Influência da granulometria das partículas sobre o comportamento hidrodinâmico de leitos fluidizados

Abstract

Foi estudado o comportamento hidrodinâmico de um leito fluidizado à escala laboratorial, com 10 cm de diâmetro interior e 1,5 m de altura. O fluido utilizado foi o ar atmosférico, nas condições de pressão e temperatura ambientes existentes no laboratório. As medições efectuadas incidiram sobre a perda de carga, quer para o conjunto do leito, quer para uma sucessão de fatias em que tinha sido dividido. Foi possível conhecer a evolução da pressão ao longo do leito, para diferentes situações de escoamento distribuídas por uma gama de velocidades superficiais que tiveram como valor máximo 2,3 m/s. Utilizaram-se três distribuições de tamanhos de partículas esféricas de sílica, como resultado de um processo de obtenção de lotes por calibração, correspondendo aos intervalos 355-425, 600-710 e 850-1000 m, partículas que se situam nos Grupos B, B/D e D da classificação de Geldart, respectivamente. O presente estudo envolveu igualmente a utilização de diferentes tipos de placas distribuidoras, a saber, cerâmica porosa, malha metálica e perspex perfurado, num total de oito combinações, a que corresponderam perdas de carga variando entre 0,05 e 350 kPa. Foi desenvolvido um modelo matemático visando representar a evolução da perda de carga no interior do leito. Este modelo, utilizando diferentes correlações para estimar o caudal de curto-circuito às bolhas, constituiu a base para a análise da influência dos distribuidores na qualidade de fluidização. Esta foi definida como o quociente entre o valor medido da perda de carga do leito e um valor de referência, a perda de carga calculada, corrigida pela fracção ou porosidade das bolhas. Concluiu-se que a influência dos distribuidores se faz sentir de um modo mais destacado, e não linear, nas primeiras camadas, correspondentes ao fundo do leito. Essa influência vai-se atenuando à medida que nos aproximamos da superfície livre. Igualmente se concluiu que os distribuidores com maior secção livre de passagem causam uma maior perda de carga no interior do leito, particularmente no fundo, sucedendo o contrário com os distribuidores de menor secção livre de passagem. Foi analisada a transição entre os regimes borbulhante e turbulento, para os diferentes tamanhos de partículas utilizados. Foi obtida uma correlação eficiente para a definição das condições de transição, que incorpora os efeitos do tipo de distribuidor utilizado. Finalmente, foi proposto um modelo matemático simples que permite determinar o valor da velocidade superficial de transição em função da porosidade global do leito.

The hydrodynamic behavior of a fluidized bed was studied on a laboratorial scale, with 10 cm internal diameter and 1,5 m of height. The fluidizing medium used was atmospheric air, at ambient temperature and pressure conditions existing in the laboratory. The measurements per-formed concerned the pressure drop, either for the whole bed, either for a succession of slices in which the bed had been divided. It was possible to know the evolution of the pressure along the bed for different flow situations, distributed by a range of superficial velocities, with a maximum of 2.3 m/s. Three size distributions of silica spherical particles were used, as a result of a process of calibration, corresponding to the intervals 355-425, 600-710 and 850-1000 m, particles that belong in Groups B, B/D and D of the Geldart classification, respectively. The present study in-volved the use of different types of plate distributors, porous ceramic, metallic mesh and perfo-rated perspex, in a total of eight combinations, with pressure drops ranging from 0.05 to 350 kPa. A mathematical model was developed aiming at representing the evolution of the internal bed pressure drop. This model, using different correlations to evaluate the short circuit flow to the bubbles, constituted the basis for the analysis of the influence of the distributors in the fluidi-zation quality. This quality was defined as the ratio between the measured value of the bed pres-sure drop and a reference value, the calculated pressure drop corrected by the fraction of bubbles. It was concluded that the influence of the distributors is more apparent, though not linear, in the first layers, corresponding to the bottom of the bed. That influence attenuates as the free surface approaches. Also, the distributors with larger open section cause a larger pressure drop inside the bed, particularly in the bottom, the contrary occurring with the distributors of smaller open sec-tion. The transition from bubbling to turbulent regimes was analyzed for the different sizes of particles used. An efficient correlation for the definition of the transition conditions was ob-tained, that incorporates the effects of the type of distributor employed. Finally, a simple mathe-matical model that allows determining the value of the superficial velocity of transition in func-tion of the global porosity of the bed was deduced.