Experimental study of segregation in granular binary mixtures using pressure flutuations analysis in a gas-solid fluidized bed

Orientadores: Araí Augusta Bernárdez Pécora, Emerson dos ReisDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: Neste trabalho, foi utilizada uma metodologia para a análise dos sinais de flutuações de pressão visando estudar a fluidização e o fenômeno da segregação em leitos fluidizados contendo misturas binárias de partículas de diferentes tamanhos e massas específicas. As medidas foram feitas para caracterizar o comportamento fluidodinâmico do leito fluidizado contendo misturas binárias e encontrar as velocidades inerentes ao fenômeno da segregação. Para tanto, primeiramente foram estudados os comportamentos de cada material isolado para posterior comparação com o comportamento observado para as misturas contendo tais materiais.Três tipos de sólidos particulados foram utilizados neste trabalho: microesferas de plástico (diâmetro médio de Sauter de 971 µm) e microesferas de vidro (diâmetros médios de Sauter de 462 e 959 µm).O sistema experimental utilizado consiste de uma coluna, de 0,1 m de diâmetro e 2,5 m de altura, equipada com um distribuidor de gás tipo placa porosa e possuindo seções de vidro,acrílico e aço carbono intercaladas, o que permitiu acompanhar visualmente o processo, e adquirir imagens por meio de uma câmera fotográfica. Medidas de flutuações de pressão foram feitas em diferentes velocidades superficiais do gás para cada material ou mistura estudados. Os sinais de pressão foram medidos em três pontos na coluna do leito, sendo um no plenum e dois na coluna, situado a 0,035 e a 0,115 m acima da placa distribuidora.Em todos os testes a altura do leito foi mantida fixa em 0,150 m. As flutuações de pressão foram analisadas no domínio do tempo e no domínio da frequência aplicando a transformada rápida de Fourier (FFT) o que permitiu diferenciar o comportamento dinâmico das misturas em cada velocidade superficial do gás estudada.Os resultados permitiram identificar regiões com diferentes comportamentos fluidodinâmicos e velocidades inerentes ao processo de segregação como as velocidades de fluidização inicial, fluidização completa, de segregação e de mistura completa. Este trabalho procura contribuir para melhorar o entendimento sobre a fluidização de misturas binárias e sobre o fenômeno de segregação normalmente presente em tais sistemasAbstract: A methodology for analysis of pressure fluctuations signals was used, in the present work, to study the ?uidizing and segregation phenomena in fluidized beds containing granular binary mixtures with different sizes and densities. Pressure measurements have been made to characterize the dynamic behavior of fluidized beds and to find the velocities involved in the segregation phenomena. The analysis of each single studied material was made before analyzing of the mixtures containing such materials. Three types of solid particles were used in this work: plastic microspheres (971 µm Sauter mean diameter) and glass microspheres (462 and 959 µm Sauter mean diameters). The experimental system presents a column, 0.1m diameter and 2.5 m height, equipped with a porous plate gas distributor. The column was made by glass, acrylic and carbon-steel sections to allow visual observations of the process and acquiring images by a camera. Measurements of pressure fluctuations were made in different gas superficial velocities for each studied material or mixture. The pressure signals were measured at three points in the column: one at plenum and two above the distributor plate, at 0.035 and 0.115 m above the distributor plate. The height of the bed material was fixed in 0.15 m regarding all performed tests. Pressure fluctuations were analyzed on the time domain and on the frequency domain using the fast Fourier transform (FFT) which allows differentiating the dynamic behavior of the mixtures in each superficial gas velocity studied. The results allowed the identification of regions with different fluid dynamic behaviors as well as the determination of gas velocities inherent to the segregation process as the initial fluidization, complete fluidization, segregation and complete mixing velocities. This paper aims to contribute on understanding the fluidization process of binary mixtures and on the phenomenon of segregation normally present in such systemsMestradoTermica e FluidosMestre em Engenharia Mecânic