Orientador: Arai Augusta Bernardez Pecora / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-14T08:27:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TolozaQuintero_JairoAlonso_M.pdf: 4116622 bytes, checksum: 1cf8e68431886cf25971810a0e1ae99b (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: A tecnologia de leito fluidizado circulante vem sendo desenvolvida até hoje para uma variedade de processos industriais oferecendo características fortemente desejáveis como: uniformidade da temperatura, ótimo contato gás-sólido, elevadas taxas de transferência de calor e massa entre gás e partículas, capacidade de processamento maior e mais eficiente em comparação com outras tecnologias envolvendo a combustão de sólidos particulados como carvão, resíduos e biomassas. Uma série de experimentos foi realizada em um leito fluidizado circulante (LFC) instalado no Laboratório de Processos Térmicos e Engenharia Ambiental (PROTEA) da UNICAMP com o objetivo de avaliar a influência de parâmetros operacionais sobre o tempo de resposta das medidas de pressão estática ao longo do circuito principal do LFC. Para a medida da pressão estática no leito, foi desenvolvido um sistema automático de chaveamento que envolve placa eletrônica de controle de válvulas solenóides, transdutor de pressão, placa de aquisição de dados e um computador. A temperatura média da coluna principal durante os experimentos estava ao redor de 110 °C e partículas de areia quartzosa com diâmetro médio de 312 µm foram utilizadas como material sólido. O circuito principal do LFC é composto por coluna principal (4 m de comprimento e 0,102 m de diâmetro interno), ciclone, válvula de amostragem, coluna de retorno, e válvula de recirculação de sólidos tipo L. Os regimes de fluidização e a concentração dos sólidos ao longo da coluna principal foram avaliados através das medidas de pressão média fornecidas pelo sistema automático de chaveamento em 14 tomadas de pressão estática instaladas na parede do circuito principal do LFC. Foram estudadas as influências de duas variáveis de operação: Velocidade superficial do gás (0,7 a 6 m/s) e inventário de sólidos (6 a 10 Kg). O estudo da influência dessas variáveis nos diferentes perfis axiais de pressão e porosidade permitiu a avaliação da transição dos regimes de fluidização para o sistema estudado. O trabalho também apresenta a análise das flutuações de pressão obtidas em três diferentes posições do sistema de LFC, o que permitiu a obtenção de velocidades de transição entre regimes de fluidização. / Abstract: Circulating fluidized bed technology has been developed so far in a variety of industrial processes offering highly desirable characteristics such as: temperature uniformity, optimum gas-solid contact, good heat and mass transfer, higher and more efficient processing capacity compared to other technologies concerning process like coal combustion. A series of experiments were conducted in a Circulating Fluidized Bed (CFB) installed at the Laboratory of Thermal Processes and Environmental Engineering (PROTEA) at UNICAMP. A switching automatic system was developed for static pressure measurements in the CFB loop using remote control. The automatic system is composed of an electronic control card for solenoid valves, pressure transducer, data acquisition board and a computer. The average temperature of the main column during the experiments was around 110 °C and Geldart B particles were used as solid material. The CFB loop is composed by a main column (4 m length and 0.102 m internal diameter), cyclone, sampling valve, standpipe and a solids circulation device called L-valve. Pressure profiles along the riser were settled by the static pressure measurement given by the switching automatic system involving 14 static pressure taps installed in the wall of the loop CFB. The influence of superficial gas velocity (0.7 to 6 m/s) and solids inventory (6 to 10 kg) on the CFB dynamics was verified using the automatic system. This work presents pressure and voidage profiles in the CFB system as a function of superficial gas velocity and solids inventory. Results allow the identification of the transition between transport regime and fast fluidization regime through the identification of the S-shape voidage profile. / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Araí Augusta Bernárdez Pécora, Emerson dos Reis / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T09:39:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RuedaOrdonez_YesidJavier_M.pdf: 20999298 bytes, checksum: 60bf64ff246a3515b0455a01ccb8e817 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Este trabalho apresenta o estudo de um equipamento para determinação das características dinâmicas de sistemas de medida de flutuações de pressão para aplicação em sistemas fluidizados. O equipamento foi projetado para gerar ondas de expansão ou rarefação dentro de um tubo no qual estão instalados dois sistemas de medição de pressão: um transdutor de referência ou padrão e outro composto por um sistema de medição que está sendo calibrado. Para a sua validação como sendo adequado para realizar calibrações, o equipamento foi sujeito a diferentes condições variando em dois níveis os seguintes parâmetros: (i) pressão interna do equipamento (15 e 30 kPa); (ii) espaçamento entre os transdutores (12 e 24 mm); (iii) material do diafragma (papel alumínio e papel celofane); e (iv) instrumento de rompimento manual do diafragma (estilete e agulha). Para cada condição testada foi avaliado o comportamento da onda gerada e de sua variação, quando foram consideradas duas faixas de limite de desvio da Função de Resposta em Frequência (FRF) de ±2% e ±10%, representada como a razão do módulo dos sinais no espaço da frequência registrados pelos transdutores de pressão. Nesta etapa, os resultados mostraram que para uma faixa de desvio da FRF de ±2%, o sistema é adequado para calibrações para a faixa de frequências de até 56 Hz, mas que tal faixa será maior se a faixa de desvio permitida for maior. Para uma faixa de desvio da FRF de ±10% o tubo de rarefação é apto para avaliar os sinais dinâmicos registrados por transdutores de pressão bem como verificar as características de um sistema de medida de pressão composto por tomada de pressão, mangueiras e transdutor eletrônico na faixa de frequência de 0 a 100 Hz. A melhor condição operacional encontrada foi a que utilizou papel celofane como material do diafragma, lâmina de aço para o rompimento do mesmo e pressão interna do sistema igual a 30 kPa. Numa segunda etapa, foram realizados: (v) testes para averiguação das tomadas de pressão e do comprimento de mangueiras sobre o desempenho do sistema de medida de pressão; e (vi) calibração dinâmica de um sistema de medida de pressão com sensor capacitivo SMAR LD-301. Nesta etapa os resultados mostraram que a mangueira de 0,1 m de comprimento afeta o sinal apenas para componentes de frequência acima de 18 Hz para faixa de desvio de ± 2% da FRF, caindo para 4 Hz (mangueira de 2m) e 3 Hz (mangueira de 4m), e que o SMAR LD-301, em dois modelos diferentes, é adequado para medir flutuações de pressão de até 14 Hz com faixa de desvio da FRF de ± 2% com tempo de resposta dos medidores, determinado através de análise dos sinais no tempo, de cerca de 0,15 s / Abstract: This work presents a study of a device to determine the dynamic characteristics of pressure fluctuations measurement systems to be used in fluidized beds. The device was developed to generate expansion or rarefaction waves into a tube where two pressure sensors were installed: a reference or standard one and another one being calibrated. In order to validate this device, it was subject to different conditions, at two levels the following parameters: (i) internal pressure in the device (15 and 30 kPa); (ii) distance between the sensors (12 and 24 mm); (iii) diaphragm material (aluminum foil and cellophane); (iv) manual bursting instrument of the diaphragm (paper knife and needle). The behavior of the generated wave and its variation were evaluated for each tested condition. Two limit deviation ranges were considered regarding the frequency response function (FRF), ±2% and ±10%, represented by the ratio of the signals amplitude in the frequency domain measured by the pressure transducers. At this stage, the results showed that for a deviation range of ±2% FRF, the system is appropriate for calibrations in the frequency range of 0 to 56 Hz. This frequency range increases with the deviation range increment. For a deviation range of ±10% FRF the rarefaction tube is a suitable device for the dynamic calibration of pressure transducers, as well as for the verification of the characteristics of pressure fluctuations measurement systems composed by pressure tap, hose and pressure transducer in a frequency range of 0 to 100 Hz. The best operational condition was found with cellophane as diaphragm material, paper knife as diaphragm bursting instrument and internal pressure in the tube of 30 kPa. In a second stage, the following tests were conducted: (v) experiments for evaluation of the pressure taps and length of the hoses on the performance of the pressure fluctuations measurement system, and (vi) dynamic calibration of a pressure measurement system with a capacitive pressure sensor SMAR LD301 - D2. At this stage the results showed that the hose with 0,1 m length only affects the signal for frequency components above 18 Hz, in a deviation range of ± 2% FRF, decreasing to 4 Hz (hose with 2m) and 3 Hz (hose with 4m) and the SMAR LD301 - D2, in two different models, is appropriate for the pressure fluctuations measurements up to 14 Hz in a deviation range of ± 2% FRF, presenting response time, determined through signal analysis in time domain, around 0,15 s / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Arai Augusta Bernardez Pecora / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-14T08:26:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CardenasFonseca_OscarLeonardo_M.pdf: 6620140 bytes, checksum: f3ecfb89fd126bbfe5400a37d419416d (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Este trabalho apresenta o estudo experimental das flutuações de pressão de um leito fluidizado circulante operando com areia, um sólido tipo B de Geldart, como material particulado. As medidas formam realizadas em diferentes regimes de contato gás-partícula variando desde leito fixo até leito fluidizado rápido através da variação da velocidade superficial do gás. Os sinais de pressão foram medidos em três pontos considerados críticos no leito fluidizado, no plenum, na coluna principal à 1,05 m acima da placa distribuidora e na válvula de recirculação à 0,22 m da base da válvula. Os experimentos foram feitos para duas alturas de leito estático (0,17 e 0,25m) em um