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Fluidizao OP I Prof. Gabriela Rosa

FLUIDIZAO

Observado quando os slidos so submetidos passagem vertical e ascendente de um fluido

distribudo uniformemente no leito, sem que as partculas sejam arrastadas junto com o fluido.

Aplicaes:

Secagem;

Mistura;

Revestimento de partculas;

Aglomerao de ps;

Aquecimento e resfriamento de slidos.

Diagrama de Gildart (tipos de regimes fluidodinmicos):

Curva caracterstica da fluidizao homognea


PARMETROS IMPORTANTES

1) ALTURA DO LEITO POROSO

Quando o fluido atravessa o leito poroso e inicia-se a fluidizao, temos um aumento da

porosidade do leito e um aumento da altura do leito.

2) QUEDA DE PRESSO

Quando a fluidizao comea, a queda de presso no leito contrabalana a fora da gravidade

nos slidos. A fora resistiva iguala-se ao peso aparente da fase particulada por unidade de volume,

entendendo-se por peso aparente o peso das partculas menos o peso do fluido ascendente

(empuxo).

3) VELOCIDADE DE MNIMA FLUIDIZAO

O leito somente fluidizar a partir de um certo valor de velocidade do fluido ascendente,

definida como velocidade mnima de fluidizao (qmf). No ponto mnimo de fluidizao a queda de

presso no leito dada pela equao de Ergun:

Multiplicando por :

1(1 1) = 2(1 2)

= (1 )( ). g = 150

(1)

() . + 1,75 [

(1)

()

] .

.

(1 )


CASOS LIMITES:

Se Rep,mf < 20 2 termo desprezvel

Se Rep,mf > 1000 2 termo preponderante

Equao WEN e YU

, = [33,7 + 0,0408 ( )

]

12

33,7

, =()

150

().

[

(1)]

, =()().

1,75

1) Planeja-se uma experincia de laboratrio em leito fluidizado com um tubo de 12 cm de

dimetro. As partculas apresentam um dimetro mdio dp=43 (=0,7) e a densidade 3,2 g/cm.

A porosidade na mnima fluidizao estimada em 0,49. O gs tem as propriedades do ar a 120 oC e 1

atm. Estimar:

a) A massa de slidos para se ter uma queda de presso na fluidizao de 70 cm de gua e a altura

de slidos correspondente a mnima fluidizao;

b) A vazo mssica do gs a 2,5 vezes a mnima fluidizao (kg/h);

c) A vazo mssica do gs que ocasiona o arraste das partculas.

2) Considere a existncia de um gaseificador de bancada do tipo leito fluidizado de 7,8 cm de

dimetro, o qual se utiliza de areia (s= 2650 kg/m; dp= 205 m; =0,86), como particulado

inerte. Realizou-se um ensaio de fluidizao utilizando-se 8,5 kg de areia de modo a obter valores de

queda de presso em funo da vazo de ar seco (= 1,129 kg/m; = 1,31.10-5 Pa.s), cujos

resultados para valores decrescentes de vazo esto na tabela a seguir. Dessa maneira, pede-se:


Velocidade mssica do gs (lbm/fth)

Queda de presso no leito (lb/ft)

Altura do leito (ft)

228 200 1,51

194 190 1,4

160 187 1,34

142 184 1,29

127 181 1,26

109 179 1,22

94,7 166 1,21

82,8 137 1,21

69,1 115 1,21

55,3 90,6 1,21

41,2 67,5 1,21

27,6 45,6 1,21

14,2 22,8 1,21

7,95 11,4 1,21

a) a classificao de Geldart para a areia;

b) a curva caracterstica da fluidizao e, a partir dela os

valores experimentais de queda de presso, em cm H2O, a

velocidade superficial do gs, em cm/s, e a altura do leito, em cm,

em condies de mnima fluidizao;

c) o valor da queda de presso (-P), em cm H2O, em condies

de mnima fluidizao, considerando-a igual ao peso aparente do

leito (compare o valor obtido com aquele encontrado no item b);

d) o valor da frao de vazios em condies de mnima

fluidizao, utilizando o resultado do item b;

e) a velocidade superficial do gs na condio de mnima

fluidizao utilizando-se a equao de Ergun e o valor da queda

de presso obtida experimentalmente.

Q (m/h) -P (cm H2O) H (cm)

3,7 178 152

3,5 178 152

3,3 177 152

3,1 171 151

2,9 164 150

2,7 156 148

2,5 144 144

2,3 132 140

2,1 120 137

1,9 110 133

1,4 80 131

3) Os seguintes dados foram obtidos para a fluidizao de ar com catalisador Fischer-Tropsch

(massa de slidos 7234 g, operao 91oF e presso atmosfrica, dimetro do tubo 4, massa especfica

do slido 5 g/cm).

a) Determinar .dp do sistema a partir dos dados de leito fixo;

b) Determinar atravs dos dados experimentais a porosidade e a velocidade de mnima

fluidizao;

c) Estimar o valor da velocidade na mnima fluidizao atravs de correlaes fornecidas pela

literatura e comparar com valor experimental.


LEITO DE JORRO

Desenvolvido em 1954 por Mathur e Gishler, o leito de jorro consiste basicamente de uma

coluna cilndrica de base cnica, contendo partculas slidas de um tamanho considervel, maiores

que 1mm, e de orifcio de entrada do fluido localizado na parte inferior central da base cnica. o

leito de jorro apresenta vantagens na transferncia de calor e massa em comparao a outros

equipamentos de mesma finalidade. Aplicaes:

Secagem (cereais, pastas)

Gaseificao de carvo

Granulao;

Aquecimento;

Resfriamento;

Recobrimento.

1) VELOCIDADE DE MNIMO JORRO

Nas condies de altura mxima de jorro estvel, a velocidade superficial do fluido

aproximadamente igual a velocidade na situao de mnima fluidizao. Dada por:

Correlaes para a predio da velocidade superficial o fluido em jorro mnimo (leitos

cilndricos):

2) MXIMA QUEDA DE PRESSO E QUEDA DE PRESSO EM JORRO MNIMO

(1 )( ) = 150 (1 )

() . + 1,75 [

(1 )

()

] .

= (

) (

)

1 3

[2 (

1)] 1 2

(1955)

Observaes: Dc = 15,2 cm; Di = 0,95 cm; = 85 0,60 mm < dp < 6,4 mm 1,10 g/cm < < 2,70 g/cm = 1

= (1 )( )


(1965) =

Observaes : Dimetro da coluna: 10,16 cm;

15,24 cm; 22,86 cm; 30,48 cm;

base cnica =60 ; 0,74 mm < dp < 3,68 mm ; 0,92 g/cm < s < 2,67 g/cm ; 0,84 < < 1

4) Em uma determinada propriedade agrcola foi colhida uma safra de arroz, a qual apresentou

dimetro mdio de partcula 4,0 mm, esfericidade 0,8 e massa especfica 1,21 g/cm. Deseja-se

secador o arroz em um leito de jorro cilndrico, cujo dimetro igual a 15,24 cm, e o dimetro do

orifcio de acesso do fluido ao leito igual a 2,54 cm. Sabe-se que o valor da porosidade do leito

expandido igual a 0,5 e a altura do leito e partculas em condies de jorro estvel igual a 57 cm.

( T ambiente = 20C). Pede-se:

a) a classificao de Geldart para a partcula de arroz;

b) o valor da velocidade superficial do gs em condies de jorro mnimo;

c) o valor da mxima queda de presso oferecida pelo leito;

d) o valor da queda de presso em condies de jorro mnimo oferecida pelo leito;

e) fornea o valor da potncia o soprador para, apenas, suportar a carga do leito, de rendimento

igual a 50%, para vazo e gs 20% superior quela em condies de jorro mnimo.

5) Ensaios realizados em um leito e jorro cilndrico, cujo dimetro igual a 20,4 cm e o dimetro

do orifcio de acesso do fluido ao leito, igual a 3,4 cm, foram utilizados para avaliar a sua

fluidodinmica a frio (ar a 25C), utilizando-se partculas de soja como material teste, as quais

apresentaram, como dimetro mdio de partcula, esfericidade e massa especfica, os valores de

6,0 mm, 0,98 e 1,19 g/cm, respectivamente. Sabe-se que o valor da porosidade do leito expandido

igual a 0,41 e a altura do leito de partculas em condies de jorro estvel igual a 35 cm. Pede-se:

a) o valor da velocidade superficial do gs em condies de jorro mnimo;

b) o valor da mxima queda de presso oferecida pelo leito;

c) o valor da queda de presso em condies de jorro mnimo oferecia pelo leito;

d) fornea o valor da potncia do soprador somente para suportar a carga do leito, de

rendimento igual a 57%, para vazo de gs 30% superior aquela em condies de jorro mnimo.

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