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Universidade Federal de São João Del ReiDepartamento de Engenharia Química e Estatística

Laboratório de Engenharia Química II

Prática 2

Leito Fixo e Leito Fluidizado

Amanda Coelho

Bryann Mota

Pedro Drumond

Raphael Brigagão

Ouro Branco, Junho de 2013


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SUMÁRIO

1. RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................................................. 1

2. CONCLUSÃO .............................................................................................................. 4

3. ANEXOS ....................................................................................................................... 5

3.1. Memória de Cálculo .............................................................................................. 5


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1

1. RESULTADOS E DISCUSSÃO

A partir dos dados coletados e cálculos realizados, foi possível a construção das Tabelas 1

e 2 . Dessa forma, foram construídos gráficos da queda de pressão em função da

velocidade superficial, do logaritmo da queda de pressão em função da velocidade

superficial e da altura do leito em função da velocidade superficial. Os gráficos estão

representados nas F igu ras 4, 5 e 6 .

Figura 4 – Curva perda de carga versus velocidade superficial

Figura 5 – Curva log da perda de carga versus velocidade superficial

2500

2700

2900

3100

3300

3500

3700

3900

4100

0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250

P e r d a d e c a r g a ( P a )

Velocidade superficial (m/s)

3,46

3,48

3,50

3,52

3,54

3,56

3,58

3,60

3,62

0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250

L o g ( ∆ P ) ( m

)



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2

Figura 6 – Curva altura do leito versus velocidade superficial

Pela Figura 4 , observa-se que na velocidade de 0,041 m/s a força de atrito entre as

partículas provoca um aumento da velocidade e consequentemente o aparecimento de um

ponto de maior perda de carga antes da fluidização. Logo esta velocidade é considerada a

velocidade mínima de fluidização, e a mesma corresponde a uma perda de carga de

mínima fluidização de 3667 Pa. Até tal ponto o leito tem altura de 0,071m. A partir deste

ponto o leito é considerado fluidizado.[1]

Através das correlações de Pavlov, Romankov, Noscov e das equações de Ergun e

de balanço é possível determinar os valores de velocidade, porosidade, altura e queda de

pressão de mínima fluidização. Estes valores são apresentados na Tabela 1 relacionando os

valores experimentais aos valores calculados, os seus respectivos desvios e as equações

correspondentes.[2]

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250

A l t u r a d o l e i t o ( m )



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Tabela 1 – Valores experimentais, teóricos e o respectivo desvio entre si das variáveis

analisadas.

- Experimental Teórico Desvio percentual

Velocidademínima de

fluidização

(m/s)

0,041 0,037 9,8

Altura mínima de

fluidização

(m)

0,071 0,083 14,5

Porosidade de

mínima

fluidização

0,28 0,38 26,3

Queda de pressão

de mínima

fluidização

(Pa)

3667

6718(Ergun)

766

(Balanço de forças)

79

41

O tipo de fluidização foi calculado de acordo com as correlações de Wilhelm e

Kwauk. O valor do número de Froude apresentado foi de 0,036 para a velocidade de

mínima fluidização experimental e 0,044 para a velocidade de mínima fluidização

calculada. Este dois valores são menores que 0,13, logo a fluidização é considerada

particulada para o critério do número de Froude.[4]


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4

2. CONCLUSÃO

Através da discussão dos dados, observa-se os desvios entre os valores de

porosidade, altura e velocidade de mínima fluidização calculado e experimental

relativamente baixos, no entanto, para a queda de pressão de mínima fluidização o desvio

entre o valor calculado e experimental apresentou um valor muito alto. Isso pode ser

resultado da não consideração da queda de pressão na tela que suporta as esferas do leito, a

mesma gera uma perda de carga que deve ser subtraída dos valores coletados

experimentalmente. Já as correlações de Ergun e de balanço de forças efetuam os cálculos

considerando apenas o leito de fluidização. Assim, estas correlações denotam maior

confiabilidade neste experimento.

Uma melhoria significativa na precisão dos dados coletados pode ser alcançada

lançando mão de equipamentos de medição, tais como rotâmetros e manômetros, digitais.


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3. ANEXOS

3.1. Memória de Cálculo

- Cálculo da perda de carga

A perda de carga pode ser calculada pela equação 18:

( ) (18)Em que é a altura de tetracloreto de carbono no tubo em ‘U’, é o pesoespecífico do tetracloreto de carbono igual a 15900 N/m³,

é o peso específico da água

igual a 10000 N/m³ e é a distância entre a tomada de pressão imediatamente acimado distribuidor e a tomada de pressão da sonda na parte superior do leito.

