AULA PRTICA

TA 633 2 semestre de 2005

AULA PRTICA - FLUIDIZAO

1. INTRODUO

A fluidizao ocorre quando um fluxo de fluido ascendente atravs de um leito de partculas adquire velocidade suficiente para suportar as partculas, sem arrast-las junto com o fluido. O leito assume ento o aspecto de um lquido em ebulio e devido a isso surgiu o termo fluidizado. O fluido responsvel pela fluidizao pode ser um gs ou um lquido. A escolha ir conferir diferentes propriedades ao sistema fluidizado. A fluidizao de partculas somente possvel para partculas de uma dada densidade e dimetro.

A eficincia na utilizao de um leito fluidizado depende em primeiro lugar do conhecimento da velocidade mnima de fluidizao. Abaixo desta velocidade o leito no fluidiza e, muito acima dela, os slidos so carregados para fora do leito.

1.1.Partculas de mesmo tamanho

Analisaremos nesta aula prtica o caso onde o fluido de fluxo ascendente escoa atravs de um leito de partculas esfricas fazendo com que ocorra o processo de fluidizao. Ao atravessar o leito de partculas, o fluido sofrer uma perda de presso devido transferncia de quantidade de movimento s partculas slidas, que depender da velocidade do fluido, dimetro e forma das partculas, da porosidade e espessura do leito, e da densidade e viscosidade do fluido.

Um dos primeiros trabalhos experimentais nesta rea foi o de Darcy para escoamento de gua em areia, entretanto, s abrangendo o REGIME LAMINAR de escoamento.

Uma equao com validade tanto para REGIME LAMINAR como para REGIME TURBULENTO a equao de Ergun. Na deduo desta equao, supe-se que o leito poroso pode ser representado por um conjunto de dutos de seo varivel, que pode ser visto como um duto de seo transversal muito complicado. Esta equao pode ser expressa atravs de um raio hidrulico.

que se reduz para leito composto de esferas a:

onde:

Rh = raio hidrulico

( = porosidade do leito

d = dimetro da partcula

Na deduo da equao de Ergun, considera-se que a perda de presso neste duto assume a equao de Hagen-Poiseuille, para regime laminar:

e, para regime turbulento, utiliza-se a equao do tipo:

onde a velocidade considerada a velocidade intersticial:

Com estas consideraes a equao de Ergun resulta:

onde:

(P = queda de presso

L = altura do leito fixo

gc = 1 Kg m N-1 s-2 (unidades SI)

(f = viscosidade do fluido

(f = densidade do fluido

u0 = velocidade superficial do fluido atravs de um leito de partculas

O primeiro termo preponderante em regime laminar e, o segundo, em regime turbulento. Esta equao prediz o com erro de 20% para porosidades menores que 0,60.

Para partculas no esfricas, o dimetro da partcula a considerar deve ser corrigido. Uma das opes utilizar o dimetro equivalente de partcula (Deq) e a esfericidade (() que se definem como:

A equao de Ergun para partculas no esfricas ser:

1.2.Grfico da queda de presso em funo da velocidade

Ponto A: At o ponto A o coeficiente angular da curva (reta neste trecho) praticamente 1, indicando escoamento laminar do fluido atravs do leito esttico.

Intervalo AB : Leito fixo ou esttico (Regio I). Regime quase sempre laminar (Re 30, ento o sistema est no regime de Stokes e a ut pode ser calculada pela equao (21) considerando cd = 24/Re.

2.OBJETIVOS

a) Construir a curva de fluidizao para um leito de partculas esfricas: queda de presso em funo da velocidade.b) Determinar a velocidade mnima de fluidizao experimentalmente e compar-la com a obtida pelas equaes empricas (KUNII & LEVENSPIEL, 1991), equaes (11) a (19), considerando d = Deq.

c) Utilizando as equaes empricas, determinar qual seria a velocidade de arraste de partculas, ou velocidade terminal, para as esferas de vidro, atravs das equaes (21) a (29).3.EQUIPAMENTO

O equipamento utilizado ser um leito fluidizado contendo um leito de partculas constitudo por esferas de vidro com densidade e dimetro equivalente a serem determinados experimentalmente.

4.METODOLOGIA

Estudar-se- a fluidizao de um leito de partculas esfricas ao longo de um leito poroso vertical, a diferentes vazes de ar. O leito ser constitudo de esferas de vidro com caractersticas bastante uniformes.

Para se obter um perfil de fluidizao real, deve-se fluidizar o leito antes de iniciar a leitura dos pontos, de modo a evitar que o leito esteja compactado e se obtenha um falso perfil fluidodinmico.4.1. Determinao da porosidade do leito

Onde:

Vr = volume real

Vt = volume total

a) Tomar 20g de amostra, contar o nmero de esferas e encher um recipiente de volume conhecido com o material do leito (com isso temos o volume total)

b)Determinar a massa do material do leito (m)

c)Com a massa e a densidade do material, calcular o volume real

d)Calcular a porosidade pela equao (20)

4.2. Determinao da queda de presso no leito

a)Os pontos de queda de presso sero determinados aumentando-se a velocidade (abrindo-se a vlvula) a cada 0,5m/s, o que permitir a obteno de uma curva de fluidizao bem ntida.

b)Aumentar-se- a velocidade do ar a cada 0,5m/s, medindo-se a cada ponto (a cada 0,5m/s) o deslocamento da coluna de gua (queda de presso) no manmetro.

c)Repetir o item b), mas agora fazendo o caminho inverso, ou seja, diminuindo a velocidade do ar.

OBS: Na coleta dos dados, utilizaremos somente um manmetro, que indica a queda de presso no leito com o aumento da vazo de ar.

4.3. Determinao do dimetro equivalente

Tomar 20g de amostra, contar o nmero de esferas, e colocar em proveta graduada com 50mL de gua destilada. Anotar o volume deslocado (= volume da massa slida). Repetir duas vezes.

4.3. Determinao da densidade das partculas

Determinar a densidade das esferas dividindo este volume deslocado pela massa inicial das esferas.

4.5. Dados adicionais

a)Determinar (f e (f do ar com a ajuda de tabelas ou monogramas, a partir dos valores locais de temperatura e presso baromtrica

b)Determinar a velocidade do ar utilizando um medidor do tipo de hlice

c)As esferas de vidro tm ( = 1.

5.RELATRIO

1. Apresentar em tabelas os dados experimentais e os resultados dos clculos.

2. Apresentar o grfico (P (mmH2O) em funo da velocidade (m/s) para o aumento e o decrscimo da velocidade.

3. Discuta os grficos obtidos apresentando suas concluses.

4. Com os dados das Tabelas 1 e 2 a seguir:

a) Construa um grfico (P (mmH2O) em funo da velocidade (m/s) para o aumento da vazo de ar e outro para o decrscimo da vazo de ar.

b) Atravs dos grficos resultantes, verifique se existe uma velocidade mnima de fluidizao (tanto para o aumento quanto para o descrscimo da vazo de ar) e se existe arraste de partculas. Caso algum dos grficos no apresente umf e nem arraste, apresente suas concluses.

6.REFERNCIAS BIBLIOGRAFICAS

Kunii, D. & Levenspiel, O. (1991). Chapter 3: Fluidization and mapping of regimes. In Fluidization Engineering, 2nd edition, Butterworth-Heinemann (USA), 61-92.

u0

(P

_1188901590.unknown

_1188991671.unknown

_1188991873.unknown

_1188993736.unknown

_1188996431.unknown

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