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FLUIDIZAÇÃO

Fluid Iza Cao

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FLUIDIZAÇÃO

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FLUIDIZAÇÃO

Características do processo:

Proporciona a circulação de sólidos juntamente com um fluido - gás ou líquido...

Impede a existência de....

1 - gradientes de temperatura,

2 - pontos muito ativos ou de regiões estagnadas no leito;

proporciona maior contato superficial entre sólido e fluido, favorecendo a transferência de massa e calor....

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FLUIDIZAÇÃO

• A eficiência depende em primeiro lugar do conhecimento da velocidade mínima de fluidização.

• Possibilidades...

1 – v < vmf Não fluidização (Leito Fixo)

2 - v >>> vmf os sólidos são carregados para fora do leito. 

(Transp. Pneumático) 

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FLUIDIZAÇÃO

Aplicações de leitos fluidizados

Reações Químicas;

A.Catalíticas B.Não Catalíticas                          - Homogêneas                          - Heterogêneas

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FLUIDIZAÇÃO.... Aplicações...Contato Físico;    Transferência de Calor

Mistura de Sólidos Mistura de Gases      Secagem de Sólidos ou Gases    Acreção       Cominuição       Classificação de Sólidos

  Adsorção- Dessorção      Tratamento Térmico  Recobrimento

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FLUIDIZAÇÃO

Aplicações na indústria de alimentos ...

• sistemas de torrefação de café

• secagem e congelamento de alimentos

• recobrimento de doces, pastilhas, etc;

• sistemas de microencapsulação,

• misturadores.

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Fluidização

Vantagens....• Comportamento dos sólidos similar a líquidos,

pois permite operações contínuas controladas automaticamente;

• Rápida mistura dos sólidos fazem condições dentro do leito serem isotérmicas (rápida troca de calor);

• Circulação de sólidos entre 2 leitos possibilita transportar vasta quantidade de calor produzida;

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Fluidização

Vantagens... (cont.).

• Adapta-se bem para operações em larga escala;

• T.M. e T.C. entre gás e partículas são altas, comparada a outros modos de contato;

• T.C. entre leito fluidizado e objetos imersos é alta.

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Fluidização

Desvantagens...

A descrição do escoamento do gás é complexa...

Os sólidos quebram-se e são arrastados pelo gás;

Observa-se uma erosão da tubulação e dos vasos pela abrasão de partículas ....

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Fluidização

• No escoamento ascendente, quando o arraste de fricção sobre as partículas à queda de pressão (ΔP) torna-se igual ao peso aparente das partículas no leito, as partículas se arranjam dentro do leito de forma a oferecer menor resistência ao escoamento e o leito começa se expandir ...

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Fluidização- leitos fluidizados transmitem forças hidrostáticas...- sólidos menos densos flutuam mais próximos a

superfície...

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Fluidização

fluidização por gás ou líquido...

baixas vazões

Gás = Líquido

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Fluidização

Fludização com líquido:

O leito expande com o aumento da velocidade do líquido

Fluidização com gás:

Só é uniforme nas baixas vazões

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Fluidização

• Tipo de fluidização ...

fluidização partículada - há uma expansao uniforme...

• fluidização é agregativa - há formação de duas fases...

• Predição....

• Se Fr < 1 fluidização partículada; • Se Fr > 1 fluidização agregativa

p

mf

Dg

vFr

.

'

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Fluidização

Variação da altura e da pressão ao longo do leito ...

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Fluidizaçãorelação entre altura do leito e

porosidade

peso aparente das partículas no leito...Lmf.A...

)1()1( 2211 ALAL

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Fluidização

Queda de pressão e peso aparente do leito...

..quando o arraste de fricção sobre as partículas à queda de pressão (ΔP) torna-se igual ao peso aparente das partículas no leito...

... a força correspondente a queda de pressão multiplicada pela área de secção transversal deve ser igual a força gravitacional exercida pelas partículas menos a força de empuxo correspondente ao fluido de deslocamento...

gALAP Pmfmf ).).(1.(.)(

Page 22: Fluid Iza Cao

Fluidização

Velocidade mínima de fluidização... diferenças entre velocidades medidas e calculadas • Canalizações: (força de arraste sobre sólidos se torna

menor);• Ação de forças eletrostáticas ex.: fluidização de areia

por gás; • Aglomeração de partículas, quando pequenas

partículas estão presentes se aglomerando;• Fricção do fluido nas paredes do leito, quando o

diâmetro do leito é pequeno;• Efeito de parede.

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Fluidização

Velocidade mínima de fluidização...

Usa-se o fator de forma esférico (Φs) nas equações...

razão da área superficial de uma esfera que possui o mesmo volume da partícula e sua área superficial..(Ase/ Asu)

para uma esfera Φs=1

Na equação de Ergun... Dp => ΦsDp

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Fluidização

Equação de Ergun...

3

2'

3

2

22

' )1().(.75,1

)1(..150

pSpS D

v

D

v

L

P

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Fluidização

• Como a variação de pressão em função da altura do leito é...

gL

PPmf

mf

)()1()(

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Fluidização

Utiliza-se a equação de ERGUN... da para calcular a velocidade mínima de fluidização v’mf

Substitui-se: v’ por v’mf

ε por εmf

L por Lmf

Assim, igualando as duas relações de variação de pressão por altura do leito, temos ....

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Fluidização

Eq. para determinação de v’mf

e o número de Reynolds ...

0)()1(

.150)(

.75,12

3

32

'

23

22'2

gDvDvD pp

mfS

mfpmf

mfS

mfp

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Fluidização

número de Reynolds...

equação para a determinação da velocidade mínima ...

'

Re,mfp

mf

vDN

0)()1(

.150)(

.75,12

3

32

Re,

3

2Re,

gDNN pp

mfS

mfmf

mfS

mf

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Fluidização

NRe,mf < 20 ( partículas pequenas) o primeiro termo da equação pode ser desprezado...

NRe,mf > 1000 (partículas grandes) o segundo termo pode ser desprezado. ..

Substituindo na equação temos

0)()1(

.150)(

.75,12

3

32

Re,

3

2Re,

gDNN pp

mfS

mfmf

mfS

mf

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Fluidização

Equações para estimativas de velocidade...

“Se os valores de εmf e/ou o fator de forma Φs não são conhecidos as relações abaixo são validas para um conjunto extenso de sistemas....”

14

13 mfS 11)1(

32

mfS

mf

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Fluidização

“Esta equação aplica-se a números de Reynolds na faixa de 0,001 a 4000 com uma variação média de 25%...”

Na literatura encontram-se um conjunto extenso de equações ....

7,33)(

0408,0)7,33(

2/1

2

32

Re,

gD

N ppmf

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Fluidização

Exemplo: Partículas sólidas com 0,12mm, densidade de 1000 kg/m3 e fator de forma 0,88 são fluidizadas com ar a 2 ATM a 25oC. A porosidade nas condições de fluidização (εmf) é de 0,42.

Propriedades do ar a 2 ATM e 25oC.

Viscosidade = 1,845 x 10-5 Pa.s

densidade = 2,374 kg/m3

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Fluidização

A - Considerando que a seção transversal do leito tem 0,3 m2 e contem 300 kg de sólidos, determine a altura mínima do leito.

B - Qual é a queda de pressão nas condições mínimas de fluidização

C - Qual é a velocidade mínima de fluidização D - Determine a velocidade considerando que não

é informada a porosidade e o fator de formaE - Caso adicionarmos mais 300 kg de sólidos ao

leito, qual é a velocidade mínima de fluidização.

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Fluidização