Abstract:
O leito fluidizado está presente na maioria das indústrias devido a sua multifuncionalidade, portanto o entendimento dos fenômenos complexos que ocorrem durante a operação desse equipamento, como a transferência de calor, é de fundamental importância para o aperfeiçoamento do mesmo. Dentro desse contexto, a transferência de calor em leito fluidizado foi abordada através de análises experimentais e numéricas. As análises experimentais permitiram a avaliação da influência de parâmetros, como velocidade e temperatura do gás de entrada, na transferência de calor do sistema, além de fornecerem dados úteis para as análises numéricas, análises essas que foram realizadas com os objetivos de validar e ajustar modelos térmicos permitindo, assim, uma boa previsão da transferência de calor do sistema e a otimização do leito fluidizado desde seu projeto. Nos ensaios experimentais foram coletados dados de temperatura através de termopares localizados esquematicamente na coluna de leito fluidizado. Tais termopares, juntamente com transdutores utilizados na calibração da placa de orifício e obtenção de dados da queda de pressão do leito, estavam conectados a um sistema de aquisição de dados que permitiu, através do software LabVIEW 8.5, a coleta das informações de temperatura e pressão. Os dados de temperatura e velocidade mostram que ambos os parâmetros tem influência no equilíbrio térmico do sistema, sendo que a velocidade tem influência mais significativa, o que já era esperado visto que o coeficiente térmico é proporcional ao número de Reynolds. As análises numéricas foram resolvidas no software Fluent 14.5 com base na técnica CFD com abordagem Euleriana. Foram simuladas as condições operacionais dos experimentos realizados nesse trabalho e também das condições operacionais dos experimentos de Rizzi (2008). Três modelos térmicos convectivos, de Gunn (1978), Li e Mason (2000) e Palancz (1982) e dois condutivos, Hsiau e Hunt (1993) e Kuipers et al. (1992) foram avaliados. As análises numéricas mostraram que os modelos condutivos não têm influência significativa no perfil de temperatura do leito quando comparado aos convectivos, dentre esses o que apresentou melhor comportamento, apesar de superestimar o coeficiente de transferência de calor, foi o de Gunn (1978). Portanto esse modelo foi ajustado a fim de melhor sua previsão, para isso foram simulados três ajustes onde apenas um apresentou resultados próximos aos experimentais.
The fluidized bed is present in most industries due to its multifunctionality. So, the understanding of complex phenomena that occur during the operation of this equipment such as the heat transfer is of fundamental importance for the improvement of the system. Therefore, the heat transfer in fluidized bed was investigated by experimental and numerical analysis. The experimental analysis allowed the evaluation of the influence of parameters such as speed and temperature of the inlet gas on the development of thermal equilibrium of the system and provided useful data for numerical analysis. The numerical analyzes were conducted in order to validate and adjust thermal models in order to obtain a good prediction of the thermal behavior of the system and optimization of the fluidized bed from its design. In the experiments temperature data were collected using thermocouples located schematically in the fluidized bed column. The thermocouples together with the pressure transducers used in the calibration of the orifice plate and the bed pressure drop data were connected to a data acquisition system, which through the LabVIEW 8.5 software provided the system temperature and pressure informations. The temperature and velocity data show that both parameters have an influence on the thermal equilibrium of the system, the speed has a more significant influence, which is expected since the temperature coefficient is proportional to the Reynolds number. The numerical analyzes were resolved in Fluent 14.5 software based on CFD technique with Eulerian approach. In addition to the operating conditions of the experiments in this work were also simulated operating conditions of the experiments Rizzi (2008). Three convective thermal models, Gunn (1978), Li and Mason (2000) and Palancz (1982) and two conductive, Hsiau and Hunt (1993) and Kuipers et al. (1992) were evaluated. The numerical analysis showed that the conductive models do not significantly influence the bed temperature when compared to convective models, between the convective models, which had the best performance, although overestimate the heat transfer coefficient, was the Gunn (1978 ). Therefore, this model was adjusted to improve its forecast for this were simulated three settings where only one had similar results to the experimental.
