Artigo de lab engenharia 1

1. Universidade Federal do Pampa - Campus Bagé
Curso de Engenharia Química
Disciplina de Laboratório de Engenharia Química I (BA00232)
FLUIDIZAÇÃO
D.R. LIMA1
, G. V. BRIÃO1
, K. L. BUENO1
, M. F. HERNANDES1
, R. R. DE LIMA1
Universidade Federal do Pampa, Curso de Engenharia Química
1
e-mail: diana_eng.lima@yahoo.com.br, giani.eq@gmail.com, kauebuenodp@yahoo.com.br,
manuelafh@hotmail.com, rrochadelima@gmail.com
RESUMO- A fluidização baseia-se fundamentalmente na circulação de sólidos
juntamente com um fluido (gás ou líquido) impedindo a existência de gradientes de
temperatura, de pontos muito ativos ou de regiões estagnadas no leito; proporcionando
também um maior contato superficial entre sólido e fluido, favorecendo a transferência
de massa e calor. A eficiência na utilização de um leito fluidizado depende
primeiramente do conhecimento da velocidade mínima de fluidização. Utilizado em
uma ampla gama de indústrias, principalmente para secagem de sólidos e gases, na
queima de biomassa, na produção de ácido sulfúrico e no tratamento de resíduos
industriais. Neste trabalho e mostrado um conjunto de resultados obtidos em dois tipos
de leitos fluidizados, onde verifica-se a velocidade mínima de fluidização e obter
gráficos para o melhor estudo.
INTRODUÇÃO
Segundo Roitmam (2002), a fluidização
baseia-se na circulação de sólidos juntamente
com um fluído impedindo a existência de
gradientes de temperatura. Comporta-se num
estado intermediário entre um leito estático e
um em que os sólidos estejam suspensos num
fluxo. Ele promove um bom contato entre a
superfície das partículas sólidas e o fluido. Em
decorrência disso, consegue-se diminuir as
resistências ao transporte de calor e massa,
além de se promover uma boa mistura e
homogeneização do material.
Conforme Cremasco (2012), tais leitos
são largamente utilizados em processos
industriais por proporcionarem mistura intensa
entre a fase fluida e particulada. Exemplos
típicos de aplicações industriais de leitos
fluidizados incluem síntese e reações
catalíticas, regeneração catalítica, combustão e
gaseificação de carvão etc. os fluidizados são
também empregados em processos físicos (não
reacionais) como, por exemplo, na secagem de
partículas, recobrimento e granulação de
sólidos etc.
Figura 1: Regime de fluidização.
Um dos métodos para a determinação da
queda de pressão é calculando o ΔP somente
para o fluxo de fluido e em seguida

2. multiplicando este por um fator que leve em
conta o efeito do fluxo.
De acordo com Cremasco (2012),
Geldart identificou quatro tipos de regimes
fluidodinâmicos na fluidização e propôs um
diagrama que relaciona as características
físicas partícula (dp e ρ), conforme a figura 2,
abaixo:
Figura 2: Classificação de Geldart para
fluidização de partículas.
De acordo com Cremasco (2012), existe
dois tipos de fluidização a homogênea e
heterogênea, na homogênea é encontrada,
usualmente, quando o fluido de trabalho é
liquido, assim como, por aproximação, quando
este fluido vir a ser gás com velocidade
próxima à condição mínima de Fluidização,
utilizando-se partículas do tipo A e, em alguns
casos, partícula do tipo B. já na fluidização
heterogênea é caracterizada pela distribuição
não uniforme de concentração de partículas,
tendo em vista as propriedades de interação
entre as partículas que compõem o leito.
Cremasco (2012), afirma que a queda de
pressão em condição de mínima fluidização
(homogênea), ocorre quando força resistiva
iguala-se ao peso aparente das partículas, do
modo da equação a baixo.
−
𝑑𝑃
𝑑𝑧
− ρ = m (1)
onde, dP é a variação da pressão, dz é a
variação da altura do leito. A relação entre o
peso do leito e a massa de partículas é
demonstrado pela equação a seguir.
−∆𝑃 𝑚𝑓 =
𝑔𝑚 𝑝
á𝑟𝑒𝑎
(2)
Aonde g é a aceleração da gravidade mp
é a massa que compõe o leito.
