Estudos de modelos para transferência de calor no interior de particulados esféricos em meitos fluidizados

• Autor(a) principal: Ferreira, Rafael Andrade
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da FURG (RI FURG)
• Texto Completo: http://repositorio.furg.br/handle/1/8756
• topic: Leito fluidizado; Escoamento multifásico; Hidrodinâmica; Transferência de calor; Condução transiente; Fluidized bed; Multiphase flow; Hydrodynamic; Heat transfer; Transient conduction

Pesquisas envolvendo leitos fluidizados têm tido um papel essencial na engenharia, pois vêm facilitando a compreensão da interação física entre as fases de forma mais sistemática. A análise do modelo hidrodinâmico junto ao mecanismo de troca térmica entre uma fase gasosa e outra particulada e um tema pouco ainda discutido no literatura, por conta da sua complexidade de solução, principalmente se o objetivo da investigação for estudar a transferência de calor entre o interior da partícula e a outra fase presente no leito. Identificar e controlar a troca de calor no interior da partícula geraria benefícios a diversas áreas industriais como por exemplo, possibilitaria uma maior vida útil do alimento na industria alimentícia, geraria maior produção de combustível na indústria petrolífera e melhoraria o encapsulamento na industria farmacêutica.Diante disso, o objetivo deste trabalho foi desenvolver uma solução computacional capaz de demonstrar a troca de calor no interior da partícula por meio da simulação numérica, em que seja possível estudar os particulados de geometria esférica em leito fluidizado circulante. Primeiramente, foi realizada a discretização do problema para o caso de um modelo unidimensional (plug flow), onde as fases são modeladas como Eulerianas, e o método numérico de Gauss-Seidel para sistema não-linear e aplicado a resolução do sistema algébrico de equações resultante da discretização. Afim de garantir a confiabilidade do trabalho, o modelo hidrodinâmico foi verificado com a solução numérica de outros estudos, resultando em valores aceitáveis e coerentes com o tema abordado. Dos resultados obtidos, foram realizadas três simulações, diferindo apenaso diâmetro da partícula. Em relação a troca térmica entre o gás e a partícula solida, atemperatura do solido decresce enquanto que a do gás aumenta que ambas atingem o equilíbrio térmico, i.e., estejam na mesma temperatura. Com o aumento do tamanho da partícula, as temperaturas das fases tendem a percorrer um maior caminho no leito fluidizado até atingir o equilibro térmico. Em relação aos resultados da temperatura interna da partícula, notou-se um crescimento da diferença percentual quando comparada com a temperatura de superfície, atingindo os valores máximos de 1,55% para um diâmetro de 320 m, 1,60% para 420 m e 1,83% para 520 m. Portanto, com esse estudo, é possível notar as vantagens de se controlar o comportamento térmico no interior da partícula, possibilitando assim aumentar a eficiência do processo em leitos fluidizados.