A retenção de particulados oriundos da combustão apresenta-se como um dos maiores problemas em sistemas de geração de energia a partir de carvão (IGCC), e tem como principais objetivos evitar incrustações e minimizar as emissões de poluentes atmosféricos. Para a remoção destes gases e particulados tem se mostrado conveniente a utilização de tecnologias de remoção que não utilizem água como veículo, o que reduziria o impacto ambiental e os custos para o tratamento dos efluentes gerados. Dentro destas características se enquadram os filtros granulares de leito fixo ou móvel. A proposta deste trabalho consiste no estudo de um filtro granular de leito fixo inicialmente em escala de bancada para futura remoção de material particulado seco oriundo da queima do carvão. Primeiramente foi feito um estudo do modelo do filtro utilizando o simulador comercial ANSYS CFX 11.0, como ferramenta computacional. Neste estudo foi possível verificar a perda de carga do leito, a velocidade do gás na entrada do leito, linhas de corrente do gás e pontos de turbulência e recirculação anterior à experimentação. A partir destes resultados preliminares foi possível a continuação do trabalho experimental que se deu em 3 etapas. A primeira foi o cálculo do perfil de velocidade do gás, a segunda a calibração da placa de orifício, instrumento de medida de velocidade e, por fim, as medias de perda de carga por diferença de pressão. Com os dados coletados calculou-se a permeabilidade hidráulica do leito, valor este aplicado ao modelo computacional para comparação com a permeabilidade teórica. Os resultados finais de perda de carga para o filtro, principal objetivo do trabalho, estão dentro do esperado e torna possível a continuidade do projeto para estudos futuros. / The particulate retention from combustion is presented with one of the biggest problems in systems of power generation from coal (IGCC), and has as main objectives to avoid fouling and minimize emissions of air pollutants. For the removal of these gases and particles has been shown convenient to use removal technologies that do not use water as a vehicle, which would reduce the environmental impact and costs for the treatment of effluents. In these characteristics are framed the fixed bed granular filter or moving bed granular filter. The purpose of this work is to study a fixed-bed granular filter initially in bench scale, for future removal of dry particulate material derived from burning coal. First a study was made of the filter model using the commercial simulator ANSYS CFX 11.0 as a computational tool. In this study it was possible to verify the pressure drop of the bed, the gas velocity at the entrance of the bed, current lines and gas recirculation and turbulence points before the experimentation. From these preliminary findings, it was possible to further experimental work was made in three steps. The first was the calculation of the velocity profile of the gas, the second orifice plate calibration, the measuring instrument speed, and finally the medium pressure drop by the pressure difference. With the collected data used to calculate the hydraulic permeability of the bed, a value applied to the computational model for comparison with theoretical permeability. The final results of loss for the filter, the main objective of this study are as expected and makes possible the continuation of the project for future studies.

O sistema agroindustrial da soja é uma atividade econômica fundamental na Região Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul, que contempla a produção de grãos e empresas fabricantes de secadores. Considerando os grandes volumes das colheitas e que praticamente toda a colheita de grãos, antes do armazenamento, é exposta ao processo de secagem, toda melhoria e aceleração nesse processo fornece um benefício econômico significativo. Essa economia justifica a pesquisa para o desenvolvimento e otimização de secadores, em que a aplicação da modelagem matemática e da simulação numérica são recursos essenciais. Nesta tese foram desenvolvidos um modelo matemático e um programa computacional para simular o processo de secagem de soja em secadores do tipo torre de coluna com fluxo contínuo e múltiplos estágios. Os processos de transferência de calor e de massa foram descritos por um sistema de quatro equações diferenciais parciais não-lineares, resolvido pelo método de MacCormack. Os termos-fonte destas equações foram definidos por equações auxiliares semiempíricas, obtidas através de dados experimentais em camada fina. Para obter os dados experimentais da dinâmica de secagem da soja em camada fina no campo de abrangência da temperatura do ar de secagem de 45 a 110 ºC, da velocidade do ar de secagem de 0 a 2,5 m/s, da umidade relativa do ar de secagem de 10 a 30% e do teor de umidade inicial do grão de 13 a 32% e validar o modelo foi desenvolvido um equipamento que permitiu a variação da umidade, temperatura e velocidade do ar. Os experimentos foram conduzidos em leito fixo. O modelo de secagem do grão com dois compartimentos foi escolhido para a representação da camada fina, pois o estudo experimental mostrou que o coeficiente de difusão médio depende da distribuição de umidade dentro do grão. Nesses compartimentos os coeficientes de secagem são diferentes e variam em função da temperatura. A comparação entre os resultados experimentais e as simulações em camada fina e camada espessa unidimensional apresentam concordância satisfatória, indicando diferenças relativas médias inferiores a 7%. Simulações foram realizadas para diferentes esquemas de secadores de fluxo contínuo, incluindo esquema para economia de energia com a recirculação do ar para o resfriamento e secagem de grãos. As simulações permitiram avaliar a eficiência energética de cada esquema, sendo que o reaproveitamento do calor do ar de recirculação provocou uma economia média de combustível entre 28,5 e 41%, e um rendimento da secagem entre 39,7 e 68%, dependendo do esquema de secador analisado. / The agroindustrial system of soybeans is an essential economic activity in the northwest region of Rio Grande do Sul, which includes the grain production and manufacturers of dryers. Considering the large volumes of crops and that practically every grain harvest, before storage, is exposed to drying process, every improvement and acceleration in this process provides a significant economic benefit. This economy justifies the research for the development and optimization of dryers, where the application of the mathematical modeling and numerical simulation are essential resources. In this thesis, a mathematical model and a computer program were developed to simulate the soybeans drying process in column dryers with continuous flow and multistage. The processes of heat and mass transfer were described by a system of four non-linear partial differential equations solved by the MacCormack method. The source terms of these equations were determined by auxiliary semi-empirical equations obtained from thin layer experimental data. To obtain the thin layer experimental data from drying soybean dynamics in temperature range from 45 to 110 ° C, velocity range from 0 to 2.5 m / s, air relative humidity 10 to 30%, grain moisture content from 13 to 32% and validate the model, an equipment which allowed the variation of humidity, temperature and air velocity was developed. The experiments were conducted in a fixed bed. The twocompartment grain drying model has been chosen to represent the thin layer, because the experimental study showed that the average diffusion coefficient depends on the distribution of moisture within the grain. In these compartments the drying coefficients are different and vary depending on the temperature. The comparison between experimental results and simulations on thin layer and unidimensional thick layer show satisfactory agreement, indicating average differences lower than 7%. Simulations were made for different schemes of continuous flow dryers, including energy saving scheme with recirculation of air for cooling and drying of grain. The simulations permitted to evaluate the energy efficiency of each scheme, and the reuse of heat from the recirculated air caused an average fuel economy of 28.5 and 41%, and a drying efficiency between 39.7 and 68%, depending on the chosen scheme.

Estágio realizado na ETMA, S. A. e orientado pelo Eng.º João Pedro Sousa / Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Estágio realizado na CeNTI e orientado pelo Doutor Tiago Sotto Mayor / Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (Especialização em Estruturas). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (Especialização em Construções). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (Especialização em Estruturas). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (especialização em Geotecnia). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Tese de mestrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Tese de mestrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2005