“A permeabilidade é uma propriedade
importante na descrição do escoamento através
de um meio poroso, indica a facilidade com
que o fluido escoa através dos poros, ou seja,
um material é caracterizado por um fluido que
é forçado a atravessar um meio poroso.”
FOUST(2008)
A velocidade superficial em condição de
mínima de fluidização pode ser descrita pela
equação de Ergum.
150 [
(1− 𝜀 𝑚𝑓)
2
𝜀 𝑚𝑓
3
]
𝜇
(∅𝑑𝑝2)
𝑞 𝑚𝑓 +
1,75 (
1−𝜀 𝑚𝑓
𝜀 𝑚𝑓
3
)
𝜌
∅𝑑𝑝
𝑞 𝑚𝑓
2
= (1 − 𝜀 𝑚𝑓)(𝜌 𝑝 −
𝜌)𝑔 (5)
Segundo Cremasco (2012), a curva
característica da fluidização homogênea, é
construído correlacionando-se a queda de
pressão em função da velocidade (superficial
ou intersticial) do fluido de trabalho, conforme
se trabalha com baixos valores de velocidade o
comportamento é igual ao de leito fixo o fluido
percola (segmento AO). Ao aumentar a
velocidade do fluido, aumenta-se a queda de
pressão, aonde ocorre a máxima queda de
pressão, no ponto B, se aumentarmos mais um
pouco a velocidade teremos no ponto F o
começo do leito fluidizado que pode ser
observado a baixo.
Figura 3: queda de pressão em função da
velocidade superficial do fluido.
Assim, na medida em que se diminui a
velocidade superficial do fluido, inferior à de
mínima fluidização, as partículas se
acomodarão e a queda de pressão será
governada por equações que descrevem a
fluidodinâmica em leito fixo, contudo
apresentando valor de fração de vazios maior

3. do que aquele em leito fixo, e o leito, em tal
situação, é reconhecido como leito expandido.
MATERIAIS E MÉTODOS
Para a realização do experimento,
inicialmente foi ligada a bomba ou
compressor, dependendo do tipo de
fluidização, para injeção de fluido no sistema.
Posteriormente a válvula de entrada de água
no sistema, vinculada ao rotâmetro, foi
ajustada para obter uma vazão determinada, na
qual as colunas do manômetro estivessem no
mesmo nível (ponto de equilíbrio), pois no
instante inicial a variação de pressão deve ser
igual à zero. Na coluna de leito fluidizado
preenchido com 700g de poliestireno, percolou
ar com vazões gradativamente aumentadas
pela abertura da válvula acoplada ao
rotâmetro. A cada incremento na vazão, foi
observada a variação no manômetro, para
determinar a diferença de pressão. Este
procedimento foi repetido em dez diferentes
valores de vazão, previamente estabelecidos.
O procedimento experimental foi realizado
para uma segunda coluna, esta recheada com
1500g de pedregulho fino, utilizando como
fluido a água.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A tabela 1, abaixo mostrada informa que para
valores crescentes de vazão, no intervalo entre
1 e 5 L/min a altura do leito se mantem
constante e a pressão cresce linearmente. Após
este ponto é possível observar uma oscilação
na pressão, que se dá devido ao rompimento
da tensão superficial entre o fluido e o leito de
pedregulho. Em contrapartida, para valores
decrescentes de vazão, a pressão decresce
proporcionalmente, não sendo evidenciada a
diferença entre o ponto de maior pressão da
curva e os pontos no seu entorno. Como no
retorno não é necessário vencer a tensão
superficial, a altura do leito decresce
gradativamente até retornar à condição inicial.
