Estudo da dinâmica de partículas em tambor rotatório com suspensores: análise experimental e numérica utilizando abordagens euleriana e lagrangeana

• Autor(a) principal: Nascimento, Suellen Mendonça
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFU
• Texto Completo: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/21462; http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2018.775
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES DE SEPARACAO E MISTURA; carregamento ideal; DEM; velocidade ideal de rotação; CFD; Design loading; Ideal velocity of rotation; Engenharia Química; Grãos; Secagem; Equipamentos industriais; Tambor rotatório com suspensores; Carregamento ideal,; Velocidade ideal de rotação; DEM; CFD

Na secagem de material granular ou particulado, os secadores rotatórios são os equipamentos mais utilizados, devido a sua alta capacidade de processamento e versatilidade de operação quando comparados com outros tipos de secadores. No entanto, o projeto desses equipamentos é bastante complexo, uma vez que a secagem envolve, além de transferências de calor e massa, complexos processos fluidodinâmicos. Por isso, geralmente utilizam-se tambores rotatórios com suspensores, mas sem a alimentação do ar de secagem, para o estudo da dinâmica de material particulado nesses secadores. Quando o tambor está com a configuração de carregamento ideal, há a maior interação entre o material particulado e o ar em escoamento, o que é interessante em um caso de secagem. Com base nisso, neste trabalho foi construído um tambor rotatório com número de suspensores variáveis, apresentando como objetivo o estudo do tambor rotatório na condição de carregamento ideal. Desta maneira, foram estudadas aplicações de modelos geométricos para a predição desta condição e determinou-se, experimentalmente, a velocidade de rotação ideal do tambor para diferentes condições operacionais do equipamento. Através deste estudo foi determinado um modelo para a predição do Número de Froude ideal em função da fração de enchimento do tambor, número de suspensores e propriedades do material, como densidade, ângulo de repouso estático e coeficiente dinâmico de fricção do material. Além destes, foram realizados estudos referentes ao ângulo de última descarga, avaliando os efeitos das condições operacionais na descarga de sólidos no tambor. Como uma ferramenta complementar aos estudos experimentais, as simulações numéricas surgem no auxílio à compreensão do escoamento dos materiais granulares. No que diz respeito à abordagem numérica, duas diferentes aproximações para a previsão do escoamento granular no interior do tambor com suspensores foram utilizadas: Euleriana e Lagrangeana. No desenvolvimento de uma modelagem Euleriana que representa o escoamento de interesse, utilizando a Fluidodinâmica Computacional (CFD), foi possível então, determinar as condições de contorno e encontrar o melhor modelo para que a abordagem Euleriana reproduzisse os resultados experimentais, em que a aplicação do modelo de turbulência k-ɛ se mostrou essencial na descrição da dinâmica das partículas. Já nas simulações que utilizam a abordagem Lagrangeana, através do Método dos Elementos Discretos (DEM), foram investigados parâmetros relativos às propriedades das partículas, como Razão de Poisson e Módulo de Cisalhamento, além das interações partícula-partícula e partícula-parede através dos coeficientes de restituição e de atritos estáticos e de rolamento. Neste trabalho, encontrou-se um conjunto de parâmetros para que a simulação conseguisse representar bem os dados experimentais. Além disso, observou-se que o uso de um módulo de cisalhamento menor do que o real para diminuição do custo computacional foi uma suposição válida, principalmente para velocidades de rotação mais baixas. Comparando as duas metodologias, foi possível encontrar as vantagens e desvantagens de cada uma delas. A abordagem lagrangeana permitiu observar individualmente cada partícula, sendo possível a determinação do comprimento de queda das partículas do suspensor. No entanto, com a mudança de condições operacionais, como o número de suspensores do tambor, os resultados apresentados pela abordagem Euleriana foram melhores.