ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DE UM LEITO FLUIDIZADO LÍQUIDO-SÓLIDO

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Universidade Federal do Pampa – Campus Bagé Engenharia de Alimentos Operações Unitárias da Engenharia de Alimentos I – BA001163

ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DE UM LEITO FLUIDIZADO LÍQUIDO-SÓLIDO

I. R. SIQUEIRA

Universidade Federal do Pampa, Engenharia de Alimentos

RESUMO

O presente trabalho tem como objetivo obter as curvas características de fluidização para um leito constituído por partículas de areia de elevada granulometria e fluidizado a água, verificando a partir dela, a queda de pressão máxima e a velocidade mínima de fluidização. Além disto, pretende-se determinar a porosidade do leito estático das partículas, assim como no leito com mínima fluidização, a queda de pressão no leito fluidizado e a expansão do mesmo para diferentes vazões dos fluidos, e por fim, desenvolver um experimento caseiro que represente o conteúdo apresentado. A metodologia realizada em laboratório consistiu na utilização de um módulo didático ECO Educacional de fluidização Sólido-Líquido, e na sequência aplicou-se as fórmulas necessárias para realizar os cálculos propostos. O propósito da prática caseira foi demonstrar uma fluidização com um leito de terra fluidizado com água, onde o fluxo só se encerra quando as partículas sofrem arraste, indicando o início de um transporte pneumático. Os resultados obtidos para a porosidade do leito, porosidade mínima de fluidização, e velocidade mínima de fluidização, foram respectivamente: 0,49, 0,56 e 0,038. O número de Reynolds calculado foi de 0,054. Pode-se concluir que em velocidades mais baixas identifica-se uma queda de pressão, comportamento explicado pela Lei de Darcy, onde as duas variáveis são diretamente proporcionais, além disto a prática serve para visualizar as diferentes etapas da fluidização com precisão.

1. INTRODUÇÃO

Leitos fluidizados podem ser caracterizados por apresentar partículas suspensas com distanciamento entre si e submetidas ao escoamento da fase fluida sem sofrer arraste. Aplicam-se em processos industriais devido à capacidade de proporcionar uma mistura intensa entre as fases fluida e particulada, desenvolvendo elevadas taxas de transferência de calor e massa, além do fato da área superficial das partículas sólidas ficar completamente disponível para tais transferências. O processo ocorre quando o fluxo de um fluido ascendente através de um leito de partículas adquire velocidade suficiente para suportar os sólidos, porém sem arrastá-los. O leito assume o aspecto de um líquido em ebulição, o que justifica o termo fluidizado. Como exemplos de aplicação temos: mistura, secagem, revestimento de partículas, congelamento, aglomeração de pós, aquecimento e resfriamento de sólidos.

Os regimes fluidodinâmicos dependem tanto das características físicas da fase particulada, como massa específica, formato e tamanho médio dos sólidos e sua distribuição granulométrica, quanto das características do fluido utilizado (massa específica e viscosidade). É necessário também levar em consideração as condições operacionais, como temperatura, vazão da fase fluida, compactação dos sólidos, diâmetro e altura efetiva da coluna. Portanto, Gerdalt desenvolveu um gráfico que relaciona os regimes fluidodinâmicos com as características físicas das partículas e a massa específica do fluido.

Na fluidização com aeração os particulados fluidizados em meio gasoso acarretam na expansão do leito, e apresentam uma fluidização homogênea ao atingir a velocidade mínima de fluidização. À medida que a velocidade do gás aumenta, os particulados apresentam uma fluidização borbulhante, fase marcada pela letra B. Já no regime de fluidização coesiva, partículas finas e aderentes são quase incapazes de fluidizar, provocando canais preferenciais. No regime fluidodinâmico D, os sólidos de grandes dimensões são levados em leitos de jorro.

A eficiência na utilização de um leito fluidizado depende da velocidade mínima de fluidização, abaixo dela o leito não fluidiza e acima da mesma, os sólidos serão carregados para fora do leito. Quando essa velocidade é muito baixa, o fluido percorre pequenos canais, perdendo energia e pressão, esta perda de carga ocorre em função da permeabilidade e rugosidade das partículas, massa específica, viscosidade dinâmica e velocidade superficial. Conforme a velocidade aumenta, a ação dinâmica do líquido ou gás, permite que os sólidos se reorganizem, oferecendo menos resistência à passagem. Caso esta velocidade aumente ainda mais, as partículas perderão contato, gerando um aspecto de líquido em ebulição.

Com isso, o presente estudo teve por objetivo obter as curvas características de fluidização para um leito fluidizado a água constituído por partículas de areia de elevada granulometria, determinar a porosidade do leito estático das partículas, determinar a queda de pressão no leito fluidizado para diferentes vazões dos fluidos, determinar a expansão do leito fluidizado para as diferentes vazões dos fluidos, construir a curva característica de fluidização: queda de pressão (Pa) em função da velocidade do fluido (m/s), determinar, a partir da curvas característica, a queda de pressão máxima no leito fluidizados e a velocidade de mínima fluidização, determinar a porosidade do leito de fluidizado na mínima fluidização, calcular, a partir de equações propostas na literatura, a queda de pressão máxima no leito fluidizado, a velocidade de mínima fluidização e a porosidade do leito fluidizado na mínima fluidização e propor e/ou executar com materiais de sua escolha, metodologias e procedimentos para observar/replicar/determinar/estimar/avaliar o experimento proposto nesta aula prática.

2. MATERIAIS E MÉTODOS

2.1. PRÁTICA REALIZADA EM LABORATÓRIO

2.1.1. MATERIAIS

Foi utilizado o módulo didático ECO Educacional de fluidização Sólido-Líquido, como é apresentado na Figura 1.

Figura 1: módulo didático ECO Educacional de fluidização Sólido-Líquido

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Fonte: Aula prática, 2021.

1. MÉTODOS

Primeiramente foi direcionado, pelo sistema de válvulas de esfera, o fluxo do fluido para o leito de sólidos a ser estudado. Após isso aumentou-se gradativamente, com o auxílio da válvula gaveta e da leitura do rotâmetro, a vazão do fluido no leito de sólidos. Para cada aumento da vazão, obteve-se a queda de pressão do leito pela leitura do manômetro de tubo em U e a altura do leito de sólidos pela métrica de medida. Realizou-se esse procedimento até a capacidade máxima, isto é, garantindo que o leito de sólidos não alcançasse o estado de transporte pneumático. Ao alcançar a capacidade máxima, diminui-se gradativamente a vazão, sempre obtendo para cada variação a queda de pressão do leito e a altura do leito de sólidos.