Contribuições ao estudo da fluidodinâmica e da secagem de pastas em leitos fluidizado e vibrofluidizado

The aim of this study was to analyze the fluid dynamic of the fluidized and vibrofluidized beds with particles with diameter under 1.00 mm, and also to analyze the fluid dynamic behavior of wet beds and the drying of different liquids and suspensions during the transient drying period. The purpose of these tests is to obtain relevant information about the influence of vibration and also to investigate some issues related to the dimensionless vibration number (&#915;), which has been used and understood in a controversial way by the scientific community. The fluid dynamic and drying experiments were conducted in a fluidized/vibrofluidizad column with diameter equal 0.014 m and high 0.50 m. The analysis of fluid dynamic was performed with particles of 463 and 780 &#956;m, under different vibrational conditions. Drying and wet fluid dynamic experiments were carried out with particles of 2.19 mm, with the following liquids and pastes: distilled water, sewage sludge, skim milk and calcium carbonate solutions with solid concentration of 3%, 6% and 9%.. Drying essays were conducted at different paste feed rates and under air velocity equal to1.33 and 1.55 m / s, and temperatures of 80 and 100 ° C. Two vibration conditions yielding a constant vibration number (&#1043; = 4.0) were tested: one with A = 0.003 m and f = 18.20 Hz and other with A = 0.015 m and f = 8.14 Hz. In fluid dynamic tests with particles of dp< 1.00 mm, the characteristic curves were obtained from the classical methodology were analyzed aiming at identifying the influence of the particle size and vibrational on the pressure drop and minimum fludization velocities. For the wet beds was evaluated the dynamic behavior of dimensionless pressure drop and dimensionless air inlet velocity, while in drying experimens the behavior of air relative humidity, absolute humidity, powder production rate, powder moisture content and energy efficiency was assessed. The results obtained show that the use of vibration together with fluidized air may result in significant improvement of the bed dynamics, thus enhancing the drying conditions. They evidenced also that the use of different combinations of frequency and amplitude values to yield a same vibration number may result in very different dynamic behavior in vibrofluidized beds. As a consequence, variables associated to drying such as air relative and absolute humidity, powder production rate and energy efficiency were affected by vibration conditions. To fully characterize the vibration conditions, the value of &#1043; should be informed together with either the amplitude or frequency of vibration.Financiadora de Estudos e ProjetosO objetivo do presente trabalho foi realizar uma análise fluidodinâmica detalhada dos leitos fluidizado e vibrofluidizado operando com partículas de diâmetro inferior a 1 mm e também analisar a secagem e fluidodinâmica do leito úmido com água e três diferentes pastas (lodo de esgoto, leite desnatado e carbonato de cálcio em três concentrações de sólidos) durante o período transiente. O intuito destas análises foi obter informações relevantes acerca da influência da aplicação da vibração em um leito de secagem bem como compreender melhor algumas questões referentes ao adimensional de vibração (&#915;), o qual vem sendo utilizado e entendido de maneira controversa pela comunidade científica. Os experimentos fluidodinâmicos e de secagem foram conduzidos em leito fluidizado/vibrofluidizado com 0,114 m de diâmetro e 0,50 m de altura. As análises fluidodinâmicas foram realizadas com partículas de vidro de 463 e 780 &#956;m e sob diferentes condições vibracionais, com &#1043; variando do 0,0 a 3,0, sendo que cada um deles foi obtido através de 4 diferentes combinações entre amplitude e freqüência de vibração. A secagem e fluidodinâmica do leito úmido foram investigadas com partículas de vidro de 2,19 mm. As pastas utilizadas neste estudo foram constituídas por água destilada, lodo de esgoto doméstico, leite desnatado e carbonato de cálcio em três diferentes concentrações de sólidos. A operação de secagem foi conduzida em diferentes vazões de alimentação de pasta e sob duas condições de velocidade do ar de secagem (1,33 e 1,55m/s), duas temperaturas (80 e 100º C) e duas condições vibracionais, para um mesmo adimensional de vibração (&#915; = 4,00), A = 0,003 m com f = 18,20 Hz e A = 0,015 m com f = 8,14 Hz. Nos ensaios fluidodinâmicos com partículas de diâmetro inferior a 1 mm foram analisadas as curvas características obtidas por meio da metodologia clássica avaliando a influência do tamanho da partícula e das diferentes condições vibracionais impostas. Para os ensaios fluidodinâmicos em leitos úmidos foram analisados os adimensionais de queda de pressão e velocidade do ar de secagem, enquanto que para a secagem foram avaliadas a umidade relativa, umidade absoluta, taxa de produção, conteúdo de umidade e eficiência energética. Com os resultados obtidos neste trabalho pôde-se observar que a utilização da vibração aliada à ação pneumática do leito fluidizado pode ocasionar melhorias significativas na dinâmica do leito, proporcionando condições mais favoráveis para a secagem. Além disso, para um mesmo adimensional de vibração, obtido por meio de diferentes combinações entre amplitude e freqüência vibracional, observaram-se resultados distintos para a fluidodinâmica, umidade relativa, umidade absoluta, taxa de produção de pó seco e eficiência de secagem. Com isso, podese dizer que o parâmetro &#915; não tem características universais, portanto, deve ser sempre informado conjuntamente com a amplitude de vibração ou freqüência de vibração