Pratica 3 - Leito Fixo e Fluidizado

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AV. Luanda Sul, Rua Lateral Via S10, Talatona – Município do Belas – Luanda/Angola 
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INTRODUÇÃO 
 
Os leitos fluidizados integram processos de produção em inúmeras áreas da engenharia química. 
Na indústria petroquímica são empregados em: 
v Cracking catalítico; para produção de gasolina, 
v Cracking térmico; para produzir etileno e propileno, além de servir ainda para a polimerização 
deste último. 
 Na indústria alimentícia os leitos fluidizados são empregados em: 
v Participam dos sistemas de torrefação de café; 
v Congelamento e secagem de alimentos; 
v Recobrimento de doces e pastilhas. 
A fluidização tem em seu emprego uma série de vantagens a serem consideradas. 
v Opera em altas velocidades de reação: se comparada aos reatores de leito fixo, fato devido à 
uniformidade do leito, caracterizado pela ausência de gradientes; 
v Facilita o escoamento do material em dutos: devido aos sólidos comportarem-se como fluidos; 
v Os coeficientes de transferência de calor entre o leito e as paredes do equipamento são muito 
favoráveis. 
A engenharia química já desenvolveu diversas aplicações para a fluidização, em especial no tocante aos 
reatores químicos e secadores. Há ainda algumas desvantagens que comprometem o bom desempenho 
da fluidização, como a ocorrência de erosão do equipamento em razão do frequente impacto dos sólidos 
e o consumo de energia devido à alta perda de carga requerendo, portanto, alta velocidade do fluido. 
(TEIXEIRA, 2015) 
As diferentes características dos regimes de fluidização existentes são essencialmente dependentes da 
velocidade do gás que passa pelos sólidos através do leito (FONSECA, 2009). Os regimes de fluidização 
podem ser visualizados na Figura 1, a qual mostra cada tipo de regime de acordo com a velocidade do 
fluido que passa pelas partículas através do leito. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Segundo Kunii e Levenspiel (1991), quando as partículas são relativamente pequenas e uma baixa vazão 
de gás ou líquido passa através dos espaços entre os sólidos, fazendo com que ainda permaneçam 
estacionárias, o regime é denominado leito fixo (Figura 1(a)). 
 
 
Figura 1 - Regimes de fluidização em leitos contendo partículas. 
Fonte: Adaptado de Kunii e Levenspiel (1991) 
 
 
Uma característica do leito fixo, é que a velocidade superficial do gás é função linear crescente da perda 
de pressão através do leito, isso ocorre devido uma aglomeração de partículas causada no fundo da 
coluna principal. Com o constante aumento da velocidade, a queda de pressão atinge um valor máximo 
e posteriormente tem uma leve redução, atingindo um ponto em que a perda de pressão permanece 
constante e todos os sólidos ficam suspensos pelo fluxo de ar. É nesse ponto (transição entre regime 
fixo e fluidizado) que a força de atrito entre o ar e as partículas iguala-se à força gravitacional incidente 
sobre os sólidos gerando um equilíbrio de forças (BASU, 2006, p. 29). 
Assim, chega-se a um valor de queda de pressão, em um certo volume, que corresponde ao peso das 
partículas naquela determinada área do leito. Dessa maneira, inicia-se o processo de fluidização, sendo 
caracterizada por uma velocidade mínima de fluidização, denominando assim o regime de fluidização 
mínima (Figura 1 (b)). 
 
 
 
 
 
 
 
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A grande diferença do leito fixo e do leito fluidizado é que ao atingir a velocidade mínima de fluidização 
a queda de pressão, medida sempre nos mesmos pontos, torna-se constante, uma característica 
predominante do regime de fluidização mínima e turbulenta, e se a velocidade ultrapassar a velocidade 
de transporte, a queda de pressão passa a diminuir com o acréscimo da velocidade (Figura 2), 
caracterizando o leito rápido ou leito fluidizado circulante (RHODES, 1998). 
 
 
Figura 2 - Comportamento da curva ΔP versus Uo para um leito com partículas médias e de tamanho uniforme. Fonte: 
Adaptado Rhodes (1998). 
Fonte: Adaptado Rhodes (1998). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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MATERIAIS E MÉTODOS 
 
 
1. Dispositivo do compressor 
2. Medidor de fluxo volumétrico para o ar com válvula de agulha 
3. Manômetro de tubo único para diferencial de pressão de ar 
4. Válvula de desvio (bypass) de ar 
5. Câmara de distribuição 
6. Recipiente de teste para o ar 
7. Escala de controlo do fluxo 
 
 
 
 
 
 
1 
2 
3 
4 
5 
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PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
 
