Foi desenvolvida uma sequência de cálculo neurônico simplicação, para o entendimento de conceitos físicos e matemáticos envolvidos no cálculo de criticalidade, quando aplicados ao Reator Nuclear a Leito Fluidizado '<R. N. L. F.>. Consta de equações para o cálculo das densidades atômicas de elementos presentes no núcleo do cálculo dos parâmetros nucleares através dessas equação e do cálculo de criticlidade com o código OD06,para um reator de 19 módulos, homogeinizado de duas formas distintas. Foram desenvolvidos e comparados métodos de homogeinização utilizando a Teoria da Difusão e o conceito de célula unitária. Foi utilizado o código LEOPARD,desenvolvido para a análise de reatores do tipo PWR com núcleos compostos de varetas cilídricas, sendo necessária a determinação das dimensões de um arranjo hipotético de varetas, que fosse netronicamente equivalente ao arranjo combustível na forma de esferas. Verificou-se que os melhores resultados foram obtidos pela consideração de um arranjo combustível composto por varetas cilíndricas hipotéticas com diâmetro igual .a 2/3 do diâmetro da esfera de combustível do R.N.L.F. fazendo com que razão VOLUME/Superfície das varetas seja a mesma das esferas, respeitando-se também razão entre moderador e combustível em cada condição de fluidização. Foram realizados cálculos nefrônicos preliminares com o código LEOPARD a o método de homogeinizado desenvolvido. Avaliou-se influência de parâmetros de interesse na criticalidadade um R.N.L.F. composto por 19 módulos, com altura de colapso da 70 cm, temperatura média de refrigerante de 3os•c e pressão de 158 bar. Considerando-se esta reator defir1ido para operar numa faixa de porosidades entre E=0,5 e E=0,7 ~ o presente estudo mostrou que o valor nominal de enriquecimento para atuar nesta faixa vale r2,2X <min2,05X m~x=4,00X>; espessura máxima do revestimento das esferas combustíveis c=0~054 em espessura máxima da carcaça hexagonal e=2,0 em ;altura de colapso do leito na faixa entre Ho=70 a 100 em. Verificou-se ainda, que a reatividade cresce 0,03 a 0,05X por cada pof cento de aumento no diâmetro da esfera, dependendo da porosidade e crescendo com ela, sendo portanto desejável , sob o ponto de vista neurônico, um maior diâmetro de esfera. Um por cento de aumento na espessura de revestimento das esferas , reduz a reatividade em ~ 0,015X durante operação. Cada por cento de I aumento na espessura do tubo de fluidização diminui a reatividade ~ 0,004X. Um aumento de 1X na espessura da carcaça hexagonal resulta numa reatividade negativa de ~ 0,038%. / A simplified sequence of reactor physics calculation was devaloped to understanding of the concepta which were envolved when applied in Fluidized-Bed Nuclear Reactor <F.B.N.R.>. It consists of a number of elements present in reactor core densities equ~tions , nucle~r p~r~meters calculations using these equations and criticality calculations using ODOG code, for a 19 modules reactor,homogeneized on two different ways. Homogeinization methods were developed and compared. Here the reactor physics calculations were performed using the LEOPARD cede. Since the cede has been developed for analysis of pressurized water reactor <PWR> cores using cylindrical fuel rods,it w~s necessary to determine the dimensions of the hypothetical fuel rod lattice , which are neutronically equivalent to the apherical fuel pellet lattice. For this it I was required that the volume/surface ratio of cylindrical rods and spherical pellets were the same. Also the ratio of moderator volume to total volume of the cell is made equal to tt1e porosity of the fluidized bed. The best results were verified for a lattice in which the diameter of cylindrical rods are equal to 2/3 of the diameter of the spherical pellets. Preliminary physics calculations using LEOPARD code and the homogeinization method developed were performed. The influence of interest parameters on criticality of the F.B.N.R. was studied. lt was taken a 19 modules reactor with collapsed height of 70 cm,averaga coolant temperatura and pressure of of 306 C and 156 bar,respectively. The operational range for porosity of this reactor waa defined between E=0.5 and E=0.7. This atudy showed that the nominal enrichement to reactor operation in this range is r=2.2X <min=2.05X máx=4.00%>; maMimum claddinQ thickneaa c 0.054 cm•maMimum hexagonal tuba thickness e=2.0 cmJreactor collapsed height is from Ho=70 to 100 cm. Also, it was showed that the reactivity increases 0.03 to 0.05% with each percent of increase in pellet diameter, depending on the porosity and increasing with it;thus from a neutronic point of view, the largest fuel pellet diameter is desirable. A 1% increase in cladding thickness reduces reactivity by ~ 0.015% during operation. Each percent of increase in the thicknesa of fluidization tuba decreases the reactivity by ~ 0.004%. thicknesa by 1X results Increasing tha hexagonal tube in ~ 0.036X negative reactivity.

Neste trabalho, as equaçoes de cinética puntual para um Reator Nuclear a Leito Fluidizado que, devido às características de volume variável no tempo deste reator, apresentam formu lação diversa da convencional, são resolvidas pelo método de Hansen. Este método preserva as suas características de eficiência e convergência assintótica quando aplicado na referida formulação. Um modelo de realimentação termohidráulica, unidimensional e linearizado, foi acoplado ao modelo de cinética puntual visando obter urna formulação mais realista para o comportamento da potência, sendo as equações resultantes resolvidas pelo método de Euler explícito. Os resultados obtidos mostram que o Reator Nuclear a Leito Fluidizado apresenta comportamento similar ao de um reator convencional do tipo PWR, no sentido em que ambos respondem com um crescimento médio da potência frente a oscilações estacionárias da reatividade em torno da criticalidade. Na condição de operação em que foram obtidos os resultados, a diferença relativa entre os picos de potência do Reator Nuclear a Leito Fluidizado e de um PWR simulado é de 3.9% por centímetro de amplitude de oscilação da altura do leito fluidizado. / In this work, the point kinetic equations for a FluidizedBed Nuclear Reactor are solved by the method of Hansen. Due to the time varying nature of the reactor volume, the equations have a non-conventional formulation (moving boundary problem) , but the method of solution preserves its asympto~;convergence and efficiency characteristics under this formulation. A one dimensional and linearized thermal hydraulics feedback model was coupled to the point kinetic equations in order to obtain a more realistic representation of the reactor power. The resulting equations are solved by the Euler explicitmethod. The results show that the Fluidized-Bed Nuclear Reactor has a performance similar to the conventional PWRtypereactors, in the sense that both kind of reactors respond to stationary oscillations of the reactivity around criticality with a growth of the average power. Under the operation condition in which the results were obtained, a relative difference between the power peaks of the Fluidized-Bed Nuclear Reactor and a simulated PWR is 3.9% per centimeter of oscillation amplitude of the fluidized-bedheight.

