Influence of the granulometry of tinert material and of the composition of binary mixtures containing sand and bamboo particles (in natura and coal from pyrolysis process) on the hydrodynamics of fluidized beds

A aplicação de biomassas em processos de geração de energia como a combustão, pirólise e gaseificação, operando com a tecnologia de leito fluidizado, tem merecido atenção crescente nas últimas décadas. Esses sistemas necessitam da adição de partículas de material inerte que ajudam a promover uma fluidização estável, permitindo a melhoria da eficiência de tais processos. Dentre as biomassas com potencial para geração de energia sustentável está o bambu, material que apresenta propriedades semelhantes às de outras biomassas utilizadas em processos de geração de energia, com a vantagem de apresentar rápido crescimento, fácil propagação, regeneração vigorosa, maturidade rápida. O objetivo deste projeto foi estudar o comportamento fluidodinâmico de misturas de partículas de areia e bambu (in natura e na forma de carvão proveniente de processo de pirólise) visando à obtenção de parâmetros inerentes à fluidização dessas misturas, bem como analisar o efeito da degradação térmica da partícula de bambu sobre a fluidização do leito. A análise foi realizada a partir do levantamento experimental da curva fluidodinâmica em sistema de leito fluidizado operando a frio, com diferentes composições das misturas bambu-areia e carvão-areia. Adicionalmente foi verificada a influência do tamanho das partículas de areia e da altura estática do leito sobre a fluidodinâmica do leito. Os resultados mostraram que a melhor qualidade da fluidização do leito contendo partículas de bambu in natura foi obtida usando a areia identificada como areia 3 (diâmetro médio de 460 µm), relação entre a altura estática do leito e o diâmetro do leito igual à unidade (H/D = 1) e máximo teor de biomassa no leito igual a 5% (em massa). No entanto, esse tamanho areia não forneceu boas condições de fluidização para a mistura carvão-areia. A utilização da Umf do material inerte para o projeto de reatores de pirólise, utilizando partículas de bambu como combustível, não é recomendável, uma vez que a presença de apenas 5 % (em massa) de bambu in natura aumenta o valor da Umf em 20 %, enquanto que esse aumento é de 10 % no leito contendo carvão de bambu. Espera-se que os resultados obtidos neste estudo forneçam dados úteis para o projeto de reatores que utilizam a tecnologia de leito fluidizado. Pretende-se também contribuir para o entendimento da fluidodinâmica de sistemas que utilizam misturas de biomassas e areia para geração de energia.The use of biomass in power generation processes such as combustion, pyrolysis and gasification, operating with the fluidized bed technology, has received increasing attention in recent decades. These systems require the addition of inert particles to promote a stable fluidization, allowing the improvement of process efficiency. Among the biomasses with potential for sustainable power generation is bamboo, which presents similar properties to other biomasses used in energy generation processes, with the advantage of rapid growth, easy propagation, vigorous regeneration and quick maturity. In addition, its properties allow the recovery of environmentally degraded areas. The objective of this research was to study the hydrodynamics behavior of fluidized beds composed by mixtures of sand and bamboo particles (in natura and in the form of coal from pyrolysis process). Parameters inherent to fluidization of these mixtures, as well as the effect of thermal degradation on the fluidization process of bamboo particles are analysed. The analysis was performed from hydrodynamics curves obtained in an experimental system operating at room temperature, with different compositions of bamboo in nature and bio-char in the bed. Additionally, the influences of sand particle size and static bed height on the fluidized bed hydrodynamics were verified. Results showed that the best quality of fluidization of the studied mixtures was achieved using sand particles 460 ?m diameter (sand 3), static bed height and column diameter ratio equal to unity (H/D = 1) and maximum weight fraction of bamboo in the bed equal to 5%. However, this size of sand particles did not provide a good quality of fluidization for coal-sand mixture. The Umf of the inert material is not recommended to be used in the design of pyrolysis reactors as the addition of 5 wt% of bamboo in natura in the bed causes an increment of 20 % on Umf while this increment is 10 % for the bed containing bamboo char. Results obtained from this study could provide useful data for the design of fluidized bed reactors that operate with bamboo particles. It is also intended to contribute on understanding the hydrodynamics behavior of fluidized beds using mixtures of biomass and sand for power generation