Relatório de fluidização

1. Objetivo

Estudar, qualitativa e quantitativamente, o comportamento de um leito fluidizado, visualizando os efeitos da fluidização agregativa, e determinando a velocidade mínima de fluidização, porosidade mínima do leito fluidizado e a massa de sólidos contida no leito estudado.

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1. Introdução Teórica

Fluidização é usado para descrever a condição de suspensão total de partículas, sendo que a suspensão se comporta como um fluido denso. A queda sofrida pelo escoamento de um fluido através de um meio poroso, sendo representado pela equação de Ergum:

[pic 1]

onde ε é a porosidade do leito, Dp é o diâmetro da partícula, v é a velocidade superficial do fluido, ϕ é a esfericidade da partícula, L é a altura do leito, ρ é a densidade da partícula, ΔP é a perda de pressão do fluido passando através do leito poroso e μ é a viscosidade do fluido.

Para casos especiais quando Re<1:

[pic 2]

E para Re>1000:

[pic 3]

A equação é válida para qualquer sentido de escoamento. Para fluido que escoe em sentido ascendente, se a velocidade do fluido for baixa e as partículas não se mexem, é considerado leito fixo. Já quando as partículas se movem é considerado leito fluidizado, se comportando como um fluido denso ou em ebulição.

Para o leito fixo, o tamanho do leito (L) continua fixo enquanto o ΔP aumenta com o aumento da vazão. Quando o fluido começa a fluidizar, o tamanho do leito começa a aumentar com o aumento de vazão e a variação de pressão do fluido fica constante. Se após o processo de fluidização houver retorno do processo, obterá uma nova vazão para o começo da fluidização, onde o leito não está mais compactado, essa vazão é chamada de vazão mínima de fluidização (v0m).

A equação de fluidização pode ser feita através do balanço de forças sobre a partícula, gerando:

[pic 4]

onde g é a aceleração da gravidade e ρs é a densidade do fluido.

Igualando a equação (3) e (4), obtêm-se:

[pic 5]

Através da equação (5) é possível calcular a velocidade mínima de fluidização, e para casos especiais, como Re<1:

[pic 6]

E para Re>1000:

[pic 7]

Existem dois tipos de fluidização que são classificadas de acordo com o comportamento do leito: fluidização particulada e agregativa. A particulada tem como característica a densidade do sólido ser aproximada à densidade do fluido, além do leito ser composto por partículas de pequeno diâmetro o que necessita de baixa velocidade para que a fluidização ocorra e o leito é uniforme.

Já a agregativa apresenta densidade do sólido muito superior à densidade do fluido além do leito ser composto por partículas de diâmetro grande necessitando de altas velocidades para que a fluidização ocorra e o leito fluidiza de forma irregular ocorrendo projeção das partículas devido à formação de bolhas conforme o fluido atravessa o leito.

A fluidização tem aplicação em reatores catalíticos, secagem, limpeza de gases incineração/combustão. As vantagens desse método são: comportamento do leito semelhante à de líquidos, área superficial elevada, altas velocidades de reação (uniformidade do leito), alta taxa de transferência de calor e massa. As desvantagens desse método são: dificuldade em manter o tempo médio de residência, não é possível manter o gradiente axial de temperatura, elevado consumo de energia. Para a fluidização de gás-solido a maior desvantagem é o contato desigual entre partículas e o gás.

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1. Procedimento experimental

3.1 Material utilizado

- Equipamento de fluidização

- Sílica

- Paquímetro

1. Procedimento

Ligou-se o equipamento de fluidização, e alterou-se a vazão de 1 L/s a 1 L/s e anotando-se a altura do leito e a perda de pressão no leio. Mediu-se o diâmetro do tubo. Conferiu-se experimentalmente a velocidade mínima de fluidização aumentando a vazão do fluido e conferindo o início da expansão do leito. Fez-se o procedimento anterior com o leito empacotado e desempacotado.

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1. Tabelas e gráficos

Tabela 1: Dados de coleta iniciais.

Altura do fluido antes da fluidização	120 mm
Diâmetro do tubo	49,2mm

Tabela 2: Coleta de dados para fluidização.

Queda de pressão (cm H2O)	Altura mínima (hmin-mm)	Altura máxima (hmáx-mm)	Vazão (L/min)
5,2	120	-	1
8,0	120	-	2
9,9	120	-	3
12,2	120	-	4
14,0	120	-	5
15,9	120	-	6
15,8	123	-	7
16,8	130	-	8
18,3	135	-	9
15,4	135	-	10
16,8	134	-	11
15,5	133	-	12
15,3	137	-	13
15,0	135	142	14
15,5	138	145	15
15,5	140	150	16
15,8	138	155	17
16,0	135	160	18

Tabela 3: Densidades das amostras

Amostra	Densidade (g/cm³)
Sílica	2,4
Ar	1,2x10-2

Após a coleta de dados foi calculada a velocidade do fluido em estudo, para isso dividiu-se a vazão volumétrica pela área do tubo. Também foi obtida a media de alturas atingidas de leito fluidizado, a fim de aumentar a precisão da análise deste procedimento.