Tabela 1: Vazão crescente e decrescente
obtidas experimentalmente a partir do leito de
pedregulho
Vazão crescente
Vazão
Fluido
(L/min)
Queda de
Pressão
(Pa)
Altura do
Leito
(m)
1 383,7672 0,3060
1,4 450,92646 0,3060
1,8 513,28863 0,3060
2,2 604,43334 0,3060
2,6 719,5635 0,3060
3 877,86747 0,3060
3,4 1021,78017 0,3060
3,8 1165,69287 0,3060
4,2 1304,80848 0,3060
4,6 1635,80769 0,3060
5 1846,87965 0,3060
5,4 2005,18362 0,3070
5,8 2460,90717 0,3090
6,2 2264,22648 0,3150
6,6 2259,42939 0,3210
7 2235,44394 0,3250
7,4 2211,45849 0,3340
7,8 2201,86431 0,3380
8,2 2206,6614 0,3450
8,6 2206,6614 0,3520
9 2201,86431 0,3560
9,4 2192,27013 0,3600
9,8 2173,08177 0,3670
Vazão Decrescente
9,8 2173,0817 0,3670
9,4 2153,8934 0,3600
9 2153,8934 0,3560
8,6 2163,4875 0,3520
8,2 2168,2846 0,3450
7,8 2173,0817 0,3400
7,4 2177,8788 0,3340
7 2177,8788 0,3320
6,6 2158,6905 0,3270
6,2 2129,9079 0,3200
5,8 2067,5457 0,3170
5,4 1990,7923 0,3130
5 1746,1407 0,3110
4,6 1578,2426 0,3100
4,2 1463,1124 0,3080
3,8 1300,0113 0,3080
3,4 1117,7219 0,3070
3 973,8092 0,3070
2,6 877,8674 0,3070
2,2 777,1285 0,3070
1,8 700,3751 0,3060
1,4 633,2158 0,3060

4. 1 599,6362 0,3060
A tabela 2, a seguir, similarmente a anterior,
indica que para valores crescentes de vazão, a
altura do leito se mantem constante até que
seja vencida a barreira da tensão superficial
entre o fluido e o leito de poliestireno, no
ponto com vazão correspondente a 14 L/min,
tendo a pressão um crescimento linear. Para
valores decrescentes de vazão é possível
observar que a pressão tem um comportamento
análogo ao caso anterior.
Tabela 2: Vazão crescente e decrescente
obtidas experimentalmente do leito de
poliestireno
Vazão crescente
Vazão
Fluido
(L/min)
Queda de
Pressão 1
(Pa)
Queda de
Pressão 2
(Pa)
Altura
do Leito
(m)
4,4 431,1177 421,3195 0,2560
6 597,6859 617,2821 0,2560
8 842,6391 832,8410 0,2560
10 1058,1980 1048,3998 0,2560
12 1322,7475 1283,5550 0,2560
14 1557,9026 1518,7101 0,2560
16 1322,7475 1322,7475 0,2640
18 1332,5456 1312,9494 0,2680
20 1322,7475 1303,1512 0,2750
22 1283,5550 1263,9587 0,2810
24 1293,3531 1283,5550 0,2850
26 1273,7568 1263,9587 0,2890
28 1283,5550 1263,9587
Vazão decrescente
Vazão
Fluido
(L/min)
Queda de
Pressão 1
(Pa)
Queda de
Pressão 2
(Pa)
Altura
do Leito
(m)
28 372,3289 401,7233 0,281
26 548,6952 558,4934 0,284
24 705,4653 715,2634 0,282
22 881,8316 832,8410 0,28
20 950,4186 950,4186 0,278
18 1038,6017 1028,8037 0,276
16 1136,5830 1107,1887 0,274
14 1195,3718 1185,5737 0,27
12 1244,3625 1244,3625 0,268
10 1293,3531 1283,5550 0,266
8 1263,9588 1263,9588 0,264
6 1273,7569 1263,9588 0,26
4,4 1283,5550 1263,9588 0,258
Os dados obtidos na tabela 1 permitiram a
elaboração do gráfico representado na figura 4.
Figura 4: Curva Característica da Fluidização
Sólido – Líquido.
A partir do gráfico acima que
representa uma função entre a queda de
pressão e velocidade do escoamento do fluído,
é possível obter informações acerca do
comportamento do leito frente ao fluído que
escoa sobre ele. É evidenciada uma diferença
para acréscimos e decréscimos de vazão no
leito, este fenômeno é conhecido como
histerese. As curvas apresentam as variáveis
significativas: queda de pressão máxima
(Pmf,) e velocidade mínima de fluidização
(qmf,), que pode ser obtido através das
tangentes às curvas. Para a fluidização sólido –
líquido os valores teóricos, calculados pelas
equações 2 e 5 e experimentais obtidos
graficamente são os apresentados na tabela 3, a
seguir.
