Dimensionamento de um secador em leito fluidizado para secagem de cereais

O objectivo desta tese é dimensionar um secador em leito fluidizado para secagem de cereais, nomeadamente, secagem de sementes de trigo. Inicialmente determinaram-se as condições de hidrodinâmica (velocidade de fluidização, TDH, condições mínimas de “slugging”, expansão do leito, dimensionamento do distribuidor e queda de pressão). Com as condições de hidrodinâmica definidas, foi possível estimar as dimensões físicas do secador. Neste ponto, foram realizados estudos relativamente à cinética da secagem e à própria secagem. Foi também estudado o transporte pneumático das sementes. Deste modo, determinaram-se as velocidades necessárias ao transporte pneumático e respectivas quedas de pressão. Por fim, foi realizada uma análise custos para que se soubesse o custo deste sistema de secagem. O estudo da secagem foi feito para uma temperatura de operação de 50ºC, tendo a ressalva que no limite se poderia trabalhar com 60ºC. A velocidade de operação é de 2,43 m/s, a altura do leito fixo é de 0,4 m, a qual sofre uma expansão durante a fluidização, assumindo o valor de 0,79 m. O valor do TDH obtido foi de 1,97 m, que somado à expansão do leito permite obter uma altura total da coluna de 2,76 m. A altura do leito fixo permite retirar o valor do diâmetro que é de 0,52 m. Verifica-se que a altura do leito expandido é inferior à altura mínima de “slugging” (1,20 m), no entanto, a velocidade de operação é superior à velocidade mínima de “slugging” (1,13 m/s). Como só uma das condições mínimas é cumprida, existe a possibilidade da ocorrência de “slugging”. Finalmente, foi necessário dimensionar o distribuidor, que com o diâmetro de orifício de 3 mm, valor inferior ao da partícula (3,48 mm), permite a distruibuição do fluido de secagem na coluna através dos seus 3061 orifícios. O inicio do estudo da secagem centrou-se na determinação do tempo de secagem. Além das duas temperaturas atrás referidas, foram igualmente consideradas duas humidades iniciais para os cereais (21,33% e 18,91%). Temperaturas superiores traduzem-se em tempos de secagem inferiores, paralelamente, teores de humidade inicial inferiores indicam tempos menores. Para a temperatura de 50ºC, os tempos de secagem assumiram os valores de 2,8 horas para a 21,33% de humidade e 2,7 horas para 18,91% de humidade. Foram também tidas em conta três alturas do ano para a captação do ar de secagem, Verão e Inverno representando os extremos, e a Meia- Estação. Para estes três casos, foi possível verificar que a humidade específica do ar não apresenta alterações significativas entre a entrada no secador e a corrente de saída do mesmo equipamento, do mesmo modo que a temperatura de saída pouco difere da de entrada. Este desvio de cerca de 1% para as humidades e para as temperaturas é explicado pela ausência de humidade externa nas sementes e na pouca quantidade de humidade interna. Desta forma, estes desvios de 1% permitem a utilização de uma razão de reciclagem na ordem dos 100% sem que o comportamento da secagem se altere significativamente. O uso de 100% de reciclagem permite uma poupança energética de cerca de 98% no Inverno e na Meia-Estação e de cerca de 93% no Verão. Caso não fosse realizada reciclagem, seria necessário fornecer à corrente de ar cerca de 18,81 kW para elevar a sua temperatura de 20ºC para 50ºC (Meia-Estação), cerca de 24,67 kW para elevar a sua temperatura de 10ºC para 50ºC (Inverno) e na ordem dos 8,90 kW para elevar a sua temperatura dos 35ºC para 50ºC (Verão). No caso do transporte pneumático, existem duas linhas, uma horizontal e uma vertical, logo foi necessário estimar o valor da velocidade das partículas para estes dois casos. Na linha vertical, a velocidade da partícula é cerca de 25,03 m/s e cerca de 35,95 m/s na linha horizontal. O menor valor para a linha vertical prende-se com o facto de nesta zona ter que se vencer a força gravítica. Em ambos os circuitos a velocidade do fluido é cerca de 47,17 m/s. No interior da coluna, a velocidade do fluido tem o valor de 10,90 m/s e a velocidade das partículas é de 1,04 m/s. A queda de pressão total no sistema é cerca de 2408 Pa. A análise de custos ao sistema de secagem indicou que este sistema irá acarretar um custo total (fabrico mais transporte) de cerca de 153035€. Este sistema necessita de electricidade para funcionar, e esta irá acarretar um custo anual de cerca de 7951,4€. Embora este sistema de secagem apresente a possibilidade de se realizar uma razão de reciclagem na ordem dos 100% e também seja possível adaptar o mesmo para diferentes tipos de cereais, e até outros tipos de materiais, desde que possam ser fluidizados, o seu custo impede que a realização deste investimento não seja atractiva, especialmente tendo em consideração que se trata de uma instalação à escala piloto com uma capacidade de 45 kgs.

