Avaliação da perda de carga em leito fixo de partículas irregulares utilizando xisto betuminoso, analisando a modelagem matemática através do efeito de parede e porosidade

Abstract

Resumo: Em aplicações industriais no ramo da Engenharia Química, reatores de leito fixo têm sido utilizados há mais de 70 anos. O estudo dos escoamentos de fluidos representa uma etapa importante nos processos industriais, tanto no ponto de vista de eficiência (torres de absorção), seletividade e processos de separação, quanto à absorção de gás, de extração e fluidização. A perda de carga influi na velocidade de mínima fluidização, e a influência da parede na fluidodinâmica deve ser conhecida para possibilitar a utilização de dados de laboratório em pequena escala no projeto desses sistemas. Este trabalho tem por objetivo validar os modelos matemáticos para o efeito parede na perda de carga em um leito de partículas irregulares de xisto betuminoso, envolvendo diferentes velocidades de escoamento do ar. As amostras utilizadas foram classificadas em doze faixas granulométricas utilizando peneiras, com tamanhos de partículas que variam entre 0,256 e 4,38 milímetros. Foram obtidos dados experimentais de perda de carga em função da velocidade, variando o diâmetro, em faixas de velocidade compreendendo os regimes laminar e intermediários. Os resultados mostram a influência do efeito parede na determinação experimental da perda de carga e na velocidade de mínima fluidização de partículas irregulares de diversas faixas granulométricas, sendo que, se o efeito parede não for considerado, é possível exceder a perda de carga do leito fixo. Os resultados obtidos podem ser usados para a modelagem de sistemas industriais de grandes dimensões e direcionar estudos de sistemas mais complexos.

Abstract: In industrial applications in the field of Chemical Engineering, fixed bed reactors have been used for over 70 years. The study of fluid flow is an important step in the industrial process both from the point of view of efficiency (absorption towers), selectivity and separation processes, as the gas absorption, extraction and fluidization. The pressure drop has influence in minimum fluidization velocity, and the wall effect in the fluid dynamics must be known in order to allow the use of laboratory data in small scale in the design systems. The objective of this research is to validate mathematical modelling of the wall effect in a fixed bed composed by oil shale irregular particles, involving different air velocities flow. The samples used have been classified in twelve granulometry ranges using screens, with particles sizes between 0,256 e 4,38 millimeters. Pressure drop experimental data have been acquired as a function of the velocity, varying the diameter, in velocity ranges involving laminar and transition flow. The results have shown the influence of the wall effect in the pressure drop and in the minimum fluidization velocity of irregular particles of several granulometric ranges, and that, if the wall effect was not to be considered, it is possible to exceed the fixed bed pressure drop. The results obtained can be used for the modelling of large scale industrial systems and orientate the study of more complex systems.