1. Abrir totalmente a válvula de desvio localizada debaixo do medidor de fluxo de 
área variável; 
2. Fechar totalmente a válvula de agulha no medidor de fluxo da área variável; 
3. Ligar a bomba; 
4. Aumentar a taxa de fluxo em pequenas etapas através da abertura da válvula de 
agulha e observar a massa; 
5. Observar o caudal volumétrico e pressão diferencial continuamente; 
6. Assim que os primeiros movimentos das partículas forem observados a 
velocidade de afrouxamento foi atingida; 
7. Anotar o caudal volumétrico associado e a Diferença de pressão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 
A prática tinha como objectivo perceber o funcionamento de uma fluidização Gás-Sólido, 
mediante o manuseamento do aparelho de leito fixo e fluidizado. Assim seguindo os 
procedimentos foram anotados os valores de pressão e altura para 31 valores de fluxo 
diferente e foram obtidos os dados representados na tabela 1. Com auxilio da formula 1 
foi calculada a velocidade associada ao caudal. 
 W = 
!".$% (Equação 1) 
Onde W = (m/s) e Az é aproximadamente 15,21.10-4 m2. OS resultados obtidos 
encontrados estão apresentados na tabela 1. 
Tabela 1 - Dados Obtidos Experimentalmente e Velocidade Calculada 
Q (m^3 /s) . 10-5 W (m/s) . 10-3 P (mmH2O) Altura (cm) 
3,33 3,65 43,0 5 
5,00 5,48 60,0 5 
6,67 7,31 69,0 5,1 
8,33 9,13 70,0 5,2 
10,00 10,96 71,0 5,35 
11,67 12,79 72,0 5,5 
13,33 14,61 72,0 5,6 
15,00 16,44 72,0 5,7 
16,67 18,27 72,0 5,8 
18,33 20,09 73,0 6 
20,00 21,92 73,0 6 
21,67 23,75 73,0 6,1 
23,33 25,56 73,0 6,2 
25,00 27,39 73,0 6,2 
26,67 29,22 73,5 6,2 
28,33 31,04 73,5 6,3 
30,00 32,87 73,5 6,4 
 
 
 
 
 
 
 
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7 
31,67 34,70 73,5 6,5 
33,33 36,52 74,0 6,5 
35,00 38,35 74,0 6,6 
36,67 40,18 74,0 6,6 
38,33 42,00 74,0 6,8 
40,00 43,83 74,0 6,8 
41,67 45,66 74,0 6,9 
43,33 47,48 74,0 7,0 
45,00 49,31 74,0 7,0 
46,67 51,14 74,0 7,0 
48,33 52,96 74,0 7,1 
50,00 54,79 74,0 7,1 
51,67 56,62 74,5 7,1 
 
Como se pode verificar existe uma proporcionalidade directa entre o caudal e a velocidade e bem 
como entre a pressão e a altura, pois a medida que aumenta a velocidade aumenta 
consequentemente o caudal e a medida que aumenta a altura aumenta também a pressão dentro 
do tubo. 
Usando os dados da tabela 1 foi montado o gráfico de altura do leito fluidizado contra o 
caudal volumétrico 
Gráfico 1: Altura vs Caudal 
 
y = 4581,6x + 4,9584
R² = 0,97133
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 0,0001 0,0002 0,0003 0,0004 0,0005 0,0006
A
ltu
ra
 (c
m
)
Caudal (m3 /s)
 
 
 
 
 
 
 
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A partir do valor de correlação linear podemos verificar que a uma proporcionalidade 
directa entre a altura e o caudal pois temos R2=0,97133 sendo que numa 
proporcionalidade directa perfeita teríamos R2=1. 
Em seguida foi feita a analise da relação entre a pressão e a velocidade, assim feita a curva 
da diferencial de Pressão vs Velocidade. 
Gráfico 2: Diferencial de Pressão vs Velocidade 
 
Durante a execução da prática foi observado o primeiro movimento das partículas ocorreu 
quando tínhamos um caudal de 5,00 m3/s logo a velocidade de afrouxamento 
correspondente a este caudal que é de 0,00548 m/s assim quando a velocidade do fluxo 
de ar foi 0,00548 as partículas do sólido foram deslocadas de 5 cm a 5,1 cm. 
A densidade do sólido usado é de 1,5 g/mL, e no caso de partículas de pequeno tamanho, 
ocorre uma expansão considerável do leito antes de surgirem as bolhas que caracterizam 
a fluidização borbulhante, e na prática este comportamento foi observado. 
 
 
 
 
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06
Pr
es
sã
o 
(m
m
H
2O
)
Velocidade (m/s)
 
 
 
 
 
 
 
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CONCLUSÕES 
 
A pratica tinha como objectivo o uso do aparelho de leito fluidizado gás-sólido, para isso 
foi usada a unidade fixa CE220 do aparelho de leito fluidizado. 
Provou-se a proporcionalidade directa que existe entre a altura e o caudal pois obteve-se 
uma recta com um factor de correlação linear de 0,97 que é um valor muito próximo a 1. 
Verificou-se que a velocidade de afrouxamento para o ar foi de 0,00548. Assim podemos 
afirmar categoricamente que partículas com maior densidade têm uma menor velocidade 
de afrouxamento menor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
GELDART, D. Types of gas fluidization. PowderTechnology 7, Elsevier Sequoia SA, 
Lausanne, p.285-292, 1973. 
Fluidization Engineering, Kunii & Levenspiel, ISBN 0409902330. 
Bi et al., Review turbulent fluidization, Chem.Eng.Sci. (2000) 55, p. 4789. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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11 
ÍNDICE 
INTRODUÇÃO ............................................................................ 1 
MATERIAIS E MÉTODOS ....................................................... 4 
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL .................................... 5 
RESULTADOS E DISCUSSÕES ............................................... 6 
CONCLUSÕES ............................................................................ 9 
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................... 10