Untersuchung der Fluiddynamik eines Strahlschichtapparates mit zwei parallelen Gaseintritten und seine Anwendung auf die Beschichtung feindisperser Feststoffteilchen

Spouted bed, hydrodynamic, gas-solid fluidization, flow regime, minimum spouting velocity, fluid oscillation, carbon coating, diabas, filler, fine particles

Solids removal in pyrolysis

Pyrolysis is a process for turning biomass into liquid fuel. The process consists of heating the biomass in inert conditions and quenching the resulting vapors into oil. The oil has many potential uses, such as heating fuel in peak heating plants. In order to broaden the application base and improve the quality of the oil, solids removal has to be addressed. The solids may also increase the probability of plugging in downstream equipment. The purpose of this research was to gain an understanding of the formation of solids in the pyrolysis process and to assess options for reducing the solid content of the oil. From literature it is known that the solids can be removed either by hot vapor filtration, liquid treatment or multiple cyclones. Hot vapor filtration decreases yield, but improves the stability of the oil while simultaneously removing solids and ash. Liquid treatment techniques are good for removing large particles but involve losses of pyrolysis liquid. Cyclones are a traditional robust technique used regularly in pyrolysis. In the experimental part of this thesis, a 2 MWfuel pyrolysis setup with 2 cyclones in series was operated and monitored. Solid and liquid samples were collected from various parts of the process for further examination. Sampling and sample treatment techniques were developed. The chemical properties of the pyrolysis char were also analyzed and assessed as a function of reactor temperature and fluidizing velocity. By measuring the particle size distributions it was noticed that there were much smaller particles collected from the second cyclone than fed into pyrolysis. The solids in the pyrolysis oil were even smaller. This was most likely caused by attrition and shrinkage. Due to better separation efficiency of the cyclones in large particles, excess attrition should be avoided.

Kinematic analysis of Labrador Retrievers and Rottweilers trotting on a treadmill

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Effect of apparent viscosity on fluidized bed drying process parameters of guava pulp

Pressure drop and minimum fluidization velocity were experimentally studied in a vibro-fluidized bed of inert particles subjected to different vibration intensities during drying of guava pulp. Maltodextrin was added to the pulp in order to prevent stickiness between particles and the consequent bed collapse. Pulps were initially concentrated, resulting in pastes with different soluble solids content, and a constant fraction of maltodextrin was guaranteed in the final pulp samples. The pulp rheological behavior as affected by temperature and total soluble solids content, including maltodextrin, was evaluated and the effect of pulp apparent viscosity on pressure drop and minimum vibro-fluidization velocity were investigated. Two types of inert particles -3.6 mm glass beads and 3 mm Teflon cylinders were tested and, due to lower pressure drop presented by Teflon cylinders during operation of the dry vibro-fluidized bed, these particles were adopted for pulp drying process. Increasing pulp apparent viscosity caused a considerable increase in the vibro-fluidized bed pressure drop during pulp drying and, as a consequence resulted in a larger value of minimum vibro-fluidization velocity. on the other hand, the negative effect of increasing apparent viscosity could be attenuated by increasing the fluidized bed vibration intensity, which could prevent stickiness between particles. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Effect of apparent viscosity on the pressure drop during fluidized bed drying of soursop pulp