Orientador: Katia Tannous / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-21T22:23:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Garcia_HeleniceLeite_M.pdf: 3539605 bytes, checksum: 4f41bc0025b731277126220958c9ddbf (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Neste trabalho é realizada uma análise matemática sobre os fenômenos de segregação e mistura de partículas polidispersas, pertencentes aos grupos B e D da classificação de Geldart, em leito fluidizado gasoso. Os sistemas experimentais considerados foram constituídos de partículas de diferentes tamanhos e diferentes índices de dispersão. Foram aplicados modelos matemáticos da literatura, elaborados para sistemas binários, para descrever os perfis de concentração dos sólidos imergíveis em estado estacionário. Os resultados obtidos através dos modelos testados concordam razoavelmente vem com os experimentais. Um novo modelo foi proposto baseado na aplicação dos modelos de Gibilaro e Rowe (1974) e Abanades et al. (1994). Neste modelo foi analisada a influencia de parâmetros clássicos (circulação, segregação e troca de sólidos entre as fases do leito) que descrevem os fenômenos de segregação e mistura, considerando o leito em regime empistonado. Os perfis de concentração do sólido imergível apresentam boa concordância com os perfis experimentais. Com a análise individual e combinada da influência dos parâmetros clássicos, o fenômeno de segregação apresentou melhores resultados do que o fenômeno de mistura / Abstract: This work concerns the mathematical analysis about particles segregation and mixing phenomena of polydispersed particles, that belong to B and D groups of Geldart¿s Classification, in gas fluidized bed. The experimental systems was constituted of different sizes of particles and different dispersion indexes. In this case, mathematical models from literature have been applied to describe the attainment of the concentration imergibles profiles in the steady state, to binary systems. The models tested presented a reasonable agreement with experimental profiles. A new model was proposed based in the Gibilaro and Rowe (1974) and Abanades et al. (1994) models. In this new model, it was analyzed the influence of classical parameters (circulation, segregation and exchange of solids among the phases of bed),that describe segregation and mixing phenomena, taking in a count slugging fluidized bed. The imergible solid concentration profiles present a good agreement with the experimental profiles. The segregation phenomenon presented better results abouts about it representation than mixing phenomenon / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Leonardo Goldstein Jr / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-23T16:03:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TardinJunior_PauloRoberto_D.pdf: 19649087 bytes, checksum: d741cfaac0fccfd9670b8e54228ba501 (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Nesta tese de doutorado, é estudado o arraste de particulas de FCC (fluid cracking cata/yst) de equilíbrio em um leito fluidizado borbulhante. Para tanto, foi construído um sistema experimental composto por uma coluna com 0,60 m de diâmetro interno e 5,0 m de altura, um ciclone Stairmand, uma válvula de amostragem e um filtro manga. A coluna possui um topo móvel, o que possibilita a estimativa do fluxo de massa e da granulometria do FCC arrastado em várias alturas ao longo da freeboard, este último dado não disponível na literatura. Foi avaliada a influência da velocidade superficial de fluidização, que variou de 0.21 a 0,45 m/s, e da carga de sólidos, de 30 a 100 kg. Ainda não existem na literatura modelos mecanicistas para estimar o fluxo e a granulometria das partículas de FCC arrastadas ao longo da altura de um leito fluidizado borbulhante de grande porte, e que considerem o efeito de forças interparticulares. Um modelo mecanicista foi proposto com esta finalidade considerando este fenômeno e levando em conta a informação técnica e as constatações experimentais disponíveis, admitindo a ejeção vertical de partículas sólidas através da erupção de bolhas na superficie do leito denso e o cálculo da sua trajetória baseado na dinâmica das particulas. O modelo estima o fluxo de arraste e a granulometria dos sólidos em cada seção transversal ao longo dafreeboard. O programa de testes foi realizado para o melhor conhecimento da fenomenologia do processo e avaliar a validade do