Tamanho da fonte: 

Leitos fluidizados líquido-sólido são amplamente utilizados em uma série de processos industriais, tais como em filtros granulares, processos de cristalização, adsorção, troca iônica, floculação, eletrólise e biorreatores. As colisões partícula-partícula e partícula-parede possuem um papel crucial em escoamentos fluido-sólido, uma vez que podem afetar o acúmulo e dispersão das partículas e, consequentemente, a expansão do leito.

Este projeto teve como objetivo a investigação de leitos fluidizados líquidos através do uso do código aberto CFDEM®coupling. Diferentes geometrias de leito e partículas com diferentes propriedades foram avaliadas a fim de se determinar sua influência sobre a expansão do leito. Também foi realizado um estudo de malha, visando analisar se o padrão do refino da malha de cálculos utilizado no estudo do leito seria o mais adequado.

O estudo em questão abrangeu a simulação de um leito fluidizado líquido, considerando a interação das partículas entre si e com a superfície da coluna. Sendo testados diferentes materiais para as partículas e diferentes geometrias para o leito. Os diâmetros da coluna foram variados entre 800mm e 75 mm (800; 700; 600; 500; 400; 300; 250; 190,5; 150; 125; 100; 90 e 75) por 900 mm de altura. Para as velocidades terminais de 43,9; 49,7; 55,5; 61,4 e 67,2 mm/s, com partículas de plástico ABS de 5,87 mm de diâmetro, variando-se os parâmetros de coeficiente de fricção e de deslizamento partícula-partícula e partícula-parede para estas simulações. Para o estudo do refino da malha, foram testadas 11 malhas com padrão “o-grid” na região central.

A metodologia em empregada baseou-se no Método dos Elementos Discretos (DEM) e em técnicas de CFD. O modelo de Hertz foi utilizado para estimar as forças resultantes do processo de colisão entre as partículas e das partículas com as paredes. Os campos de velocidade e pressão do fluido foram determinados pelo emprego de técnicas de CFD, envolvendo a solução das equações de Navier-Stokes pelo Método dos Volumes Finitos. O código CFDEM®coupling, que acopla os dados obtidos pelo OpenFOAM® para o fluido, aos dados obtidos pelo LIGGGHTS® para as partículas, foi empregado neste estudo.

Os resultados analisados foram em relação à expansão do leito para cada simulação, com respectivo diâmetro de coluna, velocidade terminal e parâmetros de coeficiente de fricção e deslizamento partícula-partícula e parede-parede.

Ao analisar simulações com colunas de diferentes diâmetros, foi possível observar que para colunas com menores diâmetros, de uma forma geral, houve uma menor expansão do leito. Esta expansão aumentou à medida em que se também aumentou o diâmetro da coluna, contudo, a diferença no aumento foi cada vez menor à medida em que o diâmetro aumentava. Em relação às malhas, observou-se que embora não fosse a melhor malha possível de ser utilizada, a malha empregada nos estudos anteriores gerou uma resposta positiva ao objetivo traçado para o projeto.

Baseando-se nos resultados obtidos, foi possível inferir que os efeitos de parede em um leito fluidizado líquido se mostram mais presentes em diâmetros de coluna menores, sendo atenuados à medida em que se aumenta o diâmetro da coluna.

Fluidodinâmica computacional; Método dos Elementos Discretos; Leito fluidizado líquido-sólido; Coeficientes de fricção; Estudo de malha.