Pressure drop and minimum fluidization velocity were experimentally studied in a vibro-fluidized bed of inert particles subjected to different vibration intensities during drying of soursop pulp. Maltodextrin was added to the pulp in order to prevent stickiness between particles and the consequent bed collapse. Pulps were initially concentrated, resulting in pastes with different soluble solids content, and a constant fraction of maltodextrin was guaranteed in the final pulp samples. The pulp theological behavior as affected by temperature and total soluble solids content, including maltodextrin, was evaluated and the effect of pulp apparent viscosity on pressure drop and minimum vibro-fluidization velocity were investigated. Two types of inert particles -3.6 mm glass beads and 3 mm Teflon cylinders (length and diameter) - were tested and, due to lower pressure drop presented by Teflon cylinders during operation of the dry vibro-fluidized bed, these particles were adopted for pulp drying process. Increasing pulp apparent viscosity caused a considerable increase in the vibro-fluidized bed pressure drop during pulp drying and, as a consequence resulted in a larger value of minimum vibro-fluidization velocity. on the other hand, the negative effect of increasing apparent viscosity could be attenuated by increasing the fluidized bed vibration intensity, which could prevent stickiness between particles. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Kinematic analysis in healthy and hip-dysplastic German Shepherd dogs

This study investigated kinematic patterns in clinically normal German Shepherd dogs (GSDs) compared to those with hip dysplasia and with no clinical signs of lameness. Two groups of GSDs, including 10 clinically healthy dogs (G1) and 10 with hip dysplasia (G2), were trotted on a treadmill at a constant speed. Kinematic data were collected by a 3-camera system and analysed by a motion-analysis program. Flexion and extension joint angles and angular velocities were determined for the shoulder, elbow, carpal, hip, stifle, and tarsal joints.Within each group, the differences between the right and left limbs in all kinematic variables were not significant. Minimum angle, angular displacement and minimum angular velocity did not differ between groups. Significant differences were observed in the maximum angular velocity and maximum angle of the hip joint (dysplastic. >. healthy), and in the maximum angular velocity of the carpal joint (healthy. >. dysplastic). It was concluded that, when trotting on a treadmill, dysplastic dogs with no signs of lameness may present joint kinematic alterations in the hind as well as the forelimbs. © 2012 Elsevier Ltd.

Ultrasound evaluation of common carotid artery blood flow in the Labrador retriever

Background: Doppler ultrasound (DUS) examination provides quantitative and qualitative information concerning the blood flow in veins and arteries, enabling their morphological evaluation and the collection of hemodynamic data. Dogs and cats as well as humans may display neurological signs of brain hypoperfusion secondary to common carotid alterations. Hence, DUS examination might aid in the differential diagnosis of neurological disorders of ischemic origin, among other causes. The objective of this study was to register normal values for systolic peak velocity, minimum diastolic velocity, diameter and resistance index of both common carotid arteries of 12 healthy Labrador retriever dogs between 2 and 5 years of age. By gathering these values, we might be able to improve the sensitivity of hemodynamic studies in clinically important brain disorders. Results: There were no statistical differences between the values for the right and left vessels: the systolic peak velocity was 75.8 ± 16 cm/s, minimum diastolic velocity was 12.2 ± 4 cm/s, common carotid diameter was 0.545 ± 0.063 cm, and resistance index was 0.83 ± 0.07. Conclusions: The results of this study might be used to establish normal parameters for Labrador retriever dogs and thus help in the diagnosis of neurological disorders associated with alterations of the carotid arteries. Similar studies must be performed to evaluate the same parameters in other dog breeds of different sizes and skull conformations. © 2013 Svicero et al.; licensee BioMed Central Ltd.

Análise experimental do comportamento fluidodinâmico e da secagem de sementes de linhaça (Linum usitatissimum L.) em leito de jorro