O cálculo da perda de carga para o primeiro ponto foi feito da seguinte forma:

Para os demais pontos os cálculos foram feitos de forma análoga e os valores estão

dispostos na Tabela 3 .

- Cálculo da velocidade superficial

A velocidade superficial pode ser calculada pela equação 19:

(19)Em que é a velocidade de escoamento, é a vazão mássica da água, é a massaespecífica da água e é o diâmetro do leito.Para o primeiro ponto, o valor da velocidade superficial foi calculado da seguinte forma:


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6

Para os demais valores obtidos os cálculos foram feitos de forma análoga e os valores estão

dispostos na Tabela 3 .

- Cálculo das vazões mássicas

As vazões mássicas foram calculadas através da equação 20:

(20)Em que é a massa de água coletada e é o tempo de coleta.Para o primeiro ponto, o valor da vazão foi calculado da seguinte forma:

Para os demais valores obtidos os cálculos foram feitos de forma análoga e os valores estão

dispostos na Tabela 2.


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Tabela 2 – Valores de vazão mássica, vazão mássica média, diferença de altura dotetracloreto de carbono no tubo em ‘U’ e altura do leito para cada ponto observado.

Ponto Vazão(Kg.s-1)

Vazão Média(Kg.s-1)

Htetra (cm) L (cm)

10,0110,010

0,010

0,010

( 0,00029) 1 7,1

0,012

0,012

0,0122 0,012 1 7,1

( 0,00034)

0,048

0,045

0,0493 0,047 11,3 7,1

( 0,0019)

0,066

0,065

0,0644 0,065 9,8 8

( 0,00073)

5

0,113

0,1090,122 0,115 12,9 10( 0,0056)

60,157

0,141

0,139

0,146

( 0,0081) 13,9 12

70,258

0,258

0,271

0,262 17 25

( 0,0063)


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Tabela 3 – Valores de perda de carga, logaritmo da perda de carga e a velocidadepara cada ponto observado.

Ponto P(Pa) Log( P) u(m/s)

1 3059 3,49 0,009

2 3059 3,49 0,010

3 3667 3,56 0,041

4 3578 3,55 0,057

5 3761 3,58 0,10

6 3820 3,58 0,13

7 4003 3,60 0,23

Tabela 4 – Massa de água coletada e seu respectivo tempo de coleta.Ponto Massa(Kg) Tempo(s)

10,0580

0,0580

0,0560

5,90

5,50

5,50

20,0660

0,06800,0620

5,50

5,475,34

30,252

0,222

0,250

5,28

4,97

5,07

40,358

0,340

0,326

5,43

5,25

5,08

50,528

0,532

0,626

4,69

4,88

5,12

60,816

0,742

0,726

5,19

5,25

5,22

71,334

1,298

1,396

5,18

5,03

5,15


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9

-Cálculo da velocidade mínima de fluidização

A velocidade mínima de fluidização foi determinada a partir da equação 11 e considerando

:

-Cálculo do Re

O valor de Re também pode ser calculado pela correlação:

√

-Cálculo da porosidade no ponto de mínima fluidização

De acordo com a equação 12, a porosidade no ponto de mínima fluidização foi calculada

da seguinte forma:

-Cálculo da altura mínima de fluidização

O cálculo da altura mínima de fluidização foi feito através das equações 13 e 14 e

considerando , pois corresponde a altura que o volume de sólidos ocuparia se a porosidade fosse nula. Assim, tem-se:


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- Cálculo da perda de carga mínima de fluidização

O cálculo da perda de carga mínima de fluidização foi feito utilizando-se a equação 13:

- Cálculo do tipo de fluidização

O tipo de fluidização pode ser determinado pelo número de Froude através da equação 17 :

Velocidade mínima de fluidização teórica:

Velocidade mínima de fluidização experimental:

- Cálculo da porosidade mínima de fluidização experimental

A porosidade mínima de fluidização experimental foi calculada utilizando a correlação:


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- Cálculo da perda de carga mínima de fluidização por equação de Ergun

A perda de carga mínima de fluidização pela equação de Ergun foi calculada pela equação

7 e esfericidade nula:

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