modelo. Os resultados experimentais mostram uma variação exponencial do fluxo de arraste total com a altura e com a velocidade de fluidização. Foi encontrado para a TDH -transport disengagement height -valores situados entre 2,08 e 3,13 m a partir da placa distribuidora, variando as velocidades de fluidização. A variação do inventário, de 30 a 100 kg, não afetou sensivelmente a granulometria das partículas. Confirmou-se a partir das análises granulométricas que ocorreu aglomeração de partículas no leito denso e que as mesmas não sofreram segregação nem redução de tamanho significativa por atrito abrasivo ou fragmentação. O modelo reproduziu a tendência exponencial de decaimento do fluxo de arraste experimental e previu valores do fluxo de elutriação compatíveis com os obtidos experimentalmente, com desvios variando, em geral, de 0,85 a 43,76 %. Pelo fato de considerar a formação de aglomerados e estes parcialmente se desagregarem antes de poderem ser medidos experimentalmente, o modelo superestima o tamanho das partículas elutriadas, com desvios da ordem de 20,82 a 32,77% / Abstract: This thesis examines the entrainment of FCC (fluid cracking catalyst) particles in a bubbling tluidized bed (BFB). An experimental setup was designed and built, made up of a 0.60 m inner diameter, 5.0 m height column, a Stairmand cyclone, a sample valve and a movable canical top, in order ta measure the entrainment mass nux as well as the size distribution of the FCC particles at several levels along the freeboard, this last information not found in the literature. The influence af superficial gas velocity, ranging from 0.21 to 0.45 m/s, and solids loading, from 30 to 100 kg, was evaluated. So far there are no models to evaluate the entrainment flux and size distribution of the FCC particles along the freeboard for large BFB's taking into consideration particle agglomeration due to interparticle forces. A model was proposed to account for this phenomenon based on the available information, considering vertical ejection af particles due to bubble eruption on the bed surface and their trajectories determination by Newton's second law. The test program was performed to learn about the phenomenon and to check modeI validation. According to the experiments, the entrainment flux show an exponential dependence on both the freeboard height and superficial gas velocity. The TDH (transport disengagement height) was found ranging ftom 2.08 to 3.13 m, from the distributor plate, depending on the superficial gas velocity. Solids loading between 30 to 100 kg did not sensibly affect the entrained particles size distribution. The size distribution analysis employing dry sieving and Malvem revealed that particles agglomeration happened only in the dense bed and that neither segregation nor size reduction due to attrition andlor fragmentation occurred. The model reproduced the exponential decay trend of the entrainment flux and, in general, estimated particles elutriation fluxes within a mean deviation of 15.82 % and a maximum equal to 43.76 % to those obtained experimentally. The model considered particles agglomeration, that can not be entirely detected by the experimental device, because the agglomeration partially disintegrate before being measured; as a consequence the model overestimated the size ofthe elutriated particles, with deviations ranging from 20.82 to 32.77 % / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. PROÁGUA, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto. / Submitted by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2015-11-03T16:38:46Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTACAO_UsoFosfogessoFonte.pdf: 1771393 bytes, checksum: f3287a6abf37d62831b88298c2bf09c6 (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2015-11-04T17:00:46Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTACAO_UsoFosfogessoFonte.pdf: 1771393 bytes, checksum: f3287a6abf37d62831b88298c2bf09c6 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-04T17:00:46Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTACAO_UsoFosfogessoFonte.pdf: 1771393 bytes, checksum: f3287a6abf37d62831b88298c2bf09c6 (MD5) Previous issue date: 2015 / Um dos principais subprodutos do processamento de rocha fosfática para a produção de ácido fosfórico é o chamado fosfogesso (FG). Este rejeito é constituído principalmente de sulfato de cálcio di-hidratado, podendo conter também metais tóxicos, radioisótopos e acidez