Tabela 3 : Variáveis significativas para a
fluidização Solido-liquido.
Variáveis Experimental Teórico
Pmf (Pa) 2460,91 3330,79
qmf (m/s) 0,0219 0,022
𝜀m 0,308 -
Conforme, tabela 3, os valores experimentais e
teóricos para a queda de pressão apresentam
discrepância significativa, essa fato é atribuído
principalmente a incerteza no valor da
grandeza massa , do qual era composto o leito,
e a sensibilidade do operador ao fazer a leitura
do manômetro, assim adensando erros, fato
que não esta tão evidenciado na velocidade
mínima de fluidização que apresenta coerência
entre teoria e pratica.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0.000 0.010 0.020 0.030 0.040
QuedadePressão(Pa)
Velocidade do Fluido (m/s)
Curva Característica de Fluidização
Sólido-líquido
Vazão crescente
Vazão decrescente
Reta tangente a curva

5. A partir dos dados da tabela 2 elaborou-se os
gráficos representados nas figuras 5 e 6.
Figura 5: Curva Característica da Fluidização
Sólido – Gás, considerando perda de carga da
tela inferior.
Figura 7: Curva Característica da Fluidização
Sólido – Gás.
As figuras 5 e 6 representam as curvas
que caracterizam uma fluidização sólido-gás
sendo que a primeira leva em consideração a
perda de carga que a tela, responsável por
segurar as partículas impõe ao fluido e a
segunda, com o manômetro posicionado após
a tela, informa as variaveis significativas
impostam apenas pelo leito. Os valores
teóricos, obtidos através das equações 2 e 3, e
os valores experimentais estão explícitos na
tabela 4,abaixo.
Tabela XX: Variaveis significativa obtidos da
figura 5
Variáveis Experimental Teórico
Pmf (Pa) 1518,82 1665,4
qmf (m/s) 0,060392 0,055
𝜀m 0,444 -
Tabela XX: Variaveis significativas obtidos da
figura 6
Variáveis Experimental Teórico
Pmf (Pa) 1557,9026 1665,4
qmf (m/s) 0,06794 0,055
𝜀m 0,4476 -
CONCLUSÃO
A apropriação da tecnica de fluidização
permite observar o comportamento
fluidinamico de leito recheado com pedras
finas e um segundo recheado com poliestireno
podendo se constatar que, conforme literatura,
ambos os recheios tem comportamento
homogêneo e apresentam características que
os classificam como leito expandido. As
curvas características tem comportamento
esperado, conforme representação literária, ou
seja apresentam um pico de pressão nas vazões
crescentes, esse por representar o momento
que a vazão vence as forças resistivas
apresentadas pelo leito.
NOMENCLATURA
G Aceleração da
gravidade
[m]/[T]²
Dp Diâmetro da partícula [L]
∅ Esfericidade [L]2
/[L]2
𝜌 Massa específica [M]/[L]3
𝜀 Porosidade do leito
Q Velocidade [L]/[T]
𝜇 Viscosidade dinâmica [M]/[L][T]
qmf Velocidade mínima
fluidização
[L]/[T]
−∆𝑃 𝑚𝑓 Pressão mínima
fluidização
[M]/[T]2[L]
REFERÊNCIAS
CREMASCO, M. A. Operações Unitárias em
Sistemas Particulados e
Fluidomecânicos. São Paulo: Blucher,
2012.
FOUST, A. S.; WENZEL, L. A.; CLUMP, C.
W.; MAUS, L.; ANDERSEN, L. B.
Princípios das Operações Unitárias. 2
ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0.000 0.025 0.050 0.075 0.100 0.125
QuedadePressão(Pa)
Velocidade do Fluido (m/s)
Curva Característica de Fluidização
Sólido-Gás com a Perda de Carga
da Tela
Vazão crescente
Vazão descrescente
Retas tangentes a curva
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0.000 0.025 0.050 0.075 0.100 0.125
QuedadePressão(Pa)
Velocidade do Fluido(m/s)
Curva Característica de
Fluidização Sólido-Gás
Vazão crescente
Vazão decrescente