leito de 2,5 m de altura e 0,1 m de diâmetro interno, possuindo secções de vidro e acrílico intercaladas e unidas por flanges de aço carbono, o que permitiu acompanhar visualmente o processo. As flutuações de pressão foram analisadas no domínio da freqüência aplicando a Transformada Rápida de Fourier (FFT) o que permitiu diferenciar o comportamento dos regimes de fluidização do leito de partículas. / Abstract: This work shows the experimental study of pressure fluctuations in the riser of a circulating fluidized bed operated with sand, a Geldart B solid like powder. Tests were performed for different regimes of operation from fixed bed to fast fluidized bed for two static height of the material inside the bed (0.17 and 0.25 m). The pressure signals were measured in three critical points in the fluidized bed: plenum, riser and L-valve. The fluidized bed presented 2.5m height and 0.1m internal diameter, made by glass and acrylic sections inserted between carbon-steel flanges in order to allow visual observations. The pressure fluctuations were analyzed on the frequency domain using the fast Fourier transform (FFT) allowing the characterization of different gas-solid contact regimes. / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Osvaldir Pereira Taranto, Maria Regina Parise / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-15T00:14:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_CarlosAlexandreMoreirada_M.pdf: 7935958 bytes, checksum: a7eaf2f609aaa80966fa3a763933b3cf (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo:A operação de fluidização tem sido muito utilizada em inúmeros processos industriais nos setores químicos, alimentício e farmacêutico em função das suas características vantajosas, que possibilitam um contato bastante efetivo entre a fase sólida e a fase fluida. No entanto, as condições de operação destes processos freqüentemente podem conduzir ao fenômeno de defluidização ou até ao colapso total do leito. A manutenção de condições estáveis do regime de fluidização durante processos de recobrimento de partículas em leitos fluidizados também é de fundamental importância, pois o excesso de umidade dentro do leito acaba levando à defluidização. O presente trabalho objetiva aplicar a metodologia de análise espectral Gaussiana dos sinais de flutuação de pressão para monitorar e controlar o fenômeno de defluidização do processo de recobrimento de celulose microcristalina em um leito fluidizado gás-sólido. O trabalho foi realizado em duas etapas: 1) monitoramento dos regimes de fluidização operantes durante a evolução do processo de recobrimento e 2) controle da vazão de ar e da vazão de suspensão utilizando-se controladores PI. Diferentes condições experimentais de massa de celulose, vazão de suspensão polimérica e excesso de velocidade do ar em relação à mínima fluidização na temperatura de 70°C foram estudadas. A evolução da freqüência média Gaussiana mostrou claramente as transições de regimes de fluidização durante o processo e possibilitou a definição de uma faixa de regime estável de 6,0 a 7,0 Hz, que foi empregada como setpoint range dos controladores para manipular os sinais de comando para o inversor de freqüência e para a bomba peristáltica. A aplicação do método de Åström e Hägglund permitiu a obtenção dos parâmetros do controlador PI para o inversor e o método da curva de reação proporcionou uma estimativa preliminar dos parâmetros do controlador PI para a bomba. Ensaios de recobrimento da celulose em malha fechada mostraram que a utilização de um sistema de controle permitiu obter melhores condições fluidodinâmicas do leito em relação ao processo sem controle. Embora quantidades equivalentes de suspensão tenham sido adicionadas em ambos os processos, o regime de fluidização operante com controle era do tipo borbulhante estável, enquanto que sem controle o regime era de leito fixo, mostrando que o objetivo do trabalho em manter condições mais estáveis de fluidização durante o processo foi atingido. / Abstract: The fluidization operation has been used extensively in many industrial processes in chemical, food and pharmaceutical branches, because of its advantageous characteristics that promote an effective contact between the solid and the fluid phases. However, the operational conditions of these processes frequently lead to the defluidization phenomenon or to the total collapse of the particles in the bed. The handling of stable conditions in the fluidization regime during fluidized bed coating processes is very important, because the moisture content excess can cause the defluidization of the bed. The objective of this present work is to apply the Gaussian spectral pressure distribution to monitor and to control the defluidization phenomenon in a fluidized bed coating process using microcrystalline cellulose as fluidizing particles. The work was performed in two stages: 1) monitoring of the fluidization regimes during the development of the coating process and 2) control of the airflow rate and of the coating suspension flow rate using PI controllers. The experiments were carried out varying solid particle mass, coating suspension flow rate and excess air velocity in relation to the minimum fluidization velocity in the temperature of 70ºC. The Gaussian mean frequency evolution showed the fluidization regime transitions and it allowed to define a band of stable regime (6.0 Hz