Transporte pneumático horizontal de partículas de baixa densidade: proposta de um sistema de alimentação e estudos de fluidodinâmica

Autor: Giovani Aud Lourenço
Přispěvatelé: Duarte, Claudio Roberto, Ataíde, Carlos Henrique, Souza, Francisco José de, Pereira, Mariana Seixas, Malagoni, Ricardo Amâncio, Bettega, Rodrigo
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFU
Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
instacron:UFU
DOI: 10.14393/ufu.te.2019.25
Popis: IFG - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Goiás O sistema de transporte pneumático em fase diluída apresenta muitas vantagens para aplicações industriais, dentre as quais se destacam a simplicidade de operação, manutenção e controle. Comparado ao transporte em fase densa, o risco de entupimento da tubulação é reduzido quando bem projetado. Para isso, deve-se estar atento às propriedades das partículas, pois elas afetam significativamente o desempenho do sistema de alimentação e a queda de pressão na linha. Neste trabalho foi construído um loop de transporte pneumático para operação em fase diluída com o objetivo de estudar um sistema de alimentação eficiente para quatro partículas diferentes. Os materiais estudados foram divididos em dois grupos: os pós (MDF e finos de bagaço de cana de açúcar - BCA) e os grãos (malte pilsen e trigo), escolhidos em função das diferentes classificações no diagrama de Geldart. Como se trata de uma unidade experimental de transporte pneumático positivo, a alimentação acontece após o compressor através de uma válvula rotativa. Devido à contrapressão na linha, materiais com baixa densidade bulk (MDF e BCA) apresentaram descontinuidade durante a alimentação, diminuindo o desempenho do sistema de transporte pneumático. Assim, foi testado um sistema de alimentação que operava com o silo fechado, dois motovibradores e um Tee de alimentação para garantia de uma alimentação homogênea. O estudo realizado mostra que para as partículas de MDF e BCA a velocidade do ar na linha afetava consideravelmente a taxa de alimentação. Uma correlação empírica não linear foi desenvolvida, capaz de prever a eficiência da taxa de alimentação do sistema de transporte pneumático com precisão, sendo o coeficiente de correlação de 88,73%. Ainda no sistema de alimentação, foi proposto um modelo empírico para previsão da queda de pressão no Tee de alimentação, sendo o coeficiente de correlação do modelo de 98,25%. Como uma ferramenta complementar aos estudos experimentais do Tee de alimentação, as simulações numéricas em CFD (Fluidodinâmica Computacional) foram realizadas para a previsão da queda de pressão. O modelo utilizado foi o Euleriano Granular Multifásico e os resultados contribuíram para a compreensão da dispersão das partículas na câmara de mistura, sendo possível avaliar a influência da geometria do Tee na taxa de alimentação de sólidos. Considerando a perda de carga uma variável importante no projeto dos sistemas de transporte pneumático, também foram avaliados os modelos disponíveis na literatura para previsão da queda de pressão em trechos horizontais. De acordo com as partículas e condições experimentais estudadas, o modelo desenvolvido por Yang (1974) é o que se aproxima mais dos resultados experimentais, com desvios médios de 7,13% para o MDF e 14,57% para BCA. The diluted phase pneumatic conveying system offers many advantages for industrial applications, among which stand out the simplicity of operation, maintenance and control. Compared to dense phase conveying, the risk of pipe clogging is reduced when well designed. For this, one should be aware of the properties of the particles, as they significantly affect the performance of the feed system and the pressure drop in the line. In this work, a pneumatic conveying loop was constructed for diluted phase operation in order to study an efficient feeding system for four different particles. The studied materials were divided in two groups: the powders (MDF and sugar cane bagasse fines - BCA) and the grains (malt pilsen and wheat), chosen according to the different classifications in the Geldart diagram. As this is an experimental positive pneumatic conveying unit, the feed takes place after the compressor through a rotary valve. Due to backpressure in the line, materials with low bulk density (MDF and BCA) showed discontinuity during feeding, disrupting the performance of the pneumatic conveying system. Thus, it was tested a feeding system that operated with the closed silo, two vibrators electric motors and a feeding Tee to guarantee a homogenous feeding. The study showed that for the particles of MDF and BCA the air velocity in the line affected the feed rate considerably. A nonlinear empirical correlation was developed, capable of predicting the feeding rate efficiency of the pneumatic conveying system with precision, with a coefficient of determination of 88.73%. Also in the feeding system, an empirical model was proposed to predict the pressure drop in the feed tee, with the correlation coefficient of the model being 98.25%. As a complementary tool to the experimental studies of feeding Tee, numerical simulations in CFD (Computational Fluid Dynamic) were carried out to the prediction of the pressure drop. The model used was the Eulerian Granular Multiphase and the results contributed in the understanding of the dispersion of the particles in the mixing chamber, being possible to evaluate the influence of the geometry of the Tee in the feed rate of solids. Considering the pressure loss an important variable in the design of the pneumatic conveying systems, we also evaluated the models available in the literature to predict the pressure drop in horizontal stretches. According to the particles and experimental conditions studied, the model developed by Yang (1974) is the closest to the experimental results, with mean deviations of 7,13% for MDF and 14,57% for BCA. Tese (Doutorado)
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: