Efeito da razão de submersão sobre os parâmetros hidrodinâmicos de uma coluna de recirculação de líquido através de um tubo exterior

No trabalho realizado nesta tese, procedeu-se ao estudo hidrodinâmico de uma coluna de borbulhamento de recirculação externa do líquido (CREL), que permitiu ampliar o conhecimento já existente sobre este tipo de colunas. Para realizar este estudo utilizaram-se líquidos viscosos Newtonianos, nomeadamente soluções aquosas de glicerina com viscosidades entre 0,007 e 0,522 Pa.s. Para a gama de caudais de ar injectados, 1,5x10-5 até 1,35x10-4 m3/s, o ar ascendia ao longo da coluna de borbulhamento sob a forma de bolhas tubulares. Após a realização dos ensaios, verificou-se que o regime de escoamento do líquido entre bolhas tubulares variou desde o tipo laminar até transição (1,9 <Re L <3277) e o padrão de escoamento na esteira das referidas bolhas variou do regime laminar até ao regime turbulento (12,1 < ReV <3297). Nos ensaios experimentais foram utilizadas duas colunas de borbulhamento com diferentes diâmetros internos de 22 e 32 mm. A razão de submersão, , seleccionada foi de 0,85. Este valor foi escolhido por ser significativamente diferente dos usados em estudos anteriores (0,935 por Santos (2004), Santos (2005) e 0,91 por Rangel (2008)) de forma a poder analisar a influência da razão de submersão sobre os parâmetros hidrodinâmicos. Nos ensaios realizados foram determinadas a retenção do gás na coluna e a velocidade superficial do líquido em escoamento no interior da coluna de borbulhamento. Os valores da retenção do gás foram comparados com valores teóricos previstos por equações empíricas de Nicklin et al (1962). Estes valores também foram comparados com valores obtidos experimentalmente em trabalhos anteriores, onde se utilizaram razões de submersão de 0,935 e 0,91. Após análise dos valores da retenção verificou-se que estes eram mais elevados para as soluções de maior viscosidade e menor diâmetro da coluna. Para as experiências realizadas com as soluções com viscosidades entre 0,52 Pa.s e 0,053 Pa.s, os valores experimentais eram inferiores aos previstos por Nicklin et al (1962) para regime laminar tanto na coluna de 22 mm como na coluna de 32 mm. Para a solução com 0,007 Pa.s de viscosidade os valores experimentais situavam-se na zona de transição entre o regime laminar e o regime turbulento em ambas as colunas. Verificou-se que a diminuição da razão de submersão de 0,935 para 0,85 aumentou significativamente a retenção em todas as experiências realizadas. A velocidade superficial média de circulação do líquido variava na razão inversa do diâmetro e da viscosidade. A diminuição da retenção provocou uma diminuição significativa na velocidade do líquido.

This thesis is about the study of Hydrodynamics of airlift columns (reactors), in particular of the external loop type (ELALR), which allowed to amplify the already existing knowledge concerning this type of columns. To accomplish this study, Newtonian viscous fluids were used, namely aqueous solutions of glycerine with a viscosity between 0,007 e 0,522 Pa.s. In the range of injected air torrents, of 1,5x10-5 to 1,35x10-4 m3/s, the air ascended along the airlift column under the shape of Taylor bubbles. Following these tests, it was verified that the liquid flow off between Taylor bubbles changed from the laminar flow to transition flow (1,9<Re L<3276,7) and the flow off pattern in the bubbles way varied between laminar flow and turbulent flow (12,1< ReV <3296,6). On the experimental studies two airlift columns were used, with different internal diameters of 22 and 32 mm. The submergence ratio, , selected was 0,85. This value was chosen as it was significantly different from those used on previous studies (0,935 by Santos M., 0,938 by Santos R. and 0,91 by Rangel A.) in order to be possible to analyse the influence of the submergence ratio over the hydrodynamic parameters. On the experiments it was made hold-up of gas on the column and the superficial liquid velocity, inside the airlift column. The experimental hold up of gas was compared with the values predicted by the equations of Nicklin et al. These values were also compared with those obtained by previous experiments, where submergence ratios of 0,935 and 0,91 were applied. The analysis of the hold-up values showed that these were higher for the most viscous solutions and smaller diameter column. Solutions with viscosity levels between 0,52 Pa.s and 0,053 Pa.s, showed experimental values under those calculated by Nicklin et al for laminar flow, both in 22 column and 32 mm. Experimental values for viscosity 0,007 Pa.s were in the transition zone between laminar flow and turbulent flow predicted by Nicklin et al in both columns. The results showed the decrease of the submergence ratio from 0,935 to 0,85 made hold-up of gas increase significantly The average superficial velocity of the fluid circulation varied in the inverse ratio to the diameter and viscosity. The decrease of the submergence ratio made the fluid superficial liquid velocity decrease significantly.