to 7.0 Hz), which was used as a set-point range of the controllers to manipulate the signal of command for frequency inverter and for the peristaltic pump. The application of Åström e Hägglund method allowed obtaining the PI controller parameters to the inverter and the reaction curve method provided an initial guess of the PI controller parameters to the pump. The experiments of microcrystalline cellulose coating in closed-loop showed that the use of a control system allowed obtaining better fluid-dynamic conditions of the bed in relation to the without process control. Although equivalent amounts of suspension have been added to both processes, the fluidization regime with control was kept under bubbling stable, while without control the regime was that of a fixed bed, showing that in order to maintain more stable fluidization during the process was reached. / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Osvaldir PecoraTaranto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-10T20:17:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Parise_MariaRegina_D.pdf: 3017112 bytes, checksum: f14db15e7314590127e2a9a2ff621c9c (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A defluidização parcial ou total de partículas sólidas é um fenômeno indesejável em aplicações industriais envolvendo operações com leito fluidizado. Se as mudanças na fluidodinâmica do leito forem detectadas a tempo, pode-se evitar-la com o aumento da velocidade do gás de fluidização e/ou, em alguns casos, mediante a alteração da vazão de sólidos alimentados no sistema. A utilização de uma técnica que permita rapidamente identificar a região onde o leito está tendendo à defluidização é de suma importância, pois dessa maneira pode-se atuar no processo impedindo que haja perda de eficiência ou até mesmo a necessidade de parar a produção. Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de uma metodologia capaz de identificar essa região em leito fluidizado gás-sólido, através de medidas de flutuação de pressão analisadas utilizando a transformada de Fourier juntamente com a Distribuição Exponencial Gaussiana. Para a verificação da metodologia proposta foram realizados ensaios experimentais utilizando areia e celulose microcristalina, alterando-se a altura do leito e o diâmetro médio das partículas. Os resultados mostraram que o método identifica claramente a região onde o leito está tendendo à defluidização, e tem grande potencial em aplicações industriais para o controle on line de processos em leito fluidizado gás-sólido. Além disso, a metodologia pode ser importante para detectar mudança de regime para a relação altura do leito e diâmetro da coluna de fluidização (H/D) superiores à unidade. Adicionalmente, foram realizados ensaios de secagem utilizando celulose microcristalina visando à possibilidade da identificação do ponto crítico (teor de umidade existente no final do período de taxa constante) utilizando as seguintes técnicas: metodologia proposta neste trabalho, freqüência dominante e desvio padrão da flutuação de pressão. Observou-se que para o sólido utilizado não foi possível detectar o ponto crítico através desses três tipos de análise. No entanto, a metodologia proposta pode ser utilizada na identificação do momento que a secagem não se encontra na fluidização requerida e está tendendo à defluidização / Abstract: The partial or complete bed defluidization is an undesired phenomenon in industrial application involving fluidized bed operations. If the changes in the hydrodynamic of the fluidized bed are detected early enough, it may be prevented by increasing the gas velocity and/or, in some cases, changing the solid feed in the system. The use of a technique that can quickly identify the region where the bed is tending to the defluidization is very important, because one can act in the process avoiding loss of efficiency or even the necessity of shutting down the process. This work was as objective the development a methodology capable of identifying this region in gas-solid fluidized bed, by pressure fluctuation measurements analyzed using Fourier Transform and exponential Gaussian distribution. In order to verify the methodology proposed, experimental tests were carried out using microcrystalline cellulose and sand, where the fixed bed height and particle mean diameter were varied. Results showed that the method clearly identifies the region where the bed is tending to the defluidization, and it has great potential on industrial applications to on line process control in gas-solid fluidized bed. Also, the methodology can be important to detect regime changes at bed aspect ratios (H/D) higher than unit. Additionally, experimental drying test were carried out using microcrystalline cellulose particles to verify the possibility of identification of the critical drying point (the moisture content related to the end of the constant rate period) by the following techniques: the methodology proposed in the present work, the dominant frequency and standard deviation of pressure fluctuations. It was observed that for the solid material used it was not possible to detect the critical drying point. However, the methodology proposed can be used on identification the moment that the drying is not in the desired fluidization regime and it is tending to defluidization / Doutorado / Engenharia de Processos / Doutor em Engenharia Química