Submitted by Andrea Pereira (andrea.pereira@unipampa.edu.br) on 2018-02-26T19:04:10Z No. of bitstreams: 1 Dis Reginaldo Freitas 2016.pdf: 2436971 bytes, checksum: ddcd656cb689166b1aa02f1a145cd262 (MD5) / Approved for entry into archive by Vera Leite (vera.leite@unipampa.edu.br) on 2018-03-01T14:43:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dis Reginaldo Freitas 2016.pdf: 2436971 bytes, checksum: ddcd656cb689166b1aa02f1a145cd262 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-01T14:43:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dis Reginaldo Freitas 2016.pdf: 2436971 bytes, checksum: ddcd656cb689166b1aa02f1a145cd262 (MD5) Previous issue date: 2016-09-23 / O estado do Rio Grande do Sul tem grande destaque em atividades pecuarista como economia regional. Isto implica em uma crescente necessidade da utilização de espécies de sementes forrageiras de estação fria nesta região. Dentre as sementes forrageiras mais adaptáveis ao clima frio tem-se o cornichão (Lotus corniculatus L.), uma leguminosa forrageira hibernal, muito versátil, com alta tolerância a acidez do solo a qual é utilizada em ampla escala no Rio Grande do Sul. A semente é o veículo que leva ao agricultor todo o potencial genético de uma cultivar com características superiores, e em seu caminho, pequenas quantidades de sementes são multiplicadas até que sejam alcançados grandes volumes de produção, no decorrer do qual a qualidade dessas sementes estará sujeita a uma série de fatores capazes de causarem perda de todo potencial genético. Diante de um mercado tão promissor, a obtenção de sementes de melhor qualidade ainda apresenta dificuldades que vão desde a fase de produção no campo, onde as sementes são colhidas precocemente em relação ao ponto de maturidade fisiológica devido ao processo de perda natural, até seu beneficiamento, onde o processo de secagem apresenta-se como uma etapa limitante que necessita de uma atenção muito especial para evitar perdas fisiológicas no produto final. A operação de secagem aplicada a sementes tem a finalidade de assegurar a conservação deste produto por meio da redução do seu teor de água. Neste caso, onde trata-se de materiais orgânicos, a redução no teor de água deve ser efetuada de maneira bem controlada, necessitando um estudo e analise da operação aplicada ao material, já que a mesma se for realizada de maneira descontrolada pode acarretar na perda do material. Na tecnologia de produção de sementes de alta qualidade a secagem é tida com uma das etapas de maior importância, pois permite a redução do teor de água em níveis adequados para o armazenamento e comercialização (12 a 15 % de umidade), preserva as sementes de alterações físicas e químicas induzidas pelo excesso de umidade, torna possível a manutenção da qualidade inicial durante o armazenamento e possibilita colheitas próximas da maturação fisiológica. A utilização do secador de leito fluidizado para aplicação da operação de secagem vem sendo objeto de investigações cientificas, pois este secador apresenta já reconhecidas vantagens que vão desde alta capacidade de secagem pela eficiente transferência de massa e de energia, até redução de tempo de secagem pela rapidez na remoção da umidade e a facilidade de controles. Diante do exposto, o presente trabalho teve como objetivo uma modelagem matemática e aplicação de simulação da secagem em leito fluidizado, seguida de testes aplicados experimentalmente através de ensaios realizados em um secador de leito fluidizado confeccionado para este trabalho. Foram realizados estudos de caracterização física e fisiológica das sementes; modelagem e simulação da secagem de sementes de cornichão (Lotus corniculatus L.) em leito fluidizado; confecção do aparato experimental de leito fluidizado que foi utilizado no processo de secagem das sementes de cornichão; caracterização fluidodinâmica do leito fluidizado; secagem das sementes de cornichão em secador de leito fluidizado; estudo do comportamento do modelo simulado e ajustes com a experimentação realizada; analise de sensibilidade paramétrica do modelo proposto, e estudo da influência dos parâmetros do processo de secagem, umidade final e coeficiente global de transferência de massa, sobre a germinação das sementes de cornichão. Os resultados do estudo de secagem ficaram na faixa de 9,00 a 10,22 % em relação a umidade final em base úmida. No que se refere a germinação os valores encontrados ficaram na ordem de 72 a 78 %. Para estas duas respostas a temperatura foi a variável de maior influência. O estudo da modelagem e simulação apresentou-se eficaz para a secagem das sementes de cornichão em leito fluidizado. O coeficiente global de transferência de massa influencia de maneira significativa os índices de germinação das sementes, sendo seu aumento prejudicial a fisiologia das sementes de cornichão (Lotus coniculatus L.). / The Rio Grande do Sul state has great prominence in pastoralist activities as a regional economy. This implies a growing need to use species of fodder seeds cool season in this region. Among the most adaptable forage seeds to the cold weather has the birdsfoot trefoil (Lotus corniculatus L.) a Winter forage legume, very versatile, with high tolerance to acid which is used in large scale in Rio Grande do Sul. The seed is the vehicle that leads to the farmer all the genetic potential of a cultivar with superior characteristics, and on their way, small amounts of seeds are multiplied until they are achieved high volume production, during which the quality of the seeds will be subject to a number factors capable of causing loss of the entire genetic potential. Faced with such a promising market, obtaining better quality seeds still has difficulties ranging from the production phase in the countryside where the seeds are harvested early in relation to the physiological maturation due to the natural loss process until its processing where the drying process is presented as a limiting step that requires particular attention to avoid losses in physiological final product. The drying operation applied to seeds aims to ensure the conservation of this product through reduction of water content. In this case where these are organic materials, reduction in water content must be performed in a well controlled manner requiring a study and analysis of operation applied to the material, since the same if performed in an uncontrolled manner may result in loss of material. In high quality drying seed production technology is taken with one of the most important steps, since it allows reducing the water content at appropriate levels for storage and marketing (12 to 15% humidity), preserves the seeds of physical and chemical changes induced by excess moisture, makes it possible to maintain the initial quality during storage and enables next harvest physiological ripeness. The use of fluidized bed dryer for implementation of the drying operation has been the subject of scientific investigation since this dryer has been recognized advantages ranging from high drying capacity for efficient mass transfer and energy until drying time reducing the speed of moisture removal and ease of controls. Given the above, this study aimed to mathematical modeling and drying simulation application in fluidized bed, followed by tests applied experimentally by tests carried out in a fluidized bed dryer made for this job. physical and physiological characterization studies were performed seeds; Modeling and Simulation of drying seeds birdsfoot trefoil (Lotus corniculatus L.) fluidized bed; making the fluidized bed experimental apparatus that is used in the drying process of the seed birdsfoot trefoil (Lotus corniculatus L.); fluid dynamic characterization of the fluidized bed; Drying of the seeds birdsfoot trefoil (Lotus corniculatus L.) in a fluidized bed dryer; model behavior study simulated and adjustments to the trial held; analysis of parametric sensitivity of the model; study of the influence of the parameters of the drying process, the final moisture and overall mass transfer coefficient on the germination of seeds birdsfoot trefoil (Lotus corniculatus L.). Drying study results were in the range from 9.00 to 10.22% over the final moisture on a wet basis. As regards the germination values found were in the range 72-78%. For these two answers the temperature was the most influential variable. The study of modeling and simulation showed to be effective in drying the seeds birdsfoot trefoil fluidized bed. The overall mass transfer coefficient influences significantly the levels of seed germination and increase its adverse physiology of seed birdsfoot trefoil (Lotus coniculatus L.).

Nesta tese investiga-se a sorção de \'SO IND.2\' por um calcário dolomítico brasileiro em duas diferentes configurações experimentais: um analisador termogravimétrico e um combustor de carvão em leito fluidizado atmosférico borbulhante. Os experimentos termogravimétricos foram realizados em condições tão próximas quanto possível àquelas observadas no processo de combustão em leito fluidizado. Coeficientes intrínsecos de taxa de reação, efetividades e conversões foram determinados através de termogravimetria em atmosfera contendo 65% de ar sintético, 15% de \'CO IND.2\' e 20% de \'SO IND.2\', para quatro diferentes granulometrias do calcário dolomítico (385, 545, 725 e 775 µm) em quatro diferentes temperaturas de processo (800, 830, 860 e 890 graus Celsius). Os coeficientes intrínsecos de taxa de reação, na condição de máxima taxa de reação, resultaram entre 3,86 x \'10 POT.-3\' e 7,07 x \'10 POT.-3\' m/s. As efetividades médias para 200 segundos de reação resultaram entre 0,37 e 0,49/s. As conversões após 600 segundos de sulfatação resultaram entre 0,40 e 0,49 kmol(\'SO IND.2\')/kmol(\'CA\'+\'MG\') . Nos experimentos em combustor de leito fluidizado obteveram-se coeficientes globais de taxa de reação, conversões e eficiência de sorção de \'SO IND.2\'. Considerou-se um calcário dolomítico em cinco diferentes granulometrias médias (385, 545, 718, 725 e 775 µm) e um carvão mineral brasileiro (CE4500) com granulometria média de 385 µm. Aplicaram-se temperaturas entre 798,2 e 886,6 graus Celsius, U/Umf entre 5,6 e 10,8 m/s, e relações molares (\'CA\'+\'MG\')/S na alimentação entre 3,7 e 11,9 kmol(\'CA\'+\'MG\')/kmol(s). O coeficiente global de taxa de reação resultou entre 0,009 e 0,072 m/s, a conversão resultou entre 0,020 e 0,064 kmol(\'SO IND.2\')/kmol(\'CA\'+\'MG\'), e a eficiência de sorção de \'SO IND.2\' resultou entre 46,4 e 83,9%. Os coeficientes globais de taxa de sulfatação obtidos em leito fluidizado foram comparados com os coeficientes intrínsecos de taxa de reação obtidos via termogravimetria. Concluiu-se que condições termogravimétricas mais realistas são necessárias para que a composição de coeficientes de taxa de reação intrínsecos e globais permita análises de controle de reação em reatores de leito fluidizado. / This thesis investigates the sorption of \'SO IND.2\' by a brazilian dolomite in two different experimental setups: a thermogravimetric analyzer and an atmospheric bubbling fluidized bed coal combustor. The thermogravimetric experiments were carried out in conditions as close as possible to those observed in the fluidized bed combustion process. Intrinsic coefficient of reaction rate, effectiveness and conversion were determined through thermogravimetry in synthetic atmosphere containing 65% of air 15% of \'CO IND.2\' and 20% of \'SO IND.2\' for four different dolomite particle sizes (385, 545, 725 and 775 µm) and four different temperatures (800, 830, 860 and 890 Celsius degrees). The results of the intrinsic reaction rate coefficient in the maximum reaction rate conditions were between 3.86 x \'10 POT.-3\' and 7.07 x \'10 POT.-3\' m/s, while the resuls of the average effectiveness for 200 seconds of reaction were between 0.37 and 0.49/s. The values of conversion after 600 seconds of sulfation were between 0.40 and 0.49 kmol(\'SO IND.2\')/kmol(\'CA\'+\'MG\') . Global reaction rate coefficient, conversion and \'SO IND.2\' sorption efficiency were obtained from the fluidized bed combustor experiments for five different dolomite particulate sizes (average diameters of 385, 545, 718, 725 and 775 µm) and a brazilian coal (CE4500) with particle size of 383 \'mü\'m. Temperatures between 798.2 and 886.6 Celsius degrees, U/Umf between 5.6 and 10.8 m/s, and (\'CA\'+\'MG\')/S molar feeding ratios between 3.7 and 11.9 kmol(\'CA\'+\'MG\')/kmol(s) were applied. The results of the global reaction rate coefficient were between 0.009 and 0.072 m/s, the ones of the conversion were between 0.020 and 0.064 kmol(\'SO IND.2\')/kmol(\'CA\'+\'MG\'), and those of the \'SO IND.2\' sorption efficiency were between 46.4 and 83.9%. The global sulfation rate coefficients obtained in fluidized bed were compared to the intrinsic reaction rate coefficients obtained through thermogravimetry. It was concluded that more realistic thermogravimetric conditions are required so that the composition of intrinsic and global reaction rate coefficients can allow for the analyses of reaction rate control in fluidized bed reactors.

Operações de revestimento são amplamente utilizadas em diversos setores industriais, tais como químico, agrícola, alimentício e farmacêutico. Dentre as principais razões para a aplicação de revestimento em partículas destacam-se fatores estéticos, proteção e o controle da taxa de dissolução de substâncias químicas. Este trabalho teve por objetivo investigar o revestimento de sólidos farmacêuticos em leito fluidizado. Inicialmente foram realizados ensaios fluidodinâmicos visando à definição de parâmetros operacionais nos quais ocorre uma operação estável do sistema. Definidas condições de operação estável, realizaram-se ensaios de revestimento de grânulos contendo um fármaco modelo (paracetamol), empregando-se uma composição à base de Eugradit RS30D. Nesta etapa investigou-se a influência da vazão de ar de fluidização, do diâmetro das partículas, da temperatura do ar de fluidização e da vazão de suspensão de revestimento na fração revestida, Wrt; na eficiência do revestimento, ; e no índice de aglomeração, Agl. Ensaios de liberação in vitro foram realizados no sentido de se avaliar a alteração das propriedades de liberação do fármaco devido ao revestimento aplicado. Os resultados obtidos evidenciaram que um tempo maior de processo levou à formação de um filme de revestimento mais espesso, modificando o perfil de dissolução do fármaco. Amostras de grânulos revestidos em condições selecionadas foram submetidas a um tratamento térmico, que consistiu na armazenagem do produto em estufa à 40 oC por intervalos de tempo que variaram de 1 a 96 horas sendo, posteriormente, realizados ensaios de dissolução. Verificouse que, nas condições experimentais utilizadas, o tratamento térmico do grânulo revestido não influenciou na velocidade liberação do fármaco, independentemente do período de armazenagem. / Coating operations are widely used in several industrial sectors, such as the chemical, agricultural, food and pharmaceutical. Among the reasons for particle coating application, the aesthetic, protection against the environment and the control of the dissolution rate of chemical substances are prominent. The aim of this work was to investigate the fluidized bed coating of pharmaceutical solids. Initially, hydrodynamic tests were carried out in order to define the operating parameters which lead to a stable system operation. After selection of the conditions of stable operation, coating experiments of granules containing a model drug (acetaminophen), with a coating composition based on Eudragit RS30D were started. In this stage, it was investigated the effects of the flow rate of the fluidizing air, mean particle diameter, inlet temperature of the fluidizing air, and the feed flow rate of the coating suspension on the coating fraction, Wrt; on coating efficiency, ; and on agglomerating index, Agl. In vitro dissolution tests were performed to evaluate the modification of the drug release properties due to the coating application. The results showed that the thickness of the coating layer is dependent of the processing time, leading to a modification on drug release profiles. Samples of the coated granules obtained at selected conditions were submitted to a thermal treatment, which consisted of the product storage in an air circulated oven at 40 oC during 1 to 96 hours time intervals. After the thermal treatment the granules were submitted to dissolution tests. It was verified, in the experimental conditions used, that the thermal treatment of the coated granules do not influenced the drug release rate, independently of the storage period.

Estudou-se o efeito da temperatura na conversão e no coeficiente global de taxa de reação no processo de absorção de SO2 por calcário em reator de leito fluidizado borbulhante atmosférico. O sistema experimental foi constituído por um reator de 160 mm de diâmetro interno e altura de 450 mm e seus periféricos. Os experimentos foram feitos com a introdução de calcário em batelada no leito, fluidizado com ar contendo uma concentração constante e uniforme SO2 e aquecido eletricamente. Utilizou-se granulometria estreita de calcário com diâmetros médios de 545 e 650 &#956m. A areia de quartzo que compunha o leito tinha diâmetro médio de 650 &#956m. Os experimentos foram realizados com bateladas de 50 g de calcário adicionadas ao leito durante o teste, com as demais condições mantidas constantes. As temperaturas utilizadas variaram de 700 a 958°C, a relação entre as velocidades de fluidização e de mínima fluidização foi mantida em 4/1, e fator de fluxo bolha/particulado em torno de 2,6. Os resultados mostraram que a conversão foi relativamente baixa, entre 1,2 e 10,9%, dependendo sobretudo da temperatura utilizada. O coeficiente global de taxa de reação aumentou com a temperatura, atingindo um valor máximo de 500 m/s a 881ºC e decrescendo a partir deste valor. / The effect of temperature in both the conversion and the overall rate of reaction coefficient for the process of SO2 absorption by limestone within a fluidized bed was studied on a bench scale atmospheric bubbling fluidized bed reactor. The reactor had an internal diameter of 160 mm and was 450 mm high. The bed was fluidized with air with a concentration of about 950 ppm of SO2. This mixture was electrically heated. The bed material was quartz sand with a narrow size distribution of around 650 &#956m. Limestone was fed to the bed with narrow sized particles of 545 and 650 &#956m. The experiments were carried out on a batch mode introducing samples of 50 g of limestone into the bed with the other variables kept constant. Process temperatures ranged from 700 to 958°C, the relation between gas fluidization velocity and minimum gas fluidization velocity was fixed at 4/1 and the cross flow factor was around 2.6. The results showed a relatively low conversion of limestone, from 1.2 to 10.9%, depending mostly on temperature. The overall rate of reaction coefficient increased with temperature, reaching a maximum value of 500 m/s at 881°C, and decreasing afterwards.

Orientador: Ivonete Ávila / Banca: José Antonio Perrella Balestieri / Banca: Fernando Eduardo Milioli / Resumo: Este trabalho tem como objetivo desenvolver um modelo de equilíbrio químico modificado para determinar a composição do syngas (gás de síntese), obtida a partir da gaseificação da biomassa em gaseificadores de leito fluidizado. Para este estudo, foi aplicado um processo de otimização para determinar os fatores de correção (que modificam as constantes de equilíbrio químico), a eficiência de conversão de carbono e a entalpia da reação. Os agentes de gaseificação considerados foram ar, vapor, ar-vapor e ar-vapor-oxigênio. No método de otimização foram utilizados os multiplicadores de Kuhn-Tucker para obter pequenos erros RMS. Foram selecionadas 76 composições experimentais de syngas. Entre estas composições, 60 foram utilizadas para obter correlações para o fator de correção, a eficiência de conversão do carbono e a entalpia da reação. Em seguida, um modelo de equilíbrio químico modificado foi elaborado selecionando estas correlações. O modelo de equilíbrio químico modificado foi validado mostrando uma boa precisão para a determinação da composição do syngas, obtendo-se erros RMS entre 0,94 e 4,84 / Abstract: This work aims to develop a modified chemical equilibrium model to accurately determine the syngas (synthesis gas) composition, as obtained from fluidized bed gasifiers. In order to do so, an optimization process was applied to determine the correction factors (which modify the chemical equilibrium constants), the carbon conversion efficiency and the enthalpy of the reaction. The gasification agents considered were air, steam, air-steam, and air-steam- oxygen. The optimization method were used the Kuhn-Tucker multipliers in order to obtain small RMS errors. A total of 76 experimental compositions of syngas were selected. Among these data, 60 were used to obtain correlations for the correction factor, the carbon conversion efficiency and the enthalpy of the reaction. Then, a modified chemical equilibrium model was developed by selecting these correlations. The modified chemical equilibrium model was validated showing very good accuracy for the determination of the syngas composition, the RMS error were found to be in the between 0.94 and 4.8 / Mestre

Submitted by Maicon Juliano Schmidt (maicons) on 2015-04-15T20:36:34Z No. of bitstreams: 1 Fabiano Anderson Pedroso.pdf: 4283933 bytes, checksum: 9e8c395fe9319e367efba6745553280e (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-15T20:36:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fabiano Anderson Pedroso.pdf: 4283933 bytes, checksum: 9e8c395fe9319e367efba6745553280e (MD5) Previous issue date: 2013-01-31 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / PROSUP - Programa de Suporte à Pós-Gradução de Instituições de Ensino Particulares / A combustão em Leito Fluidizado (LF) é caracterizada por sua capacidade de redução das emissões de poluentes em relação aos métodos tradicionais de queima do combustível pulverizado. No Brasil, há um potencial de geração de energia em LF pela combustão do carvão mineral, dada a quantidade de reservas disponíveis, das quais mais de 99% se concentram nos estados do Rio Grande do Sul e de Santa Catarina. Dentre as tecnologias disponíveis para combustão e gaseificação em LF, destaca-se a de Leito Fluidizado Circulante (LFC), devido ao potencial de uso em gaseificação integrada a um ciclo combinado de conversão de energia (IGCC). No projeto, dimensionamento e operação de LFs, o entendimento do escoamento multifásico gás-sólido é de suma importância. As leis de escalonamento de Glicksman fornecem as regras necessárias para construção de leitos em escala com similaridade fluidodinâmica, permitindo reproduzir em escala piloto ou mesmo de laboratório a fluidodinâmica de um leito em escala industrial. Aliado a isso, a Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) vem se estabelecendo como uma poderosa ferramenta para a simulação dos processos em LFC. Portanto, o objetivo deste trabalho é desenvolver um modelo computacional para a simulação da fluidodinâmica de LFCs utilizando o código livre MFIX e aplicar esse modelo para validação das leis de escala através da modelagem numérica de um LFC em escala real com validação experimental e um leito em escala reduzida de acordo com o conjunto simplificado. Para isso, foram desenvolvidos um leito em completa correspondência com o conjunto simplificado, seis leitos escalonados com alteração de parâmetros operacionais e um leito escalonado pelo conjunto completo das leis de escalonamento de Glicksman. O modelo computacional é baseado na abordagem Euler-Granular, em que as fases gás e sólido são consideradas como meios contínuos interpenetrantes. A fase sólida é modelada como um fluido cujo tensor tensão é construído de modo a descrever o escoamento da fase particulada conforme a teoria cinética dos escoamentos granulares (KTGF). O modelo físico aproximado para validação da simulação para a escala real foi o Terceiro Desafio promovido em parceria pela NETL e PSRI. Entre as escalas, foram comparados os perfis horizontal e vertical de fração volumétrica de gás; perfis horizontais de velocidade vertical adimensional dos sólidos e fluxo mássico adimensional de sólidos; perfil vertical de perda de carga adimensional e a evolução temporal da fração volumétrica de gás média. No presente estudo, os resultados permitiram verificar que, na modelagem numérica de uma escala reduzida a partir do conjunto simplificado das leis de escalonamento de Glicksman, a média do Erro Relativo Médio (ERM) ponderado sobre todos os perfis analisados apresentou um valor de 14,2% em relação a escala real, aceitável para esse tipo de sistema. Também se verificou que a diminuição do diâmetro das partículas em não conformidade com as leis de escala, em alguns dos perfis analisados, implicou em uma redução do ERM em comparação com aquele obtido pelos resultados do conjunto simplificado, devido a maior aproximação do diâmetro da partícula do valor determinado pelo conjunto completo. Em relação à comparação dos resultados obtidos pelo conjunto simplificado e completo das leis de escalonamento de Glicksman, confirma-se o esperado - uma maior correspondência para o leito escalonado pelo conjunto completo, com destaque à correta previsão do perfil horizontal do fluxo mássico adimensional de sólidos, não previsto pelo conjunto simplificado. Dessa forma, considera-se que o conjunto simplificado das leis de escala de Glicksman, dentro de suas limitações intrínsecas, fornece uma boa aproximação para o escalonamento de LFCs através da simulação numérica Euler-Granular. / Fluidized bed (FB) combustion has as main feature its capacity to reduce the release of pollutants in relation to conventional burning methods of pulverized fuel. Brazil has a potential in energy generation with FB through the combustion of coal, given the number of available reservoirs, of which 99% are located in the Southern states of Rio Grande do Sul and Santa Catarina. Among the available technologies for combustion and gasification on FB, we can highlight that of Circulating Fluidized Beds (CFB), given its use in Integrated Gasification Combined Cycles (IGCC). In the project, design and operation of FBs, the understanding of the gas-solid multiphase flow is highly important. Glicksman’s scaling laws provide the guidance needed for building beds in scale with fluid dynamics similarity, allowing the reproduction in pilot or even laboratory level of the fluid dynamics of a bed in industrial level. Along with that, Computational Fluid Dynamics (CFD) has established itself as a powerful tool in the simulation of CFB processes. Therefore, the aim of this paper is to develop a computational model for the simulation of CFBs fluid dynamics, using the MFIX code and to apply this model to the validation of scaling rules through the numerical modeling of a CFB in real scale with experimental validation and a bed in reduced scale according to a reduced set. For that to happen, a bed in fully correspondence wtih the reduced set, six scaled beds with alterations in their operational parameters, and a bed scaled by the full-set of Glicksman’s scaling laws have been developed. The computational model is based on the Euler-Granular Approach, in which the solid and gas phases are considered as interpenetrating continua. The solid phase is modeled as a fluid whose tensors are built in order to describe the flow of the granular phase according to the kinetic theory of granular flows (KTGF). The approximate physical model for the validation of this simulation to real scale was the Third Challenge held by NETL and PSRI. A comparison was made among the scales, one of the horizontal and vertical profiles of gas volume fraction; horizontal of vertical dimensionless speed of solids and dimensionless mass flux of solids; vertical of dimensionless pressure drop and the temporal evolution of the average gas volume fraction. In this study, the results allowed to verify that, in the numeral modeling of a reduced scale based on the reduced set of Glicksman’s scaling laws, the average of Relative Error (RE) considered over all the analyzed profiles showed a 14.2% value in relation to the real scale, which is acceptable for this kind of system. It has also been verified that the reduction in diameter of particles which were not suitable with the scaling laws, in some of the analyzed profiles, resulted in a reduction of RE when compared to that obtained through the results of the reduced set, due to a larger approximation of the particles diameter to the value determined by the full-set. Regarding the comparison of the results obtained through the reduced and full-set of Glicksman’s scaling laws, the most expected was confirmed – a larger matching for the bed scaled through the full-set, highlighting the correct prediction of the horizontal profile of the dimensionless mass flux of solids, which was not predicted by the reduced set. Thus, the reduced set of Glicksman’s scaling laws provides, within its inherent limitations, a good approximation for the scaling of CFBs through the Euler-Granular numerical simulation.

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

O presente trabalho mostra a investigação da influência da temperatura sobre a absorção de SO2 por calcários na combustão de carvão mineral em reator de leito fluidizado atmosférico. Introduz-se bateladas de carvão no reator fluidizado com ar pré-aquecido a temperaturas entre 700 e 900ºC, e a combustão se desenvolve produzindo gases contendo SO2. Bateladas de calcário são injetadas para absorção do SO2. Considera-se duas situações distintas: injeção simultânea de carvão e calcário e injeção defasada. Na primeira situação investiga-se sulfatação direta, enquanto na segunda estuda-se sulfatação com o calcário previamente calcinado. Utiliza-se um carvão energético CE4500 procedente de Criciúma-SC, e dois tipos de calcário : um calcítico procedente de Itaú-MG, outro dolomítico de Ipeúna-SP. Os resultados mostram absorção de SO2 mais eficiente quando os calcários são previamente calcinados. As máximas conversões são observadas em temperaturas em torno de 800ºC. / This work shows the investigation about the influence of temperature on the absorption of SO2 by limestones in atmospheric bubbling fluidized bed combustion of mineral coal. Batches of coal are introduced into the reactor fluidized by air pre-heated at temperatures between 700 and 900ºC, and the combustion develops producing gases containing SO2. Batches of limestone are injected for sulfur absorption. Two distinct situations are considered: simultaneous and non-simultaneous injection of coal and limestone. In the first situation direct sulfation is investigated, while in the second situation sulfation is carried out by pre-calcined limestone. A CE4500 energetic coal from Criciúma-SC is used, alongside with two types of limestone : a calcitic limestone from Itaú-MG, and a dolomite from Ipeúna-SP. The results show that tha absorption of SO2 is more efficient for limestones previously calcined. The maximum conversions were observed for temperatures around 800ºC.

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

Modelagem de dois fluidos é largamente aplicada para simular escoamentos gássólido em risers de leitos fluidizados circulantes. As atuais simulações são de grandes clusters (SGC), executadas em domínios reais com malhas numéricas grosseiras, ou simulações sub-malha, executadas em malhas numéricas refinadas em domínios reduzidos. O propósito das simulações sub-malha é principalmente produzir dados de meso-escala a serem aplicados em simulações de grandes clusters. A atual literatura apresenta apenas umas poucas simulações sub -malha de escoamentos gás-sólido em risers aplicando modelagem de dois fluidos, todas para condições típicas de reatores de leito fluidizado circulante de craqueamento catalítico. Neste trabalho realizou-se uma simulação sub-malha para esta condição, e também para uma outra condição típica de reatores de leito circulante para combustão/gaseificação. Correlações teóricas derivadas da teoria cinética dos escoamentos granulares (TCEG) foram aplicadas para determinar a pressão e as viscosidades da fase sólida. Considerou-se um domínio de pequenas dimensões sob condições de contorno periódicas, aplicando-se malhas numéricas refinadas. Os resultados das simulações foram comparados entre si, com outros resultados de simulação de literatura, e com dados experimentais. Então, a correção das simulações foi abordada em vista dos dados empíricos disponíveis. / Two-fluid modeling is widely applied to simulate gas-solid flows in risers of circulating fluidized beds. Current simulations are either large cluster simulations (LCS), performed in real domains under coarse numerical meshes, or sub-grid simulations, performed in reduced domains under refined numerical meshes. The purpose of subgrid simulation is mostly to provide meso-scale data to be applied in large cluster simulations. The up to date literature presents only a few sub -grid simulations of gassolid flows in risers applying two-fluid modeling, all of them for conditions typical of catalytic cracking circulating fluidized bed reactors. In the present work a sub-grid simulation was performed for this condition, as well as for a condition typical of circulating fluidized bed coal combustion/gasification reactors. Theoretical correlations derived from the kinetic theory of granular flows (KTGF) were applied to determine pressure and viscosities of the solid phase. A small size domain was considered under periodic boundary conditions, and a refined numerical mesh was applied. The results of the simulations were compared to each other, to other literature results of simulation, and to experimental data. Then, the accuracy of the simulations was addressed in view of the available empirical data.