residual (pH 2-3). Sendo assim, a disposição deste resíduo é um desafio para a indústria. Os métodos de gerenciamento desse resíduo mais utilizados são a disposição em pilhas próximas às usinas, reaproveitamento em outras indústrias (ex. cimenteiras, agricultura, plásticoetc),o que nem sempre é possível devido à toxicidade de alguns elementos presentes no FG. Além disso, os métodos de disposição em pilhas nem sempre solucionam os problemas ambientais associados ao fosfogesso uma vez que, pode haver lixiviação das pilhas de resíduo pela água da chuva, contaminando o solo, águas superficiais e subterrâneas. O FG pode ser utilizado como fonte de sulfato para a produção de sulfeto em reatores anaeróbios, utilizando Bactérias Redutoras de Sulfato (BRS). O sulfeto gerado pode ser utilizado posteriormente para a produção de enxofre elementar ou usado na precipitação de metais de transição. No presente trabalho, avaliou-se a viabilidade do uso do FG como fonte de sulfato para as BRS em um reator contínuo de leito fluidizado alimentado com glicerol p.a. como substrato e estudou-se a influência das variáveis: (i) razão mássica DQO/SO4 2-1,3; 1,5; 1,6 e 1,8 (ii) tempo de detenção hidráulica (TDH) real no processo de biorredução do sulfato contido no gesso. Esse último foi determinado em 15±2,6he 9,7±1,2h, respectivamente para os valores teóricos de 10h e 8h, a partir do uso de cloreto de lítio como traçador. Observou-se que, quando o sulfato de cálcio p.a. e o FG são utilizados como fonte de sulfato, se faz necessário adicionar alcalinidade na forma de bicarbonato à alimentação do sistema, devido a precipitação de CaCO3, e por consequência no reator, consumindo a alcalinidade. Quando o sulfato de cálcio p.a. foi a fonte de sulfato, a razão DQO/SO4 2-= 1,8 apresentou os melhores resultados de remoção do íon (72±16%), enquanto que para as DQO/SO4 2- = 1,3 e 1,6, foram obtidos, respectivamente 36% e 64% de remoção do íon. Com o FG e razão DQO/SO4 2- igual a 1,9, obteve-se remoção de sulfato de 73±11%, para os TDH 15±2,6h e 75±12%, para TDH 9,7±1,2h. As taxas de remoção específicas de sulfato obtidas foram de 0,106±0,04 gSO4 2-/gSSV.d e 0,179±0,07 gSO4 2-/gSSV.d, respectivamente, para 15±2,6h e 9,7±1,2h de tempo de residência. ___________________________________________________________________________________ / ABSTRACT: Phosphogypsum (FG) is an acidic (pH 2-3) residue of the wet phosphoric acid process, which contains calcium sulphate di-hydrate as a major phase along with toxic metals and sometimes radionuclides. Therefore it is a major environmental concern in the fertilizer industry. Such a residue is usually either stockpiled or recycled although the latter is restricted depending on the type and content toxic elements. Stockpiling is also a concern due to the slow gypsum dissolution in rainwaters that accounts for surface and underground water contamination as well as soil pollution. A relatively new approach to reduce the amount of stockpiled FG is its utilization in anaerobic sulphate reduction to sulphide applying sulphate reduction bacteria (SRB). The produced sulphide ions can be subsequently converted to elemental sulphur and recycled or utilized for metal precipitation. Thus, the current work investigated biogenic sulphide production in a lab scale fluidized bed reactor fed with a saturated sulphate solution resulting from mixing FG and Postgate medium. The effects of DQO/SO4 2- mass ratio (1.3 to 1.8) and two hydraulic retention times (15.0±2.6 h and 9.7±1.2 h) on continuous sulphate bio-reduction were assessed. Prior to treating FG, analytical grade calcium sulphate di-hydrate was used as sulphate source and the highest removal (72±16%) was observed for the DQO/SO4 2-ratio of 1.8, whereas 36% and 64% sulphate reduction were determined at lower mass ratios (1.3 and 1.6). After steady state conditions were achieved, FG replaced CaSO4.2H2O p.a. as the sulphate source and resulted in sulphate reduction yields similar to that observed with the latter, i.e., 73±11% and 75±12% for the HRT of 15±2.6 h and 9.7±1.2 h, respectively. With both materials sodium carbonate was required to be added to the growth medium because calcium carbonate precipitation reduced the alkalinity in the reactor. The specific sulphate reduction rates attained 0.106±0.04 gSO4 2-/gSSV.d and 0.179±0.07 gSO4 2-/gSSV.d, respectively, for 15±2.6 h and 9.7±1.2 h residence times, using FG and aDQO/SO4 2- ratio of 1.9.

Orientador: Cesar Costa Pinto Santana / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-15T00:16:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_DanielTostes_M.pdf: 2502827 bytes, checksum: b8a8f01418f074ecbc51bbfd1455e2d2 (MD5) Previous issue date: 1986 / Resumo: Neste trabalho foi analisada a influência da concentração, natureza e tamanho das particulas na determinação coeficiente de calor convectivo entre misturas gás-sólido do eparedes aquecidas em leitos fluidizados com altas velocidades do ar e recirculação das particulas sólidas. O conjunto dos resultados experimentais conduziu a uma correlação adimensional para previsão do número de Nusselt em função da concentração volumétrica de sólidos, número de Reynolds das partículas e de propriedades físicas e de transporte dos sólidos e do ar. Em virtude da faixa de concentração de sólidos estudada se situar entre as regiões do leito fluidizado comum e do transporte pneumático, e para efeito do âmbito de validade da correlação desenvolvida, seu desempenho foi comparado com outras de ampla aceitação da literatura, válidos para o leito fluidizado borbulhante e para o transporte pneumático em fase diluída. Paralelamente, foram encontrados outros parâmetros , para a correlação do coeficiente de transferência de calor, a partir de diferentes métodos numéricos como os de Regressão Não Linear, visando criar alternativas para a análise dos coeficientes obtidos. / Abstract: This work involved the analysis of the influence of volumetric concentration, nature and size of solid particles on determining the convective heat transfer coeficient between solid-gas: mixtures and heated walls influidized beds with high air velocities and solids recirculation. The experimental results led to a correlation for predicting Nusselt Number as a function of solids volumetric concentration, Reynolds Number based on the particle and physical and transport properties of solids and air. Since the range of solids concentration studied was between the flutdized bed and pneumatic conveying regions and o for the scope of valtdity of the correlation developed here, other published correlations for bubbling fluidized bed and pneumattc conveying in diluted phase were used and allowed the verification of the correlation of this work. Parallel to these studies other parameters were encounteres to correlate the heat transfer coefictent using numerical methods, like the non Linear Regression, in order to create alternative ways of analysing the coeficients obtained. / Mestrado / Mestre em Engenharia Química

Orientador : Kamal Abdel Radi Ismail / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-17T05:17:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moura_LuizFelipeMendesde_M.pdf: 3573580 bytes, checksum: ff7b278dd0fae60966d9d82e8385a2e3 (MD5) Previous issue date: 1985 / Resumo: O principal objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de um modelo semi-analítico que descreve e prevê o comportamento dinâmico de armazenadores de calor sensível de leito fluidizado. A partir da análise da equação da energia, aplicada á um volume de controle infinitesimal do leito fluidizado, contendo as duas fases presentes, chega-se a um conjunto de equações diferenciais acopladas que representam a distribuição de temperaturas das partículas sólidas e do fluido ao longo do armazenador e em função do tempo. Este conjunto de equações é, então, resolvido numericamente pelo método iterativo de diferenças finitas. A fim de comprovar a validade do modelo proposto e caracterizar o comportamento de armazenadores fluidizados, foi montada e instrumentada uma bancada de testes para armazenadores fluidizados. Um conjunto de ensaios foi realizado variando-se o material, a quantidade e a dimensão das partículas sólidas, a vazão e a temperatura do líquido. Estes dados experimentais permitiram a avaliação do coeficiente de transferência de calor entre fluido e partículas e da perda de pressão ao longo do leito. As curvas de variação da temperatura do fluido na saída do leito, obtidas através do modelo teórico, foram comparados com as curvas obtidas experimentalmente e mostraram boa concordância, o que comprova a validade do modelo proposto. Obteve-se, finalmente, uma correlação para a transferência de calor em função de grupos adimensionais, que representa os resultados experimentais obtidos. Estes resultados foram comparados com os resultados obtidos por outros investigadores e apresentaram ótima concordância, assegurando a validade da análise experimental adotada / Abstract: The main objective of the present work is the development of semi analytical model, which can describe and represent the dynamical behaviour of fluidized sensible heat storage tanks. From the generalized energy equation, applied to an infinitesimal control volume o~ the fluidized bed, containing the two phase, a set of two coupled differential equations representing the temperature distribution in the solid and the liquid phases along the bed were obtained. These equations were solved numerically using an iterative finite difference technique. In order to establish the validity of the proposed model, an experimental rig was designed and adequately instrumented to test fluidized bed thermal storage systems. The tests included various particles material, bed weight, particle size, fluid mass flow and operational temperatures. From these experiments it was possible to determine the heat transfer coefficient between the solid particles and the fluid as well as the pressure drop along the fluidized bed. Numerical and experimental charging curves were compared and good agreement was found, proving the validity of the proposed model. Finally, a general heat transfer correlation, as a function of dimensionless groups, representing the present results was obtained. The present experimental results and the compiled available data due to previous investigators were compared together showing good agreement and assuring the validity of the adopted experimental analysis / Mestrado / Mestre em Engenharia Mecânica

As grandes taxas de consumo de calcário são uma característica problemática em relação à absorção de enxofre na combustão de carvão em leito fluidizado. O conhecimento da conversão e das taxas de reação é um fator chave para a redução do consumo, permitindo uma utilização mais eficiente e uma melhor seleção dos absorventes. Neste trabalho a conversão e o coeficiente da taxa de reação global para a absorção de enxofre por diferentes calcários são determinados num reator de leito fluidizado de escala reduzida. O reator é uma coluna de 160 mm de diâmetro interno, utilizando areia como material do leito, e fluidizado por ar pré-aquecido em 750 e 850ºC. Uma fração de SO2 é adicionada ao ar de fluidização, e bateladas de calcário são alimentadas no leito para a remoção de enxofre. O tamanho médio das partículas de areia e de calcário é de 545 &#956m. As temperaturas, o tamanho das partículas e a fração de SO2 no gás são típicos do processo de combustão de carvão em leito fluidizado. Quando as bateladas de calcário são alimentadas no leito previamente aquecido, as concentrações transientes de saída de SO2, CO2 e O2 são monitoradas continuamente no tempo com a temperatura do processo. Cinco calcários de três regiões diferentes foram testados, sendo dois calcíticos, dois dolomíticos e um magnesiano. Os resultados mostraram que o calcário dolomítico, relativamente mais jovem em relação a sua idade geológica, foi o que apresentou uma melhor eficiência para a remoção de SO2. / The high rates of consumption of limestone is a problematic feature regarding sulfur absorption in coal fluidized bed combustion. The knowledge of conversion and reaction rates is a key factor towards reducing that consumption, allowing a more efficient utilization and a better selection of absorbents. In this work the conversion and the global reaction rate coefficient for sulfur absorption by different limestones are determined in a bench scale fluidized bed reactor. The reactor is a 160 mm internal diameter column using silica sand as bed material, fluidized by pre-heated air at 750°C and 850°C. A fraction of SO2 is added to the fluidization air, and batches of limestone are fed to the bed to perform sulfur removal. The mean particle size of both silica sand and limestone is of 545 &#956m. The considered temperatures, particle size and fraction of SO2 in the gas of the bed are typical of the coal fluidized bed combustion process. As the batches of limestone are fed to the previously heated bed, the exit transient concentrations of SO2, CO, CO2 and O2 are continuously recorded alongside with the process temperature. Five different limestones were tested, including two calcitic, two dolomitic and one magnesian. The results show that the dolomitic limestone, relatively younger regarding its geological age, presented a better efliciency for SO2 removal.

Testes foram realizados em um reator de leito fluidizado em escala piloto, o qual foi utilizado para o estudo do comportamento da dessulfuração dos gases de combustão, por meio da adição de calcário no leito, utilizando um carvão de baixo teor de enxofre, na temperatura de 850ºC. O carvão é proveniente da jazida de Candiota-RS e os calcários são de Pantano Grande-RS (dolomito) e de Candiota-RS (calcário magnesiano), sendo eles representativos da matéria-prima da região sul do Brasil. Foram analisadas as influências da razão molar Ca/S, da composição química (dolomito: 28,63% CaO, 20,13% MgO; magnesiano 50,13% CaO, 2,03% MgO) e da granulometria (diâmetro de partícula médio de 0,467mm e outro de 0,3164mm) dos calcários. Estes testes foram comparados com outros só com carvão (onde não se adicionava o calcário), calculando-se, assim, o grau de dessulfuração decorrente da adição de calcário. Foram observadas as seguintes reduções nas emissões de SO2: para o calcário magnesiano, com uma razão molar Ca/S de 3,93, obteve-se uma redução máxima de 71,51%, enquanto que para o dolomito, 66,88% com razão de 2,57. Na análise da granulometria, para o mesmo calcário, no caso o dolomito, tem-se: granulometria mais fina, 60% e mais grosseira, 30% para razão de 2,4. Na composição química, em mesma faixa granulométrica, tem-se: calcário magnesiano 70% e dolomito 50%, para razão molar Ca/S de 3,7. / Tests were carried out in a fluidized bed reactor, pilot-scale. The desulfurization behavior of the combustion gases was studied, making use of coal with low content of sulfur, through the addition of limestone in the bed, at 850ºC. The coal is from Candiota-RS mine and the limestones are from Pantano Grande-RS (dolomite) and Candiota-RS (magnesian limestone). They are representative of the raw material from the south of Brazil. The molar ratio Ca/S was studied, remarking the influence of limestone chemical composition (dolomite: 28.63% CaO, 20.13% MgO; magnesian limestone: 50.13% CaO, 2.03% MgO) and limestone particle size range (mean particle diameter 0.467mm and 0.3164mm). These tests were compared with others using only coal so that the desulfurization efficiency was calculated. For the magnesian limestone, using the molar ratio Ca/S 3.93, the maximum sulfur retention 71.51% was obtained and, using the dolomite, for Ca/S = 2.57, was obtained 66.88%. In the particle size analysis, the fine limestone reached 60% and the coarse, 30% for the same molar ratio Ca/S 2.4. In the chemical composition analysis, similar particle size range, the magnesian limestone got 70% and dolomite 50%, for the same 3.7.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2005. / Made available in DSpace on 2013-07-16T00:00:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 275551.pdf: 12536372 bytes, checksum: c80bef829b258abfb8a4e7fdd6fa004f (MD5) / O escoamento gás-sólido turbulento em um leito fluidizado circulante é estudado utilizando-se modelo matemático tridimensional transiente, com refinos de malha e temporal adequados para capturar as estruturas de aglomerados de partículas (clusters e strands) encontrados na chamada meso-escala. O trabalho baseia-se na abordagem proposta por Agrawal et al. (2001) e Zhang e van der Heyden (2001). Aplicou-se um modelo sub-malha (LES) para a fase gás e sólido baseado em Smagorinsky (1963). O modelo sub-malha apresenta-se necessário devido a impossibilidade de resolver todas as escalas envolvidas no escoamento gás-sólido em um leito fluidizado turbulento. Os resultados numéricos são comparados com dados experimentais com boa aproximação para os perfis de velocidade média axial e lateral do sólido. O modelo sub-malha aplicado apresenta comportamento excelente na região próxima à parede e intermediária, com desvio na região central (diluída), sobre estimando o arraste. Este efeito, é causado pela forma de cálculo do arraste no modelo de dois fluidos utilizado para a solução do problema. Análise espectral é realizada para os estudos de caso. A região inercial foi capturada pela resolução espacial e temporal utilizada, com inclinação -5/3, indicando que o refino de malha e temporal foi adequado para a solução do problema. Realizou-se análise de estruturas intermitentes através do coeficiente de achatamento (Kurtosis) e comparado-se com resultados experimentais. A comparação mostra que a utilização do modelo sub-malha é necessária, pois este incorpora o comportamento físico esperado para um leito fluidizado turbulento, o que não ocorre quando da não utilização do modelo sub-malha. Estabeleceu-se que as estruturas de clusters estão associadas a alta taxa de deformação e os strands a estruturas de vórtices contra rotativos estirando-se. Baseado neste fato, propôs-se uma forma de caracterizar a formação e destruição de clusters e strands, com bom resultado, assim como a dimensão característica. Uma série de conclusões e recomendações para trabalhos futuros nesta linha de pesquisa são propostas, baseadas nas análises realizadas.