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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 (ρp =2,500 kg/m3), with mean diameters from 1.10x10-3 to 17.00x10-3 m,
polypropylene spheroids (ρp = 935 kg/m3) with mean diameters of 2.60x10-3 and 3.67x10-3 m and elliptical cylinders of polystyrene (ρp = 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 (Γ) 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 (ρp = 2.500 kg/m3), com diâmetros médios entre 1,10x10-3 e 17,00x10-3 m, esferóides de polipropileno (ρp = 935 kg/m3) com diâmetros médios de 2,60x10-3 e 3,67x10-3 m e cilindros
elípticos de poliestireno (ρp = 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 (Γ) 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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/3971 |
| Date | 25 November 2005 |
| Creators | Daleffe, Roger Valeri |
| Contributors | Freire, José Teixeira |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Programa de Pós-graduação em Engenharia Química, UFSCar, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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