Estudo da transferência de calor e massa no processo de secagem em leito vibro-fluidizado.

O estudo do processo de secagem nos leitos fluidizados e vibro-fluidizados tem merecido amplo destaque por parte de vários pesquisadores, visto o conjunto de vantagens que estes oferecem comparativamente aos demais equipamentos. E, dentro deste contexto, este trabalho faz uma abordagem ampla do processo de secagem em leitos fluidizados e vibrofluidizados. Neste trabalho foram realizados estudos que contemplam os seguintes tópicos: a) estudos fluidodinâmicos para as partículas de alumina e sílica-gel, em leitos fluidizados e vibro-fluidizados, onde as influências de diversas variáveis, tais como: freqüência e amplitude vibracional e conseqüentemente o adimensional de vibração, altura do leito de partículas e o diâmetro de partículas no comportamento fluidodinâmico de ambos os leitos foram analisadas. Paralelamente, um estudo foi feito analisando o comportamento fluidodinâmico dos leitos, utilizando-se para isso o desvio padrão das medidas de queda de pressão no leito em função da velocidade superficial do ar. Os resultados obtidos mostraram que em ambos os leitos o adimensional de vibração teve uma forte influência no comportamento fluidodinâmico das partículas e que tanto o aumento da altura de partículas no leito, bem como, o diâmetro das partículas tiveram grandes influências nas curvas características obtidas; b) a determinação experimental das isotermas de equilíbrio para as partículas de alumina e sílicagel, utilizando o método estático e o ajuste do melhor modelo foi feito através da discriminação das equações de isotermas previstas na literatura por estimação não linear de parâmetros. Os resultados mostram que a equação de Sabbah, foi a que melhor se ajustou aos pontos experimentais para ambos os conjuntos de partículas de alumina e sílica-gel; c) a determinação experimental da cinética de secagem para as partículas de alumina e sílica-gel em leito fixo e camada fina, sendo que o ajuste do melhor modelo foi feito através da discriminação das equações semi-empíricas previstas na literatura para a cinética de secagem, por estimação não linear de parâmetros. Os resultados mostram que a equação de Mancini foi a que melhor se ajustou aos pontos experimentais tanto para as partículas de alumina quanto para as partículas de sílica-gel; d) a determinação experimental dos coeficientes de transferência de calor e massa em leitos fluidizados e vibro-fluidizados, utilizando a metodologia proposta por Kmiec (1975). Os resultados obtidos, dentro do intervalo de variáveis estudado, mostram que os coeficientes de transferência de calor e massa para os leitos vibro-fluidizados não aumentaram significativamente quando comparados aos valores obtidos nos leitos fluidizados; e) e a estimação dos perfis de umidade e temperatura dos sólidos, através do modelo matemático proposto por Massarani e Silva Telles (1992), utilizando os coeficientes de transferência de calor e massa determinados experimentalmente. As respostas obtidas mostram que o modelo matemático não apresentou bons resultados para os perfis de umidade dos sólidos, mas, apresentou resultados razoáveis para os perfis de temperatura dos sólidos, dentro do intervalo de variáveis avaliado.Drying processes in fluidized and vibro-fluidized beds are nowadays being widely investigated in the literature, because such beds offer many advantages over other types of dryers. The purpose of this work is to contribute for the research in this area by presenting an extensive investigation of the drying process in fluidized and vibro-fluidized beds. The following topics were investigated in this work: a) fluid dynamic studies in fluidized and vibrofluidized beds were carried out using particles of alumina and silica-gel as inerts. The effects of variables such as the frequency and vibration amplitude (which are combined in a dimensioless vibration number), height of the bed and particle diameters on the fluid dynamic behavior of both beds have been analyzed. Simultaneously, an analysis of the fluid dynamic behavior for these beds was carried out using measurements of standard desviations of the pressure drops in the beds as a function of the superficial gas velocity. The results show that in both beds the dimensioless vibration number has a strong influence on the fluid dynamic behavior of the bed of particles. Besides, the increase in the height of particles in the bed, as well as in the particle diameters affects significantly its characteristic curves; b) equilibrium isotherms for alumina and silica-gel particles were obtained experimentally using the static method. Some equations for equilibrium isotherms available in the literature were compared to experimental data and the best fitted model was obtained using a technique based on non-linear estimation of the parameters. The results show that the equation of Sabbah provided the best fitting for both particles of alumina and silica-gel; c) the drying kinetics for alumina and silica-gel were obtained from experimental data for the drying of a thin layer of particles in a fixed bed. The best model for the drying kinetics came from a semi-empirical equations presented in the literature, using a non-linear estimation of parameters technique. The results show that the equation from Mancini provided the best predictions for experimental data of alumina and silica-gel; d) heat an mass transfer coefficients in the fluidized and vibrofluidized beds were estimated using the methodology proposed by Kmiec (1975). In the range of variables investigated, the results show that the heat and mass transfer coefficients for the vibrofluidized beds have not increased significantly as compared to the values obtained in the fluidized beds; e) the moisture content and temperature profiles of the particles were estimated using the mathematical model proposed by Massarani and Silva Telles (1992) with the heat and mass transfer coefficients obtained experimentally. For the range of conditions investigated, the mathematical model has not provided good predictions for the moisture content profiles, but in the other hand, it provided reasonable good predictions for the temperature profiles of the particles