Leitos fluidizados sólido-líquido: escoamento do fluido, dinâmica dos grãos e formação de padrões

Resumo

Um leito fluidizado é basicamente uma suspensão de partículas sólidas (grãos) em um duto vertical submetida a um escoamento ascendente de gás ou líquido. Dispositivos empregando leitos fluidizados são bastante utilizados para a gaseificação de combustíveis sólidos devido às excelentes características de transferências de calor e massa proporcionadas em leitos fluidizados, mas também na classificação de materiais granulares a serem separados, como ocorre em sistemas de purificação de água ou de seleção de grãos na indústria química. Leitos uniformemente fluidizados são raramente encontrados em aplicações práticas, e normalmente instabilidades, que se manifestam na forma de ondas transversais, de bolhas, ou de bolhas alongadas, podem aparecer. Além disto, em leitos polidispersos é comum a segregação de grãos e a estratificação do leito. Este projeto propõe um estudo experimental e numérico da dinâmica dos grãos, das instabilidades do leito, e do escoamento do líquido. Para a parte experimental, diferentes leitos fluidizados serão formados em tubos transparentes, e os movimentos de grãos individuais e as instabilidades do leito serão filmados utilizando-se câmera de alta velocidade, e o escoamento do fluido será medido por PIV (Particle Image Velocimetry) de baixa frequência (4 Hz) e visualização com câmera de alta velocidade e laser contínuo, utilizando casamento de índices óticos entre os grãos e o líquido. Códigos numéricos serão escritos para o tratamento automático das imagens do leito, obtendo-se assim os deslocamentos de grãos individuais e os comprimentos de celeridades dos clusters. Para a parte numérica, simulações serão realizadas utilizando um método CFD-DEM (Computational Fluid Dynamics - Discrete Elemento Method). Dos resultados experimentais e numéricos, espera-se obter as trajetórias dos grãos individuais, e identificar as transferências de quantidade de movimento líquido-grãos, grãos-grãos e grãos-paredes. (AU)