Hidrodinâmica da fluidização de biomassa e inertes em leito fluidizado

Abstract

Resumo: Foram realizados ensaios experimentais para estudo da hidrodinâmica da fluidização de misturas de biomassa e material inerte. As amostras de biomassa consistiram em restos de madeira originados do corte das árvores e da preparação da madeira, de origens diferentes, sem um padrão uniforme de tamanho e forma; e o material inerte empregado para a fluidização destas foi areia de diâmetros e densidades diferentes. Os materiais foram estudados individualmente quanto ao diâmetro e à velocidade de mínima fluidização (umf). Foram fluidizadas misturas de 0,5; 1,0; 1,5; 2,6 e 5,3% em massa de biomassa. Os experimentos foram conduzidos em uma coluna cilíndrica de vidro de 15,3 cm de diâmetro e 70 cm de altura. O diâmetro característico (dp.Ø) dos dois tipos de biomassa empregados foi obtido indiretamente utilizando os dados experimentais de perda de carga da biomassa em leito fixo e aplicando a equação de Ergun. A umf da biomassa foi prevista teoricamente pelo balanço de forças no leito. Para o material inerte e para as misturas a umf foi determinada pela aplicação de métodos gráficos aos dados experimentais da fluidização destes e por modelos matemáticos de previsão da umf encontrados na literatura. Nas duas situações os modelos teóricos subestimaram os valores da umf encontrados experimentalmente. Os resultados mostraram comportamentos bem diferentes para cada amostra de biomassa. A biomassa formada por partículas mais longas e finas, com maior teor de umidade e maior densidade apresentou aumento da perda de carga com o aumento da quantidade de biomassa enquanto leito fixo e após o início da fluidização a tendência da perda de carga foi diminuir ao aumentar-se a quantidade de biomassa. Para a biomassa formada por partículas de menor comprimento e maior largura, com menor teor de umidade e menos densas, durante todo o procedimento verificou-se o aumento da perda de carga com a diminuição da quantidade de biomassa. Além disso, também foi avaliada a influência da segregação das partículas e do procedimento de fluidização e de defluidização na umf.

Abstract: A set of experiments was carried out to study the hydrodynamics of fluidization of biomass and inert material. The biomass samples consisted of wood residuals from the trees that were cut down and from the preparation of the wood, from different origins, without a uniform pattern of size or shape; the inert material employed to provide the fluidization of the biomass was sand of several diameters and densities. The materials were studied with special concern to its diameter and minimum fluidization velocities (umf). Mixtures with biomass contents of 0.5, 1.0, 1.5, 2.6 and 5.3% in a mass basis were fluidized. The tests were performed in a cylindrical glass column with 15,3cm of diameter and 70cm high. The characteristic diameter (dp.Ø) of all the biomass samples analyzed in this study was obtained indirectly by means of experimental data of biomass pressure drop profile in fixed beds and applying the Ergun equation. The biomass umf was theoretically predicted by the bed forces balance. The inert material and the mixture had its umf determined by graphical methods applied to the experimental fluidization data and by mathematical methods found in the literature for the umf prediction. In both situations the theoretical methods underestimated the umf values obtained in laboratory. The results showed very different behaviors for each biomass sample. The biomass formed by longer and thinner particles, with greater moisture and greater density, exhibited growth in the pressure drop in fixed bed regime. After the beginning of the fluidization the pressure drop in the bed tends to reduce with the growth of the biomass content in the mixture. The biomass consist by smaller and thicker particles, with lesser moisture and densities, exhibited growth in the pressure drop profile with the reduction of the biomass content. The influence of particle segregation, fluidization procedures and defluidization procedures on the umf was also analyzed.