Orientador: Milton Dall'Aglio Sobrinho / Banca: Tsunao Matsumoto / Banca: Pedro Alem Sobrinho / Resumo: Os reatores de leito fluidizado com circulação em tubos concêntricos têm apresentado bons resultados no tratamento de esgoto sanitário, conforme uma série de relatos da bibliografia. Entretanto, o estado atual da modelagem não oferece ferramentas consolidadas para o projeto dos reatores deste tipo, devido à complexidade do funcionamento do leito trifásico e sua interdependência com os parâmetros biológicos envolvidos. Nesse contexto, a presente pesquisa teve por objetivo caracterizar experimentalmente os efeitos da redução do diâmetro interno sobre o funcionamento de um reator de 6 metros de altura, por meio de estudos hidrodinâmicos e análises laboratoriais do esgoto afluente e efluente. O reator tem diâmetro externo de 0,25m e foi operado anteriormente com um tubo interno de 0,20m de diâmetro, o qual foi reduzido para 0,10m neste trabalho. Antes de iniciar o tratamento foram medidas as velocidades de circulação por meio de injeção de traçadores e foram determinados os coeficientes de transferência de oxigênio. O tratamento do esgoto sanitário, submetido a gradeamento prévio, foi realizado com TDH de 3 horas e concentração de meio suporte de 100g/L de areia com diâmetro médio de 0,26mm. Os resultados indicaram que a redução do diâmetro interno provocou aumento expressivo da velocidade do líquido no tubo de subida. Com isso foi possível utilizar vazões de ar tão baixas quanto 1500L/h sem risco de instabilizar o leito, enquanto que na situação anterior eram necessários cerca de 3700L/h. O processo de tratamento foi o fator limitante da vazão de ar, requerendo cerca de 2100L/h. As remoções médias de DQO, DBO e NTK situaram-se em 91,1%, 88,5% e 88,8%, respectivamente. Com o diâmetro interno de 0,20m foram obtidas, em condições de operação semelhantes, remoções de 81,7%, 88,6% e 87,0%, com uma vazão de ar de 3700L/h. Com o tubo interno de 0,10m o reator apresentou bom desempenho hidrodinâmico, ... / Abstract: The circulating fluidized bed reactors with concentric tubes have been presented good results in the treatment of domestic wastewater, as shown by several reports in the literature. However, the current state of the art of modeling does not offer consolidated design tools to this kind of reactors, due to the complexities of the three-phase bed behavior and their interdependence with the biological parameters involved. In this context, the objective of this research is to experimentally characterize the effect of the internal diameter reduction on the functioning of a reactor with 6 meters of height, by means of hydrodynamic studies and laboratorial analyses of the reactor's affluent and effluent. The reactor has an external diameter of 0,25m and an internal tube with a previous diameter of 0,25m, reduced to 0,10m in this work. Before initiating the treatment the circulation velocities were measured by injecting tracers and the oxygen transfer coefficients were determined. The treatment of the previously screened wastewater was carried out with Hydraulic Detention Times (HDT) of 3 hours The solid phase (carrier particles) used was 100g/L of sand with 0,26mm of average diameter. The results indicated that the reduction of the internal diameter greatly increased the liquid's velocity in the riser. Thus it was possible to use air injection taxes as low as 1500L/h without risk of bed settlement, while in previous situations it was necessary about 3700L/h. The air flux of about 2100L/h required by the treatment process was the restraining factor to the diminution of the air injection flux. The averaged removals of DQO, DBO, and TKN were respectively 91,1%, 88.5% and 88.8%. With the internal diameter of 0,20m in similar conditions there were obtained removals of 81,7%, 88.6% and 87.0%, with an air injection flux of 3700L/h. With the internal tube of 0,10m the reactor presented good hydrodynamic performance, also improving the settling ... / Mestre

Orientador: Milton Dall'Aglio Sobrinho / Banca: Tsunao Matsumoto / Banca: Gilson Arimura Arima / Resumo: O reator aeróbio de leito fluidizado com circulação apresenta características que permitem efetuar o tratamento em apenas uma etapa. O uso deste reator torna-se atraente devido à possibilidade de mantê-lo com uma alta concentração de biomassa ativa, propiciando seu porte compacto, conseqüência do reduzido período de detenção hidráulica. A eficiência do biofilme no tratamento depende das condições hidrodinâmicas do reator, uma vez que sua espessura pode ser alterada de acordo com a velocidade de circulação, e a transferência de oxigênio através de suas camadas depende da vazão de ar injetada no sistema. O trabalho propôs-se a investigar a influência da relação