Professor responsável: Carlos Alberto Severo Felipe

Linha de pesquisa: Termofluidodinâmica

Descrição: De modo geral, leitos fluidos podem ser utilizados para a realização de diversas operações unitárias e processos, tais como recobrimento de partículas, gaseificação de carvão, crackeamento catalítico e secagem. No caso da secagem, diversos materiais podem sofrer este processo em leitos fluidos, entre eles: particulados, aglomerados, granulados, pastas, polpas, suspensões, soluções, etc. (AGHBASHLO et al., 2014). Dependendo do tipo de material a ser seco e do teor de umidade, deve-se tomar algumas precauções para se evitar o colapso do leito (SILVA et al., 2014) e o excesso de secagem, que pode desgastar o produto e arrastá-lo juntamente com o ar em movimento ascendente. A fim de zelar pela qualidade do produto mantendo sua especificação e evitar perdas no processo, o monitoramento para determinação das condições de operação adequadas e o ponto final ótimo de secagem se faz necessário (BRIENS e BOJARRA, 2010). Além disso, o monitoramento em leitos fluidizados para processos em larga escala assegura reprodutibilidade do produto final, redução do número de falhas nos lotes, prevenção de possíveis problemas de segurança e redução dos custos energéticos e de pessoal (SILVA et al., 2014). Todavia, as formas mais comuns para realizar esse monitoramento de acordo com a literatura correspondem a registros de parâmetros como: temperatura de bulbo seco e de bulbo úmido do ar na entrada e na saída do leito, temperatura do leito de partículas, variação da queda de pressão e da temperatura através do leito e conteúdo de umidade nas partículas. O acompanhamento de todos estes parâmetros permite controlar o regime de fluidização (SHABANIAN et al., 2017a; SHABANIAN et al., 2017b; SILVA et al., 2014) e determinar o ponto final (AGHBASHLO et al., 2014; BRIENS e BOJARRA, 2010; LIPSANEN et al., 2008) em vários processos executados em leito fluidizado. Ademais, a escolha da técnica ou processo para o monitoramento do regime de fluidização sofre influência de diversos aspectos como facilidade de manuseio, custo de sensores, precisão e confiabilidade nas medidas, possibilidade de controle em tempo real e avaliação de vantagens e desvantagens (SILVA et al., 2014). No entanto, os trabalhos encontrados na literatura têm mostrado que, através de experimentos de defluidização, ao se aproximar do colapso completo, ocorre redução gradual da média da queda de pressão diferencial no leito comparada à média obtida em condições adequadas de fluidização. Além disso, há aumento da diferença de temperatura entre uma leitura logo acima da placa distribuidora e outras leituras a níveis mais elevados no interior do leito. Esse comportamento evidencia o começo da aglomeração (SHABANIAN et al., 2017a; SHABANIAN et al., 2017b) e um nível de fluidização precária no processo. Com efeito, a medição da pressão em leitos fluidizados possibilita uma vasta quantidade de dados experimentais em um custo razoável por meio de um método não intrusivo de fácil implementação. Quando a amostragem é realizada utilizando frequência satisfatória, o sinal fornece informações bastante úteis a respeito da dinâmica do fluxo, tais como: formação, passagem, coalescência e erupção de bolhas de fluido, expansão do leito, transição entre regimes de fluidização, início da ocorrência de arraste significativo de partículas. Quanto às medidas de temperatura, fornecem dados pontuais sobre a hidrodinâmica do leito. Essas informações referenciam o grau de mistura de sólidos no interior do leito, ou seja, quanto mais uniforme o perfil de temperatura se apresenta, tanto melhor é a qualidade da mistura interna de sólidos (SHABANIAN et al., 2017a). Devido às medidas de pressão e temperatura serem capazes de fornecer informações sobre a hidrodinâmica e o estado de fluidização das partículas e do leito como rotina industrial (SHABANIAN et al., 2017a), o monitoramento simultâneo das medidas de queda de pressão e temperatura na operação de secagem em leito fluidizado pode se mostrar uma alternativa promissora para a verificação online da qualidade da fluidização e principalmente para a obtenção de uma relação dessas medidas com a curva de secagem de diferentes materiais. Com a finalidade de alcançar essa relação e identificar diferentes padrões de comportamento durante os períodos de taxa constante e decrescente, as séries temporais de pressão e temperatura podem ser tratadas nos domínios do tempo e da frequência. As análises no domínio do tempo são as mais simples, e um método frequentemente utilizado é indicar os dados, sobretudo as flutuações de pressão, por meio do desvio padrão das medidas, a fim de identificar a amplitude dos sinais. A literatura salienta que, além do desvio padrão das flutuações de pressão fornecer informações muito úteis quanto à identificação de regimes de contato (VAN OMMEN et al., 2011), qualidade da fluidização e tamanho das bolhas (WORMSBECKER et al., 2009), ele também pode ser correlacionado com o teor de umidade das partículas (DE MARTÍN et al., 2011). Para as análises no domínio da frequência, a transformada de Fourier é bastante empregada no tratamento dos dados de pressão. O método da transformada rápida de Fourier, que possibilita a obtenção de espectros de potência das medidas de pressão é o mais comum (VAN OMMEN et al., 2011), e consiste na determinação da faixa de frequência de flutuações e na identificação de uma frequência dominante. Na operação de secagem, há uma correlação entre as características dos espectros com o teor de umidade das partículas, indicado por uma alteração da frequência dominante quando o ponto final de secagem é atingido (DE MARTÍN et al., 2011). Para detectar descontinuidades no sinal, remover ruído e comprimir dados, através da representação de um sinal nos domínios do tempo e da frequência simultaneamente, a análise Wavelet tem apresentado bons resultados na aplicação em medidas provenientes de leitos fluidizados (VAN OMMEN et al., 2011). Embora diversos autores tenham obtido resultados promissores em relação ao acompanhamento de operações em leito fluidizado, através do emprego de vários métodos diferentes para a análise das medidas de pressão, o estudo da variável temperatura parece ser ainda um ponto a ser explorado. Visto que o controle de temperatura é extremamente importante na operação de secagem, o tratamento dessas medidas remete a boas expectativas quanto ao acompanhamento do processo e à determinação da umidade crítica e do ponto final da secagem.