Estudo experimental e de simulação da dinâmica de material particulado em tambor rotatório com suspensores

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Drying is a unit operation present in several industrial processes; one of the most widely used equipment for drying are flighted rotary dryers, which are cylindrical drums with flights in order to elevate the material and shower it over the cross section. Understanding the solids discharge profiles is extremely important to describe the behavior of particles in them. For this, usually are used rotating drums with flights without the presence of the drying air, to facilitate the measurement of particle dynamics in these processes. The computational fluid dynamics (CFD) is a very viable and increasingly used method that coupled with experimental work can provide excellent results. In the use of computational fluid dynamics, to simulate the dynamics of a particulate material in a rotating drum with flights, was used the Euler-Euler approach. In order to compare with the experimental results, was developed a method of image analysis that allows estimate the holdup on flights through the area of the mass fractions on the cross sections of the drum. Thus, the work aimed to study the influence of material type, particle diameter and rotation speed in the behavior of particles in a rotating drum with flights and the design load. Also, it was analyzed the influence of these variables for the dynamic friction coefficient for the glass beads and it was observed that the particle diameter influenced the dynamic friction coefficient and hence the particles discharge profile. The results of holdup in function of angular position were very important to verify the effects of the dynamic operating variables of the particles. Furthermore, in the CFD modeling, it was ranged the limits of frictional viscosity and it was possible to obtain values very close to the experimental one. According to the limit of frictional viscosity that was closest to the experimental results, in which it should be applied in any region of the drum, the results allowed an interpretation on the nature of the numerical solver (FLUENT ®), as well as the interpolations generated between one cell and another of the computational mesh. A secagem é uma operação unitária presente em vários processos industriais. Um dos equipamentos mais usados para a secagem são os secadores rotatórios, que são tambores cilíndricos dotados de suspensores, que ao girarem promovem o cascateamento do material particulado. A compreensão dos perfis de descarga de sólidos dos suspensores é importante para seu dimensionamento. Para isto, geralmente são utilizados tambores rotatórios com suspensores, sem a presença do ar de secagem, que facilitam as medidas da dinâmica das partículas nestes processos. Um método bastante viável e cada vez mais utilizado é a fluidodinâmica computacional, que aliada aos trabalhos experimentais pode fornecer resultados que ajudam na melhor compreensão dos fenômenos envolvidos. Utilizou-se para os estudos em fluidodinâmica computacional o software comercial FLUENT®, com a abordagem Euler-Euler. Com a finalidade de comparar com os resultados experimentais, desenvolveu-se um método de análise de imagens que permite através da área das frações mássicas, nas seções transversais do tambor, quantificar o holdup nos suspensores, visto que o software não o fornece de forma direta. Desta maneira, o trabalho teve como objetivo estudar a influência do tipo de material, diâmetro de partícula e velocidade de rotação no perfil de descarga das partículas em um tambor rotatório com suspensores e no carregamento ideal. Foi também analisada a influência destas variáveis no coeficiente de atrito dinâmico para as esferas de vidro e observou-se que o diâmetro da partícula influencia no coeficiente de atrito dinâmico e consequentemente no perfil de descarga das partículas. Os resultados do perfil de variação de carga nos suspensores foram bastante conclusivos para se verificar os efeitos das variáveis operacionais na dinâmica das partículas. Além disso, na modelagem em CFD, variou-se os limites de viscosidade friccional e foi possível obter valores de holdupcondizentes com os experimentais. De acordo com o limite de viscosidade friccionalem que o perfil de descarga mais se aproximou dos resultados experimentais,esta deveria ser aplicada em qualquer região do leito, os resultados permitiram uma interpretação sobre a natureza numérica do resolvedor FLUENT®, assim como as interpolações geradas entre uma célula e outra da malha computacional. Mestre em Engenharia Química