso. A partir do ajuste das condições operacionais, foi possível a obtenção de uma concentração de 59,6% vol. de CO2 nos gases de combustão. / The fossil fuels use for energy generation, especially coal, will dominate the world energy matrix for decades. However, in Brazil, coal still occupies a timid position in spite of its extensive disponibility. At the same time, there is a considerable generation of wastes from agricultural activities that could be incorporated to coal as fuels on thermoelectric energy processes, in special for a decentralized system configuration. Yet, by considering the use of fossil fuels on thermoelectric generation and the consequent CO2 emission, there is the oxyfuel combustion technology that has appeared as an option for near-zear CO2 emissions by promoting its capture. From this perspective, this work has the objective of studying the aspects that involve the retrofit of bubbling fluidized bed combustion to oxyfuel combustion by using coal and biomass wastes as fuels. In this sense, an estimative of the use of biomass wastes, especially wood wastes and rice husk, on combustion systems in the State of Rio Grande do Sul is firstly proceeded. These fuels are used on air combustion in a 0,25 MWt bubbling fluidized bed pilot plant for comparison to oxyfuel combustion with the fuels used. Such comparisons where done by applying material balance, energy balance and fluid dynamics analysis. The influence of the main process parameters on the retrofit of air combustion to oxyfuel combustion were analyzed concerning the air leakage minimization. Negative pressure maintenance in key points of the system was shown as an undesirable issue when retrofitting. The results indicated a strong influence of the recycling valve adjustment, fan power and gases flow on the air leakage. From operational conditions adjustment, 59,6 vol.% CO2 concentration could be achieved in the gases.

Orientador: Caio Glauco Sanchez / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-10T13:46:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_GiovaniltonFerreirada_D.pdf: 2151460 bytes, checksum: b4f7aed8eddbf42f0d871e6e526ef9b0 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Objetivo deste trabalho foi obter os parâmetros cinéticos do poliéster insaturado com fibra de vidro em balança termogravimétrica e a aplicação do leito fluidizado como reator de pirólise. Primeiramente foi feito um estudo para escolher o modelo cinético a partir dos dados obtidos na balança termogravimétrica. O resultado apontou o modelo de primeira ordem como o mais adequado. Foi feito um planejamento fatorial 22 a fim de avaliar a influência que as variáveis, taxa de aquecimento e diâmetro da partícula, tiveram nos parâmetros cinéticos. Os resultados do planejamento fatorial mostraram que a taxa de aquecimento foi o fator mais importante seguido do diâmetro da partícula, e não houve interação entre os fatores. A energia de ativação foi inversamente proporcional com a taxa de aquecimento e diretamente proporcional com o diâmetro da partícula. A taxa de 10°C/min foi a taxa que forneceu os melhores parâmetros cinéticos. Para leito fluidizado foi proposto um planejamento fatorial 23 para avaliar a influência das variáveis, temperatura, velocidade de fluidização e altura do leito fluidizado, tiveram no rendimento da fração liquida, gasosa e sólida. Os resultados mostraram que a temperatura foi a variável que mais influenciou o processo de pirólise em leito / Abstract: The aim of this work was to find out the kinetic parameters of unsatured polyester with fiberglass using thermogravimetric analysis, and to apply a fluidized bed like pyrolysis reactor. Firstly, it was selected a kinetic model most suitable to use with obtained data from thermogravimetric analysis. The results pointed the first order model like most suitable. It was performed a factorial analysis 22 in order to analyze the system. The experimental variables have varied simultaneously and systematically (heating rate and particle diameter). The responsevariables were used to evaluate the kinetic parameters. The experimental results of the factorial design showed that heating rate was the effect more significant and there were not interactions between the studied variables. The results showed that activity energy decreased when the heating rate increased and, it increased with increasing particle diameter. The heating rate of 10°C/min achieved the best kinetic parameters. Statistical method was applied to fluidized bed followed a 23 factorial design to evaluate the influence of variables: temperature, fluidized rate and height of fluidized bed. Response variables were yield of oil, yield of gas and, yield of solid. The results showed that temperature was the variable most significant for the pirolysis process at fluidized bed. / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica