Made available in DSpace on 2016-06-02T19:35:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2688.pdf: 3455173 bytes, checksum: 09d9d38c8a13d7dda1da178036013eeb (MD5) Previous issue date: 2009-10-30 / Financiadora de Estudos e Projetos / The aim of this study was to analyze the fluid dynamic of the fluidized and vibrofluidized beds with particles with diameter under 1.00 mm, and also to analyze the fluid dynamic behavior of wet beds and the drying of different liquids and suspensions during the transient drying period. The purpose of these tests is to obtain relevant information about the influence of vibration and also to investigate some issues related to the dimensionless vibration number (&#915;), which has been used and understood in a controversial way by the scientific community. The fluid dynamic and drying experiments were conducted in a fluidized/vibrofluidizad column with diameter equal 0.014 m and high 0.50 m. The analysis of fluid dynamic was performed with particles of 463 and 780 &#956;m, under different vibrational conditions. Drying and wet fluid dynamic experiments were carried out with particles of 2.19 mm, with the following liquids and pastes: distilled water, sewage sludge, skim milk and calcium carbonate solutions with solid concentration of 3%, 6% and 9%.. Drying essays were conducted at different paste feed rates and under air velocity equal to1.33 and 1.55 m / s, and temperatures of 80 and 100 ° C. Two vibration conditions yielding a constant vibration number (&#1043; = 4.0) were tested: one with A = 0.003 m and f = 18.20 Hz and other with A = 0.015 m and f = 8.14 Hz. In fluid dynamic tests with particles of dp< 1.00 mm, the characteristic curves were obtained from the classical methodology were analyzed aiming at identifying the influence of the particle size and vibrational on the pressure drop and minimum fludization velocities. For the wet beds was evaluated the dynamic behavior of dimensionless pressure drop and dimensionless air inlet velocity, while in drying experimens the behavior of air relative humidity, absolute humidity, powder production rate, powder moisture content and energy efficiency was assessed. The results obtained show that the use of vibration together with fluidized air may result in significant improvement of the bed dynamics, thus enhancing the drying conditions. They evidenced also that the use of different combinations of frequency and amplitude values to yield a same vibration number may result in very different dynamic behavior in vibrofluidized beds. As a consequence, variables associated to drying such as air relative and absolute humidity, powder production rate and energy efficiency were affected by vibration conditions. To fully characterize the vibration conditions, the value of &#1043; should be informed together with either the amplitude or frequency of vibration. / O objetivo do presente trabalho foi realizar uma análise fluidodinâmica detalhada dos leitos fluidizado e vibrofluidizado operando com partículas de diâmetro inferior a 1 mm e também analisar a secagem e fluidodinâmica do leito úmido com água e três diferentes pastas (lodo de esgoto, leite desnatado e carbonato de cálcio em três concentrações de sólidos) durante o período transiente. O intuito destas análises foi obter informações relevantes acerca da influência da aplicação da vibração em um leito de secagem bem como compreender melhor algumas questões referentes ao adimensional de vibração (&#915;), o qual vem sendo utilizado e entendido de maneira controversa pela comunidade científica. Os experimentos fluidodinâmicos e de secagem foram conduzidos em leito fluidizado/vibrofluidizado com 0,114 m de diâmetro e 0,50 m de altura. As análises fluidodinâmicas foram realizadas com partículas de vidro de 463 e 780 &#956;m e sob diferentes condições vibracionais, com &#1043; variando do 0,0 a 3,0, sendo que cada um deles foi obtido através de 4 diferentes combinações entre amplitude e freqüência de vibração. A secagem e fluidodinâmica do leito úmido foram investigadas com partículas de vidro de 2,19 mm. As pastas utilizadas neste estudo foram constituídas por água destilada, lodo de esgoto doméstico, leite desnatado e carbonato de cálcio em três diferentes concentrações de sólidos. A operação de secagem foi conduzida em diferentes vazões de alimentação de pasta e sob duas condições de velocidade do ar de secagem (1,33 e 1,55m/s), duas temperaturas (80 e 100º C) e duas condições vibracionais, para um mesmo adimensional de vibração (&#915; = 4,00), A = 0,003 m com f = 18,20 Hz e A = 0,015 m com f = 8,14 Hz. Nos ensaios fluidodinâmicos com partículas de diâmetro inferior a 1 mm foram analisadas as curvas características obtidas por meio da metodologia clássica avaliando a influência do tamanho da partícula e das diferentes condições vibracionais impostas. Para os ensaios fluidodinâmicos em leitos úmidos foram analisados os adimensionais de queda de pressão e velocidade do ar de secagem, enquanto que para a secagem foram avaliadas a umidade relativa, umidade absoluta, taxa de produção, conteúdo de umidade e eficiência energética. Com os resultados obtidos neste trabalho pôde-se observar que a utilização da vibração aliada à ação pneumática do leito fluidizado pode ocasionar melhorias significativas na dinâmica do leito, proporcionando condições mais favoráveis para a secagem. Além disso, para um mesmo adimensional de vibração, obtido por meio de diferentes combinações entre amplitude e freqüência vibracional, observaram-se resultados distintos para a fluidodinâmica, umidade relativa, umidade absoluta, taxa de produção de pó seco e eficiência de secagem. Com isso, podese dizer que o parâmetro &#915; não tem características universais, portanto, deve ser sempre informado conjuntamente com a amplitude de vibração ou freqüência de vibração.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2313.pdf: 7611200 bytes, checksum: 70761a0a32b57a18ac7afa858e5824df (MD5) Previous issue date: 2009-03-12 / Universidade Federal de Sao Carlos / The use of fluidized beds as a unit operation for drying of particulate materials is common in industrial processes. However, most works published in the literature, focus the drying of uniform particles, in a narrow range of size distribution. The appealing characteristics of fluidization for drying led some authors to suggest its use for drying of particles of low sphericity (_ < 0.5), which are out of the range of usually fluidized particles. Aiming to contribute for the assessment of fluid dynamic behavior of this class of particles, in the present work was investigated the fluidization of flat particles, with _ varying from 0.063 up to 0.574, bulk density (&#61554;b) from 0.038 to 0.923 g.cm-3 and ratios Ap/Vp (superficial area to volume) between 12 and 226 cm-1. The essays were carried out in a fluidized bed with a height of 0.30 m, and cross section of 0.20 m x 0.11 m, which could be also operated as a vibro-fluidized bed. The tests aimed to investigate the effects of size, shape and specific mass of particles in fluidization and fluid-dynamic behavior of such particles. Vibro-fluidization was tested as an alternative to improve fluidization patterns. Fluid dynamic characteristic curves of P as a function of air velocity were also obtained for the fixed beds in order to evaluate the resistive parameters of these beds as a way to quantify their resistance to the air flow. Tests were conducted using 14 different particulate materials, 9 of them being natural particles (leafs, seeds and cereals) and 5 being manufactured particles. The use of manufactured particles allowed to minimize size distribution and shape variations that are inherent to the natural products, avoiding interfering effects that might complicate an initial analysis. The fluid dynamic behavior was investigated through experimental curves of _P versus U and visual observation of the beds. The results showed that only the particles with sphericity around 0.5 and low ratios Ap/Vp presented homogeneous fluidization patterns, similar to the observed in fluidization of conventional particles. In fluidization of particles with _ 0.228 were observed poor fluidization patterns and highly non-homogeneous beds. The values of bulk porosity of static beds were higher than 80% for the beds constituted by leaves, and stayed between 30 and 70% for the remaining particles. The values of _b and _mf tended to decrease as the values of Ar increased, while Pmf tended to increase and Umf showed no clear dependence of Ar. The use of vibration did not reduce significantly the values of Umf and did not improve much the quality of fluidization as well, excepting for the particles of higher sphericity (around 0.5). But for some conditions obtained as fluidizing rigid particles, with large superficial areas, the vibration did provoke the alignment of particles into the beds, leading to a packing in which the contact area between particle and fluid is optimized, which might be interesting as drying applications are concerned. / A secagem de sistemas particulados com emprego de leitos fluidizados é uma operação unitária comum na indústria. Entretanto, a maioria dos trabalhos publicados foca a secagem de partículas regulares em estreita faixa de distribuição granulométrica. As características vantajosas dos leitos fluidizados têm levado alguns autores a propor seu uso na secagem de partículas com baixas esfericidades (_ < 0,5), fora da faixa usual de fluidização. A fim de contribuir para a compreensão do comportamento fluidodinâmico deste tipo de material, neste trabalho foi realizada uma caracterização fluidodinâmica de leitos fluidizados operando com partículas planas com esfericidades (_) variando de 0,063 a 0,574, densidade bulk (&#61554;b) de 0,038 a 0,923 g.cm-3 e relações Ap/Vp (área superficial pelo volume) entre 12 e 226 cm-1. As investigações experimentais foram realizadas em um leito fluidizado com altura de 0,30 m e seção de área transversal de 0,20 m x 0,11 m. O objetivo dos ensaios foi avaliar como a forma, dimensões e massa específica das partículas afetam a fluidização e suas características fluidodinâmicas. A vibrofluidização foi avaliada como alternativa de melhorar a qualidade da fluidização. De forma complementar, realizou-se uma caracterização em leito fixo com o intuito de avaliar a resistência que os meios constituídos por estas partículas oferecem à passagem do ar. Os ensaios foram realizados com 14 materiais, sendo 9 de origem natural (folhas, sementes e cereais) e 5 partículas manufaturadas de origem sintética. O uso destas partículas objetivou evitar a interferência da rugosidade superficial e minimizar variações no tamanho e na forma inerentes às partículas naturais, o que poderia dificultar a análise fluidodinâmica num estágio inicial. O comportamento fluidodinâmico, assim como, a qualidade da fluidização foram analisados através de curvas de _P versus U e da observação visual do leito. Os resultados indicam que somente as partículas de esfericidades em torno de 0,5 e menores relações Ap/Vp apresentaram fluidização homogênea, semelhante à observada em leitos fluidizados de partículas convencionais. Para as partículas com _ _ 0,228 foram obtidos padrões de fluidização irregulares e leitos altamente não homogêneos. As porosidades bulk dos leitos estáticos foram superiores a 80% para os leitos constituídos por folhas e variaram entre aproximadamente 30 e 70% para as demais partículas. Em geral, observou-se que _b e _mf tendem a diminuir com o aumento de Ar, Pmf tende a diminuir quando Ar aumenta e Umf não apresentou dependência clara em relação a este adimensional para a faixa de condições investigadas. A introdução de vibração não proporcionou reduções significativas na Umf para estas partículas e não melhorou significativamente a qualidade da fluidização obtida, exceto para as partículas de maiores esfericidades (em torno de 0,5). Contudo, em algumas condições, obtidas com partículas rígidas e de elevada área superficial, a vibração provocou o alinhamento das partículas no interior do leito, resultando em uma configuração onde a área de contato entre as partículas e o fluido é máxima, o que pode ser interessante para a secagem. Para as partículas de maiores, o uso de vibração levou a uma melhora significativa na qualidade da fluidização.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6690.pdf: 2932820 bytes, checksum: 94dae93c192f6fc3fc100ef8fd517eb4 (MD5) Previous issue date: 2015-03-04 / Universidade Federal de Sao Carlos / Activated alumina is widely used as a desiccant or as an adsorbent. In order to reuse the material, it is necessary to submit it to the drying process. In this context, a research was carried out to obtain the alumina with the lowest possible moisture using vibrofluidized bed dryer. For a better comprehension of the drying of the material, the development of this study was divided in parts and the first one consists of kiln drying in which the only variable is the air temperature. Then, intending to analyze the variables that are capable to influence on drying process, a thin layer drying was carried out using a fixed bed dryer. In this case there are two variables: the temperature and velocity of the drying air. After that, the material was classified according to Geldart s classification (1973), which allows the inference of important data about the material fluid dynamic behavior in fluidized beds. After having the material classified, a study about the fluid dynamic of the material was performed, followed by its drying in vibrofluidized bed dryer. Tests were carried out to determine the equipment s operating range. Afterwards, the drying behavior was analyzed in different situations, in which air temperature and velocity and also vibration amplitude and frequency were changed. In data processing, diffusive, empirical and ANNs models were fitted to experimental data to analyze which one could represent alumina s drying kinetics. In the range of experimental conditions investigated, it was observed that: alumina s drying kinetics and its fluid dynamic present different behavior for the same dimensionless vibration number obtained from two different combinations of amplitude and frequency; diffusive models fitted well to experimental when the right boundary conditions were used; the empirical models which best fitted to experimental data were Page (1974) and Overhults et al. (1973) models; and a single ANN was able to fit to all the experimental data. / A alumina ativada é amplamente utilizada como dessecante ou adsorvente. Para a reutilização desse material é necessário submetê-la ao processo de secagem. Dentro deste contexto, este trabalho foi um estudo para obter a partícula de alumina com a menor umidade possível, utilizando um secador de leito vibrofluidizado. O trabalho foi desenvolvido em etapas, onde para melhor compreensão do processo de secagem do material, primeiramente foi feita a secagem em estufa, tendo como variável somente a temperatura do ar de secagem. Em seguida, para analisar quais as variáveis que influenciam no processo de secagem deste material, foi feita secagem em camada fina, utilizando um secador de leito fixo, tendo como variável, além da temperatura, também a velocidade do ar secagem. Foi feita a classificação do material segundo Geldart (1973), onde são fornecidos dados importantes sobre o comportamento fluidodinâmico do material em leitos fluidizados. Após essas etapas, e já tendo a classificação do material, foi realizado um estudo da fluidodinâmica do material em leito vibrofluidizado e, por fim, a secagem em leito vibrofluidizado. No secador vibrofluidizado foram feitos testes de secagem para determinação da faixa de operação em que os experimentos poderiam ser realizados. Após os testes o comportamento da secagem da alumina foi analisado em diferentes situações, variando a temperatura e a velocidade do ar de secagem, amplitude e frequência de vibração. Foram utilizados no tratamento dos dados, ajustes dos resultados experimentais a modelos capazes de representar a cinética de secagem da alumina, sendo estes os modelos difusivo, semiempíricos e também a técnica de redes neurais. No intervalo de condições experimentais utilizadas nos experimentos, observou-se: comportamentos distintos para cinética de secagem e fluidodinâmica para um mesmo adimensional de vibração obtido através de duas combinações diferentes de amplitude e frequência; o modelo difusivo se ajustou bem aos dados experimentais, porém, sendo necessário antes analisar as condições de contorno utilizadas; os modelos semiempíricos que melhor se ajustaram aos dados experimentais foram o de Page (1974) e Overhults et al. (1973) e que uma única rede neural foi capaz de ajustar bem aos dados experimentais.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseCFSC.pdf: 4163212 bytes, checksum: 6916c3896f8d95c3ccab19a7afcdae15 (MD5) Previous issue date: 2003-07-29 / Universidade Federal de Sao Carlos / In this work equipment developments and techniques for aerodynamics and heat transfer studies in a vibro-fluidized bed are presented. The equipment projected and built consists of an acrylic bed with a circular section of 0.12 m diameter and 0.5 m height, with an eccentric mechanism that allowed the amplitude variation, and through the motor speed, variation in the frequency vibration. The aerodynamics study in a vibro-fluidized bed has been carried out through the analysis of the fluidization and standard deviation curves obtained for both systems (conventional and vibrated), in order to verify the pressure drop in the bed and the oscillation around the average, in function of the vibrational frequency and the initial bed height. The bed was constituted of ballotini glass spheres of 700 µm. The global heat transfer coefficient between immersed test body and the bed was obtained from two geometric configurations: cylinder and spheres. For the spherical geometry three different diameters were studied. In both geometries an electric resistances for the bodies heating was used. The local heat transfer coefficient was obtained from a similar cylinder to the one described previously, however equipped with a platinum sensor. This sensor consisted of a quartz piece with a fine platinum film linked to an electric circuit that through appropriate equation and monitor software allowed the obtaining of this coefficient. The influence of the superficial air velocity, vibrational frequency, particle size, forms and size of the tests bodies were analyzed. The aerodynamic results showed that, without vibration, the instantaneous pressure had a significant increase with the intensity vibration, with a maximum value in most of the results. The difference for an experimental condition for another one, is the angular area of the cylinder in which this tendency happens for the coefficient. When compared with the bed without vibration, just fluidized it, was verified that the values obtained in this work for the local coefficient have a similar behavior to the ones found in the literature. oscillation observed in the deviation standard curves are independent of the bed height. In the vibro-fluidized beds these oscillation showed a strong dependence on the bed height and on the dimensionless parameter, in the interval of variables studied. The results of the global heat transfer coefficient showed an increase of h, with the imposition of vibrations, with smaller particle size and for larger air velocity, for both studied geometries. When analyzed locally, it was observed that h&#952; had a significant increase with the intensity vibration, with a maximum value in most of the results. The difference for an experimental condition for another one, is the angular area of the cylinder in which this tendency happens for the coefficient. When compared with the bed without vibration, just fluidized it, was verified that the values obtained in this work for the local coefficient have a similar behavior to the ones found in the literature. / Neste trabalho são apresentados desenvolvimentos de equipamentos e técnicas para estudos de fluidodinâmica e de transferência de calor em um leito vibro-fluidizado. O equipamento projetado e construído consiste de um leito em acrílico de seção circular de 0,12 m de diâmetro por 0,5 m de altura, possui um mecanismo excêntrico que permite a variação da amplitude, e através da velocidade do motor, uma variação da freqüência de vibração. O estudo da fluidodinâmica do leito vibro-fluidizado foi realizado através da análise das curvas de fluidização e de desvio padrão obtidas para ambos os sistemas, convencional e vibrado, com o objetivo de verificar a variação e a oscilação em torno da média, da diferença de pressão do leito, em função da freqüência e da altura inicial do leito. O leito foi formado por partículas esféricas de vidro ballotini de 700 µm. O coeficiente global de transferência de calor entre um corpo submerso e o leito, foi obtido a partir de duas configurações geométricas: cilindros e esferas. No caso da geometria esférica estudou-se o coeficiente em três diferentes diâmetros. Em ambas as geometrias utilizou-se resistências elétricas para o aquecimento dos corpos. O coeficiente local de transferência de calor foi obtido a partir de um cilindro equipado em sua superfície com um sensor de platina. Este sensor consiste de uma peça de quartzo que possui em sua superfície um fino filme de platina ligado a um circuito elétrico que através de equacionamento adequado e um software de monitoração permitiu a obtenção deste coeficiente. Foram analisados a influência da velocidade superficial do ar, freqüência vibracional, diâmetro de partícula, tamanho e forma do corpo de testes. Os resultados mostraram que, na ausência de vibração, as flutuações instantâneas de pressão, observadas nas curvas de desvio padrão, independem da altura do leito de partículas. Para os leitos vibro-fluidizados estas flutuações mostraram uma forte dependência da altura do leito e do parâmetro vibracional, dentro do intervalo de variáveis estudado. Os resultados para o coeficiente global de transferência de calor mostraram um aumento deste coeficiente, com a imposição das vibrações, com menores diâmetros de partículas, e para maiores velocidades de ar, para ambas as geometrias estudadas. Quando analisado localmente, observou-se nos resultados que o coeficiente teve um aumento significativo com a intensidade vibracional, apresentando um valor máximo na maioria dos resultados. O que diferenciou uma condição experimental da outra foi a região angular do cilindro na qual ocorre esta tendência para o coeficiente. Quando comparado com o leito sem vibração, apenas fluidizado, verificou-se que os valores obtidos neste trabalho para o coeficiente local têm um comportamento similar ao encontrado na literatura.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseRVD.pdf: 5637129 bytes, checksum: f862b426d686fd352a79713f21cb585f (MD5) Previous issue date: 2005-11-25 / Vibro-fluidized beds with inert particles as fluidizing medium have been appearing as an innovative technique for drying of suspensions and pastes. Aiming to contribute for the comprehension of phenomena involved in such processes, an investigation of fluid dynamic behavior of a vibro-fluidized (and also of a fluidized) bed with inert particles was carried out in this work. Glycerol was employed to wet the inert particles and then simulate the presence of a liquid paste into the bed. The purpose of the present work is to obtain a detailed investigation of the effects of amplitude, frequency of vibration, dimensionless vibration number, degree of liquid saturation, and of the particle size and density on the fluid dynamic behavior of the bed. The research included also an experimental investigation on the effects of the particle size distribution on the dynamic of inert particles into the fluidized, vibrated and vibro-fluidized beds, with an evaluation of size segregation patterns. The experiments were divided into three groups: in the first one, preliminary fluid dynamics tests were carried out; in the second one, the fluid dynamic behavior of fluidized and vibro-fluidized beds was investigated, and in the last one, the effects of particle size distribution on the dynamics of fluidized, vibrated and vibro-fluidized beds were verified. The experimental apparatus used in the tests was a vibro-fluidized bed constituted of a glass chamber, with a 0.114 m diameter cylindrical section, thickness of 0.003 m and height of 0.50 m. Ballotini spherical glass beads (&#961;p =2,500 kg/m3), with mean diameters from 1.10x10-3 to 17.00x10-3 m, polypropylene spheroids (&#961;p = 935 kg/m3) with mean diameters of 2.60x10-3 and 3.67x10-3 m and elliptical cylinders of polystyrene (&#961;p = 1,050 kg/m3) with equivalent diameter (volumetric diameter) of 2.51x10-3 m, were used as inert particles. The bed was operated under dimensionless vibration numbers from 0.00 to 6.00, for amplitudes varying from 0.000 to 0.021 and frequencies of vibration from 0.00 and 18.20 Hz. Glycerol saturation degrees (defined as the ratio between volume of glycerol and volume of voids in the fixed bed) varied from 0.0000 and 0.0072. The glycerol was employed to simulate the presence of a liquid fed into the bed in a batch mode, since it practically does not evaporate under the conditions of present work. Identical values of dimensionless vibration numbers (&#915;) were obtained using different combinations of amplitudes (A) and frequencies of vibration (f), aiming to verify the universality of such a parameter to describe vibration characteristics of a vibro-fluidized bed. Four types of size distribution models were used in the investigation of the effects of the particle size distribution on the dynamics of vibro-fluidized beds: binary, flat, Gaussian and a reference one, all of them with a mean Sauter diameter of 2.18x10-3 m. In the range of experimental conditions investigated, it was observed that the dimensionless vibration number does not fully characterize the fluid dynamic behavior of the vibrated systems. Some degree of particle agglomeration was always observed in the presence of glycerol, yielding to an irregular and poor fluidization. The use of vibration in such cases improved the particle circulation in the bed, thus reducing the agglomeration and minimizing the formation of channelling. When specific particle size distributions were adopted for fluidization, some size segregation pattern was observed in almost every case. In the fluidized bed, the smallest particles stayed at the top of the column, while in the vibrated one the largest particles tended to concentrate at the top. In a vibro-fluidized bed under short amplitude of vibration (0.003 m), some segregation was noted but in a less extent than that observed in the fluidized bed at similar conditions. At high amplitude of vibration (0.009 m), no size segregation was detected. / Os leitos vibrofluidizados que utilizam partículas inertes como meio para fluidização estão se destacando como uma nova alternativa para a secagem de pastas e suspensões. A fim de contribuir para a compreensão dos fenômenos envolvidos neste processo, neste trabalho foi efetuada uma investigação do comportamento fluidodinâmico do leito vibrofluidizado (e fluidizado), constituído de partículas inertes e utilizando o glicerol para simular a presença de um líquido. O propósito desta pesquisa é efetuar uma investigação detalhada dos efeitos da amplitude, da freqüência, do adimensional de vibração, do grau de saturação de líquido, do tamanho e da densidade das partículas inertes sobre o comportamento fluidodinâmico do leito. De forma complementar, realizar um estudo experimental da influência da distribuição granulométrica sobre o comportamento dinâmico das partículas inertes no leito fluidizado, vibrado (sem escoamento de ar) e vibrofluidizado, avaliando-se também o fenômeno da segregação. Os experimentos foram divididos em três conjuntos: no primeiro realizou-se ensaios fluidodinâmicos preliminares; no segundo, analisou-se o comportamento fluidodinâmico do leito fluidizado e vibrofluidizado e, no terceiro, estudou-se o efeito da distribuição de partículas sobre a dinâmica dos leitos fluidizado, vibrado e vibrofluidizado. O equipamento utilizado foi um leito vibrofluidizado composto por uma câmara de vidro, com seção circular de 0,114 m de diâmetro, 0,50 m de altura e 0,003 m de espessura. As partículas inertes utilizadas nos ensaios fluidodinâmicos preliminares foram esferas de vidro do tipo ballotini (&#961;p = 2.500 kg/m3), com diâmetros médios entre 1,10x10-3 e 17,00x10-3 m, esferóides de polipropileno (&#961;p = 935 kg/m3) com diâmetros médios de 2,60x10-3 e 3,67x10-3 m e cilindros elípticos de poliestireno (&#961;p = 1.050 kg/m3) com diâmetro equivalente (da esfera de mesmo volume) de 2,51x10-3 m. O leito foi operado com adimensionais de vibração entre 0,00 e 6,00, para amplitudes entre 0,000 e 0,021 m, freqüências entre 0,00 e 18,20 Hz e graus de saturação de glicerol (volume de glicerol por volume de poros no leito estático) entre 0,0000 e 0,0072. O glicerol foi utilizado para simular a presença de líquido alimentado em batelada, uma vez que este praticamente não evapora nestas condições experimentais. Idênticos valores de adimensionais de vibração (&#915;) foram obtidos utilizando diferentes combinações entre amplitudes (A) e freqüências (f) de vibração, com o objetivo de verificar sua universalidade para descrever as características de vibração de um leito vibrofluidizado. No estudo do efeito da distribuição de partículas sobre a dinâmica do leito fluidizado, vibrado e vibrofluidizado, foram utilizadas quatro distribuições de partículas (binária, plana, gaussiana e de referência), com diâmetros médios de Sauter de 2,18x10-3 m. No intervalo de condições experimentais utilizadas nos experimentos fluidodinâmicos, observou-se que isoladamente o adimensional de vibração não representou de maneira única o comportamento fluidodinâmico do sistema. Em todos os casos onde estava presente o glicerol, constatou-se a ocorrência de algum nível de aglomeração das partículas, tornando a fluidização de má qualidade e irregular. A vibração nestes casos melhorou a movimentação das partículas, minimizando a aglomeração e atenuando a formação de canais preferenciais. Quando foi empregada uma distribuição de partículas no leito, observou-se de uma forma global a ocorrência de segregação em quase todos os casos. No leito fluidizado, houve a migração das partículas menores para parte superior do leito, no vibrado ocorreu a migração das partículas maiores para parte superior do leito. Para o leito vibrofluidizado submetido à uma baixa amplitude de vibração (0,003 m) houve segregação, mas em menor quantidade que no leito fluidizado, enquanto que, quando submetido à alta amplitude de vibração (0,009 m), não ocorreu a segregação granulométrica.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissRVD.pdf: 1325863 bytes, checksum: 91591a72315d2aaffd6fb3ececca45d4 (MD5) Previous issue date: 2002-04-18 / Vibrofluidized beds with inert particles are often used for drying pastes in a laboratory scale. Aiming to contribute to the study of paste drying in such beds, the main purpose of this work is to analyze fluid dynamic behavior of fluidized and vibrofluidized beds as a function of parameters such as the inert particle diameter, the bed temperature, the vibrational parameter and the liquid saturation rate in the bed (defined as the quotient volume of liquid/volume of particles). Curves of pressure drop fluctuations as a function of time were obtained for the tri-phase system and the effect of those parameters on the mixture minimum velocity (as proposed by Gupta and Mujumdar, 1980a) were also analyzed. As liquid phase was employed glycerol, which have been fed into the bed in a batch mode. Glycerol was chosen because it suffers practically no evaporation at the experimental conditions. As inert particles were employed glass spheres in group D of Geldart´s classification. The vibrofluidized bed was of galvanized steel, with square-cross section of 0.20x1.10 m and height of 0.20 m. Pressure drop data and superficial air velocity data were collected by pressure transducers connected to an acquisition data system. The data were collected for vibrational ranges from 0.00 to 1.50; mean particle diameters of 1.095x10-3, 1.545x10-3 e 1,850x10-3 m; bed temperatures of 40, 50 and 60 oC and saturation rates from 0.0000 to 0.0040. The results indicate that the bed temperature does not affect significantly the pressure drop curves behavior. The vibrational parameter also shows little influence on pressure drop versus air velocity curves, excepting