entre diâmetros dos tubos concêntricos em quatro configurações, mantendo o diâmetro externo constante e igual a 250 mm e alterando o diâmetro interno entre 100, 125, 150 e 200 mm, proporcionando relações Ae/Ai iguais a 5,25; 3,00; 1,78 e; 0,56, respectivamente. O tubo interno possui 2,22 m e é posicionado 0,05m acima do fundo do reator. A altura estática da coluna de fluido foi 2,35 m. Os ensaios hidrodinâmicos - velocidade do líquido, fração volumétrica de ar, tempo de mistura - e os de transferência de oxigênio foram realizados para vazões de ar até 2500 l/h em meio bifásico e em meio trifásico com concentrações de areia iguais a 30, 70, 100 e 150 g/l. O diâmetro interno de 125 mm foi o mais eficiente na indução de velocidade de circulação do líquido. A fração volumétrica de ar aumentou com o aumento do diâmetro interno para mesmas velocidades superficiais de ar, com exceção do menor diâmetro, o qual apresentou comportamento diferenciado dos demais. Os reator com diâmetro interno de 150 mm apresentou maiores valores de KLa para as mesmas vazões de ar. Observou-se que a adição de sólidos causou um decréscimo da velocidade do líquido e da fração... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Aerobic internal-loop airlift reactor has some characteristics that allow wastewater treatment in a single stage. The attractive to use this kind of reactor is mainly because of its capacity of maintaining a high active biomass concentration into it, which induces its small structure, in a consequence of its small hydraulic detention time. The biofilm efficiency in the treatment depends on reactor's hydrodynamic conditions. The structure of the biofilm and the oxygen transfer into its layers is affected by the liquid velocity induced by the air flow rate. This work proposed an investigation about the influence of the diameter of the concentric tubes, using four geometric configurations. The model had a 250 mm external tube and the inner draft tube with diameters of 100, 125, 150 and 200 mm, which means AD/AR equals to 5.25, 3.00, 1.78 and 0.56, respectively. The draft tube's height was 2,22 m and was positioned 0,05 m above the bottom of the reactor. The static fluid height was 2,35 m. The hydrodynamic tests - liquid velocities, gas hold up, mixture time - and the oxygen transfer tests were conducted for two and three-phase systems, with variable air flow rate up to 2500 l/h. The solid phase concentrations used were 30, 70, 100 and 150 g/l. The 125 mm reactor was the most efficient in inducing the liquid circulation velocity. The gas hold up increased with the increasing of the draft tube diameter, for same superficial gas velocities, excepting the 100 mm, which showed a different behavior. The 150 mm reactor presented the highest values for KLa for the same air rate. It was noticed that the solids addiction decreased the liquid velocity, gas hold up and oxygen transfer. Hydrodynamics equations found in literature showed a limited applicability, evidencing the necessity of relations capable to reach the most different configuration for this kind of reactor. A mass transfer mathematic...(Complete abstract click electronic acces below) / Mestre

Resumo: 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. / Abstract: 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. / Orientador: Milton Dall'Aglio Sobrinho / Coorientador: Dib Gebara / Banca: Vanildo Luiz Del Bianchi / Banca: Ranulfo Monte Alegre / Mestre

Resumo: Neste trabalho foi construído e desenvolvido um secador de leito pulso-fluidizado que utilizou partículas inertes para a secagem de pastas e polpas de frutas. O sistema permitia o controle da vazão do ar de fluidização e de sua temperatura, da pulsação do ar e da vazão de injeção de pasta. Foram determinadas as curvas de fluidização de partículas de vidro e teflon no leito pulso-fluidizado sob diferentes configurações, bem como suas velocidades de mínima fluidização, as quais demonstraram-se próximas às curvas de um secador fluidizado convencional. Experimentos para a avaliação da agitação das partículas foram realizados para que fossem encontradas as melhores condições, determinando-se a existência ou não de pontos mortos no leito. Foi visto que as partículas pertenciam ao grupo D, segundo a classificação de Geldart (1973). Pasta de gesso foi seca no secador pulso-fluidizado para avaliação da produção de pó e do hold-up das esferas nas diferentes condições de operação, as quais tiveram como variáveis os períodos de injeção (fase ativa e inativa), ângulo da válvula borboleta que dava acesso do ar ao leito, temperatura do ar de secagem, velocidade do ar e vazão de pasta no leito. Foi observado que todas as variáveis testadas apresentaram influência na produção de pó e na quantidade de material aderido às partículas inertes. O secador pulsofluidizado foi testado também na secagem de suco e pastas de limão, maltodextrina e tomate, mostrando problemas de adesividade e, no caso de derivados de limão, aglomeração das partículas e colapso do leito. O secador foi utilizado ainda como vibro-fluidizado, quando o sistema de pulsação foi desligado e um sistema de vibração por eixos excêntricos foi acionado, constatando-se que o mesmo apresentou rendimento inferior ao pulso-fluidizado. Um secador do tipo spray dryer foi usado para a secagem... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: For this work, a pulse fluidized bed drier that used inert particles for drying pastes and fruit pulps was constructed and developed. The system allowed for the control of fluidized air flow and its temperature, the air pulses and the paste injection flow. The fluidization curves and minimum velocity of fluidization of glass and Teflon particles were determined in the pulse fluidized bed. Experiments to evaluate the agitation of particles were done to find the best agitation conditions, determining the existence or not of dead spots in the bed. It was seen that the particles belonged to D group, as per Geldart (1973) classification. Plaster paste was dried in the pulse fluidized dryer to evaluate the production of powder and hold-up of the spheres under different operational conditions which were variations of the periods of paste injection (active and inactive phase), angle of the butterfly valve which gave air access to the bed, air drying temperature, air speed and paste flow. All tested variables influenced the powder production and the amount of material adhered to inert particles. The pulse fluidized bed drier was also tested for drying lemon juice and paste, maltodextrina and tomato, showing adhesive problems and, with the lemons, an agglomeration of particles and a collapsed bed. The dryer was also used as a vibro fluidized bed when the pulsation system was turned off and a vibration system with eccentric axles was set in motion, it was seen that the vibro fluidized bed had a lower yield than the pulse fluidized bed. A spray drier was used to dry lemon juice with maltodextrina, and it was found that a minimum of 65% of additional maltodextrina was needed. Physic-chemical testes were done from the powders obtained from the spray drying. These testes were for humidity, flowability, degree of agglomeration, higroscopicity, dispersibility, color determination and water activity... (Complete abstract click electronic access below) / Orientador: Javier Telis Romero / Coorientador: João Cláudio Thoméo / Banca: Luis Alexandre Pedro de Freitas / Banca: Maria Aparecida Mauro / Mestre

Orientador: Hélio Aparecido Navarro / Banca: Vicente Luiz Scalon / Banca: Luben Cabezas Gomez / Resumo: No presente trabalho desenvolve-se um estudo de modelagem matemática e simulação numérica do escoamento bifásico gás-sólido em leito fluidizado borbulhante. Utiliza-se o modelo Euleriano de duas fases separadas formulando o tensor das tensões da fase sólida através da teoria cinética dos escoamentos granulares. As simulações numéricas são realizadas através do código fonte MFIX (Multiphase Flow with Interphase eXchanges) desenvolvido no NETL (National Energy Technology Laboratory). Os resultados de simulação numérica são avaliados por meio da análise da influência dos seguintes parâmetros: malha computacional e esquemas de discretização dos termos convectivos das equações de conservação. Com base nos estudos teóricos e resultados obtidos durante o trabalho conclui-se que esquemas de primeira, tais como FOUP são altamente difusivos, já os resultados obtidos utilizando o esquema de alta ordem, Superbee, produziu resultados de melhor qualidade para as malhas testadas neste trabalho. Além disso, os resultados mostraram-se bastante dependentes do tamanho da malha computacional. / Abstract: In the present work is described a mathematical model and numerical simulation of gas-solid two-phase flow in a bubbling fluidized bed. It is used the Eulerian gas-solid two-fluid model and the solid phase stress tensor is modeled considering the kinetic theory of granular flows. The numerical simulations were developed using the MFIX (Multiphase Flow with Interphase eXchanges) code developed in NETL (National Energy Technology Laboratory). The numerical diffusion is analyzed considering a single bubbling detachment and its movement process in a two-dimensional bubbling fluidized bed using the bubble shape as a metric for results description. The influence of computacional grid it is also analyzed. It is concluded that SuperBee scheme produces the better results and analysis about estimating uncertainty in grid refinement should be studied. / Mestre