Relatório Leito Fluidizado

Leito fixo e fluidizado

Louise Cinquini1, Luana Oliveira2, Lucas Fontes3, Mateus Vomlel4, Maria Emília Fernandes5.

Universidade Federal de São João del-Rei. Rodovia MG-443, km 7 – Fazenda do Cadete – CEP 36420-000 – Ouro Branco (MG) ¹[e-mail], [e-mail], [e-mail], [e-mail], [e-mail].

Resumo

O leito fixo e fluidizado tem por objetivo mostrar na prática como ocorre o fenômeno de fluidização, que consiste em um fluxo líquido ou gasoso ascendente, constituído de partículas sólidas que flui através de um leito. Para obter ,maior eficiência na utilização do leito fluidizado é importante saber a velocidade mínima de fluidização: abaixo dessa velocidade, o leito não irá fluidizar e muito acima dela, os sólido presentes serão carregados para fora do leito. A boa mistura de sólidos e alta transferência de massae calor são as principais vantagens dessa operação unitária.

Palavras-chave: fluidização, velocidade mínima, operação unitária.

Introdução

A operação unitária de fluidização consiste em um leito com partículas sólidas que adotam o comportamento de fluido após um fluxo ascendente de gás ou líquido.

A velocidade mínima de fluidização é uma importante variável que deve ser considerada para se obter uma fluidização eficiente. Ela é a menor velocidade em que o fluido deve estar para que o líquido ou gás consiga manter as partículas sólidas suspensas. Abaixo dessa velocidade o leito não irá fluidizar e muito acima dela, as partículas sólidas são carregadas para fora do leito.

A fluidização é muito bem utilizada na engenharia, podendo ser usada com o intuito de: mistura, secagem, revestimento de partículas, congelamento, aglomeração de pós, aquecimento ou resfriamento de sólidos.

Entre as vantagens dessa operação unitária destaca-se a alta transferência de massa e calor , a grande superfície de contato disponível das partículas e a boa mistura entre os sólidos.

O fluido varia entre diferentes regimes de escoamento, sendo estes: leito fixo, fluidizado, fluidização particulada, regime de borbulhamento, escoamento slug, regime turbulento, fluidização rápida e transporte pneumático.

Ao iniciar a operação de fluidização, o líquido ou gás será liberado pela abertura de uma válvula reguladora. O leito fixo é caracterizado pela passagem desse fluido através dos sólidos estacionados no fundo do leito. Conforme a vazão aumenta, as partículas adquirem uma leve vibração e começam a se distanciar uma das outras. A velocidade do fluido cresce com o aumento da vazão, ocasionando a elevação dos sólidos no leito. Quando a queda de pressão iguala-se ao peso do fluido e partículas considera-se o leito fluidizado.

A velocidade de escoamento do fluido aumenta até atingir a fluidização borbulhante, onde ocorre o surgimento de bolhas no sistema. Também podem surgir slugs, que são grandes bolhas provocadas pela união de bolhas menores, estas possuem movimento ascendente e diâmetro igual ao do leito e se movimenta em fluxo empistonado. Em seguida, ocorre a fluidização turbulenta, caracterizada pela presença de grandes bolhas e diminuição da queda de pressão. Aumentando ainda mais a vazão, os sólidos são arrastados juntamente com o fluido através do leito. Isso acontece quando a velocidade excede a velocidade terminal de sedimentação das partículas.

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Experimental

Antes de dar início ao experimento, retirou-se todo ar presente nas tubulações e verificou-se se as válvulas estavam abertas/fechadas como deveriam. Para dar início ao funcionamento do equipamento, a válvula E é aberta e regulada com o intuito de aumenta a vazão gradativamente. Inicialmente temos o leito fixo, onde as partículas mantêm-se estacionadas na base do leito. As três primeiras medições são feitas durante esse estágio. Após estas serem feitas, a vazão é aumentada até que o leito comece a fluidizar. Neste momento, coletou-se então os dados de vazão correspondente ao estagio de leito fluidizado.

Resultados e Discussão

A fluidização favorece uma ótimainteração entre as superfícies dos sólidos e o fluido do sistema. Devido a isso, essa operação promove uma homogeneização e boa mistura dos materiais, além de facilitar o transporte de calor e massa. Ao iniciar o processo de fluidização, o fluido possui uma baixa vazão e passa pelos espaços entre as partículas sólidas depositadas na base do leito, caracterizando um leito fixo. Aumentando a vazão, os sólidos se afastam uns dos outros e adquirem uma vibração, até que eles começam a se expandir pelo leito. Ao aumentar mais um pouco a vazão do fluido e possibilitando atingir a velocidade mínima de fluidização, ocorre a suspensão das partículas do leito, caracterizando o leito fluidizado. Prosseguindo com o aumento da vazão, teremos uma fluidização borbulhante, que é o regime indicado pelo surgimento de pequenas bolhas ao longo do leito e que ocorre após a fluidização incipiente. Em seguida, ocorre a fluidização turbulenta, onde as oscilações de queda de pressão diminuem. E por fim, aumentando consideravelmente a vazão acima da velocidade mínima de fluidização, acontece o arraste das partículas sólidas pelo leito, quando a velocidade excede a velocidade terminal de sedimentação das partículas tendo então um leito disperso e diluído.

Neste experimento foi realizada a expansão. A tabela 1 dispõe os dados coletados da altura do leito e da diferença de altura registrada pelo manômetro (ΔH) para cada ponto de operação na expansão do leito.

Tabela 1: Altura do leito e diferença de altura do manômetro para cada ponto do experimento.

Pontos	L (m)	∆h(m)
1	0,067	0
2	0,067	0,033
3	0,067	0,056
4	0,088	0,13
5	0,156	0,164
6	0,22	0,19
7	0,30	0,215

As massas de água e o tempo de coleta das mesmas, em triplicata, foram coletados e utilizados para calcular as vazões mássicas em cada ponto de operação como demonstrado no tópico 1 do Anexo Memorial de Cálculo. Os valores encontrados de vazão para cada ponto são apresentados na tabela 2.