in the transition between fluidized and vibrofluidized beds. On the other hand, the pressure drop curves behavior is strongly affected by the increasing of the liquid saturation rate and by variation of particle diameter. Analysis of standard deviation of pressure drop fluctuations shows that for conditions which are typical of a fixed bed, the standard deviations are very small and almost independent on every parameter investigated. At fluidized bed conditions, these standard deviations are significant, particularly at the greatest air velocities. It was observed that they increase a lot in the presence of vibration, even at fixed bed conditions. Besides providing additional information on the bed fluid dynamic behavior, the curves of standard deviation of pressure drop fluctuations are also useful to identify the beginning of particle displacement into the bed due to vibration. It was observed that the methodology applied to identify the minimum fluidization velocity did not provide good results, but it worked well to identify the mixture minimum velocity as defined by Gupta and Mujundar (1980a). For the conditions investigated, the mixture minimum velocity is strongly affected by the liquid saturation rate and by the particle diameter, while both the bed temperature and the vibrational parameter show little influence on it. / Os leitos vibrofluidizados vêm sendo utilizados em escala de laboratório para a secagem de pastas utilizando partículas inertes como meio para fluidização. A fim de contribuir para essa aplicação, o objetivo principal deste trabalho é analisar o comportamento fluidodinâmico dos leitos vibrofluidizado e fluidizado em função do diâmetro das partículas inertes, da temperatura no leito, do parâmetro vibracional e do grau de saturação de líquido (volume de líquido/volume de partículas). De forma complementar, objetiva-se também o estudo das curvas de desvio padrão da queda de pressão para o sistema trifásico e a análise da influência dos parâmetros sobre a velocidade mínima de mistura na forma proposta por Gupta e Mujumdar (1980a). Como líquido utilizou-se o glicerol por este praticamente não evaporar nas condições de trabalho, o qual foi alimentado em batelada, e como inertes foram utilizadas partículas de vidro classificadas no grupo D de Geldart. O equipamento utilizado foi um leito vibrofluidizado de seção retangular com 0,20 m de comprimento, 0,10 m de largura e 0,30 m de altura, construído em aço carbono galvanizado. Os dados de queda de pressão e de velocidade superficial de ar foram obtidos através de transdutores de pressão ligados em um sistema computadorizado de aquisição de dados. As análises foram feitas para intervalo de parâmetro vibracional entre 0,00 e 1,50; diâmetros médios de partículas de 1,095x10-3, 1,545x10-3 e 1,850x10-3 m, temperaturas de 40, 50 e 60 ºC e intervalo de saturação de glicerol entre 0,0000 e 0,0040. Na análise da fluidodinâmica, verificou-se que a temperatura praticamente não influenciou o comportamento da queda de pressão e com exceção da transição entre o leito fluidizado e o vibrofluidizado, a intensidade de vibração também não tornou significativa as variações da queda de pressão. Já o aumento do grau de saturação de líquido, tanto quanto a variação do diâmetro das partículas, tiveram grande influência sobre o comportamento das curvas características principalmente em relação à queda de pressão no leito. Na análise do desvio padrão da queda de pressão verificou-se que, quando o leito está na região de leito fixo ou totalmente aglomerado, o desvio padrão apresentado foi muito pequeno e praticamente independe dos parâmetros de ensaio. Quando o leito está na região de leito fluidizado o desvio padrão foi significativo, principalmente a altas velocidades de ar e foi bastante intensificado em presença de vibração, inclusive na região de leito fixo. As curvas obtidas de desvio padrão, além de fornecer informações adicionais sobre o comportamento fluidodinâmico do leito, também pode auxiliar na determinação do momento em que se inicia a movimentação das partículas no leito. Verificou-se que a metodologia utilizada para a obtenção da velocidade mínima de fluidização não apresentou resultados coerentes fisicamente, situação que foi satisfeita pela velocidade mínima de mistura da forma como foi definida por Gupta e Mujumdar (1980a). Pôde-se verificar que a temperatura praticamente não influenciou a velocidade mínima de mistura e a intensidade de vibração teve pouca influência sobre este parâmetro nas condições deste trabalho. Já o efeito da quantidade de líquido adicionado no leito e o tamanho das partículas tiveram influência considerável sobre este parâmetro.