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Título: Análise experimental e numérica do escoamento ar-areia-compósito PEBD/AI em leito fluidizado
Autor(es): Freitas, Thaís Magnago
Orientador: Bacelos, Marcelo Silveira
Coorientador: Ribeiro, Daniel da Cunha
Data do documento: 15-Dez-2015
Citação: FREITAS, Thaís Magnago. Análise experimental e numérica do escoamento ar-areia-compósito PEBD/AI em leito fluidizado. 2015. 90 f. Dissertação (Mestrado em Energia) - Programa de Pós-Graduação em Energia, Universidade Federal do Espírito Santo, Centro Universitário Norte do Espírito Santo, São Mateus, 2015.
Resumo: No contexto atual em que é visado o máximo aproveitamento energético em rotas de recuperação de resíduos sólidos, a pirólise é uma técnica promissora. No âmbito dos resíduos cartonados, esta tecnologia é a única que permite recuperação do alumínio. Em larga escala de produção, o reator de leito fluidizado é uma alternativa apropriada de sistema de contato gás-sólido para pirólise rápida de compósito polietileno-alumínio (PEBD/Al). Entretanto, ainda é necessário uma maior compreensão da fluidodinâmica do leito fluidizado composto por estas partículas. Assim, este estudo tem como objetivo analisar a fluidodinâmica de partículas de compósito polietileno-alumínio (ρs = 1039 kg/m³, ds = 550 μm) e de areia (ρs = 2567 kg/m³, ds = 550 μm) em leito fluidizado de maneira a contribuir com a aplicação deste equipamento como um reator de pirólise de compósito de resíduos cartonados. Para tanto, ensaios fluidodinâmicos são realizados para obtenção de dados experimentais de queda de pressão no leito como uma função da velocidade do ar na coluna. Medições de altura do leito são efetuadas para o cálculo da porosidade. O escoamento multifásico é analisado através da técnica da fluidodinâmica computacional usando uma abordagem Euleriana-Granular. A velocidade mínima de fluidização é obtida através da curva característica experimental e por equações advindas na literatura. Seu valor decresce à medida que a fração de compósito aumenta, apresentando valores experimentais de 0,32; 0,30; 0,28; 0,24; 0,22 e 0,13 m/s, para os sistemas compostos por areia, mistura 1 (95% areia), mistura 2 (90% areia), mistura 3 (80% areia), mistura 4 (70% areia) e compósito, respectivamente. Nas condições operacionais utilizadas, os regimes de escoamentos presentes na fluidização de partículas de compósito e areia são: leito fixo, fluidizado borbulhante e fluidizado pulsado. Para o leito operando com misturas de compósito e areia, a segregação é indesejável e ocorre somente para baixas velocidades de escoamento de ar. O modelo de arraste de Syamlal-OBrien (1989) parametrizado representou, de maneira satisfatória, o escoamento de partículas de compósito e areia no leito fluidizado em estudo. A investigação da fluidodinâmica de misturas de polietileno-alumínio e areia em leito fluidizado é uma etapa fundamental para determinação da razão entre estes componentes e das condições operacionais ótimas a serem utilizadas na pirólise destes resíduos.
In the current context in which is endorsed the maximum energy use on recovery routes of solid waste, pyrolysis is a promising technique. In the context of carton packaging waste, this technology is the only one that allows aluminum recovery. In large-scale production, the fluidized bed reactor becomes a promising technique of gas-solid contact system for pyrolysis of polyethylene-aluminum composite (LDPE/Al). However, it still needs a better understanding of polyethylene-aluminum particles fluid dynamics in fluidized bed. In this sense, this study aims to analyze the fluid dynamics behavior of composite (ρs = 1039 kg/m³, ds = 550 µm) and sand (ρs = 2567 kg/m³, ds = 550 µm) particles in fluidized bed in order to contribute to the application of this reactor in pyrolysis of carton packaging waste. To achieve that goal, fluid dynamics tests are carried out to obtain experimental data of pressure drop and bed height as functions of air velocity. A multifluid Eulerian model with granular flow extension is used to simulate the multiphase flow using computational fluid dynamic. The minimum fluidization velocity is obtained through experimental characteristic curve and equations from literature. Its values decrease as the mass fraction of composite in mixture increase, with experimental values of 0,32; 0,30; 0,28; 0,24; 0,22 and 0,13 m/s for systems operating with sand, mixture 1 (95% sand), mixture 2 (90% sand), mixture 3 (80% sand ), mixture 4 (70% sand) and composite, respectively. Restricted to the conditions studied, the flow patterns present in polyethylene-aluminum and sand fluidization are: fixed bed, bubbling fluidized bed and slugging fluidized bed. For the fluidized bed operating with mixtures of composite and sand the segregation phenomena is undesirable and only occurs for low air velocities. The Syamlal-O’Brien (1989) parametric momentum exchange coefficient was appropriate to perform the polyethylene-aluminum flow in fluidized bed. The fluid dynamic behavior investigation of these mixtures in fluidized bed is a fundamental step to determine the ratio of sand and composite and optimal operating conditions to be used in the pyrolysis of these waste.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/5352
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