A linhaça é a semente da planta do linho (Linum usitatissimum L.), uma espécie polimorfa originária do linho, sendo considerada uma das 6 plantas atualmente reconhecidas pelo Instituto Nacional do Câncer dos Estados Unidos (US National Cancer Institute - NCI) por suas propriedades específicas no combate ao câncer. Parte desse reconhecimento deve-se a notável característica de ser a fonte mais rica de precursores de lignina (esteróide vegetal de ação análoga ao estrógeno de mamíferos) na dieta humana. A variedade utilizada neste trabalho foi a “Linseed” de cor marrom e o objetivo deste trabalho foi analisar a fluidodinâmica dessa partícula em leito de jorro, estabelecida pelas medidas de tomadas de queda de pressão no leito a partir das deflexões em relação às velocidades de ar crescente e decrescente, obtendo assim informações para a determinação de parâmetros correlacionados ao processo, como: velocidade de mínimo jorro, queda de pressão máxima, queda de pressão no jorro estável e queda de pressão no mínimo jorro. Estes valores foram comparados aos correspondentes valores obtidos por equações empíricas citadas na literatura. Foi também avaliado o comportamento da secagem da matéria prima, mediante um planejamento estatístico 2², tendo com as variáveis de entrada temperatura do gás (T_g) e o tempo de operação (t), para a quantificação das variáveis de resposta razão de umidade (Xr, adim.), germinação (G, %) e o índice de velocidade de germinação (IVG, t^-1) e analisadas estatisticamente pelo planejamento fatorial completo com três repetições no ponto central. A cinética de secagem das sementes de linhaça, previamente umidificadas, foi realizada nas temperaturas de 45, 55 e 65 °C, e dentre os três modelos propostos, o modelo de Midilli et al., foi que melhor descreveu aos dados experimentais. Para os parâmetros fluidodinâmicos observou-se que a correlação de Gorshtein e Mukhlenov (1965) apresentou os menores desvios para queda e pressão de mínimo jorro e jorro estável, Abdelrazek (1969) apresentou o menor desvio para a velocidade no mínimo jorro e Pallai e Németh (1969) descreveu adequadamente a queda de pressão máxima. Foi observado que a carga de sementes e a temperatura exerceram influência significativa nos parâmetros fluidodinâmicos em leito de jorro. Com base na análise do planejamento estatístico proposto pode-se concluir que os parâmetros de entrada temperatura do gás e tempo de operação exerceram influência significativa sobre todas as variáveis de resposta, sendo observada influência quadrática das variáveis de entrada ao se observar a significância da curvatura sobre os parâmetros: Razão de umidade, Germinação e Índice de Velocidade de Germinação, propondo-se modelos representativos destes parâmetros com a presença da curvatura, apresentando um coeficiente de determinação (R²) superior a 99 %.

Análise experimental sobre velocidade de captura em sistemas de transporte pneumático

A velocidade de transporte é um dos mais importantes parâmetros no transporte pneumático de sólidos. O êxito no transporte de materiais particulados depende da predição ou da determinação da velocidade mínima de transporte. Uma velocidade acima daquela necessária ao transporte estável das partículas sólidas conduz a um grande consumo de energia devido ao aumento na perda de pressão do sistema, degradação dos sólidos e abrasão dos sólidos e da tubulação. Já uma velocidade abaixo desse valor limite certamente resultará na deposição das partículas sólidas para o fundo da tubulação e conseqüentemente o entupimento desta. Neste trabalho, uma técnica para medir a velocidade mínima de captura de partículas sólidas em uma tubulação na direção horizontal em um sistema de Transporte Pneumático é desenvolvida. Ela baseia-se em observações visuais do comportamento das partículas ao ocorrer a captura, em medidas da velocidade de operação do gás e da massa das partículas capturadas. É realizada ainda a análise qualitativa de alguns parâmetros que influenciam na velocidade de captura das partículas, permitindo uma maior compreensão dos fenômenos envolvidos.

Estudo numérico de modelos de arrasto e do coeficiente de restituição no escoamento gás-sólido em leito fluidizado

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Análise cinemática das articulações dos membros torácicos e pélvicos de ovinos hígidos

Pós-graduação em Medicina Veterinária - FMVZ

Prediction of the combustion process in fluidized bed based on physical-chemical properties of biomass particles and their hydrodynamic behaviors

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Estudo das características fluidodinâmicas do bagaço de cana de açúcar para aplicações da gaseificação no setor sucroalcooleiro

In this work is studied the fluid dynamic characteristics of sugarcane bagasse for gasification applications and use of syngas in the sugarcane sector. This is an experimental work, which is initially performed the particle size separation of sugarcane bagasse particles, using appropriate equipment. Through the experiment is possible to determine the average diameter of particles pomace typical sugarcane mill. The equipment used for the grading sieve separation assembly consists of several dimensions, arranged vertically and which shows adequate for good separation from the pulp. Later, it makes immediate analysis for the determination of moisture, ash, volatile materials and fixed carbon. The study also determines the gross calorific value and allows analysis of densities of particles of sugar cane bagasse. Also studied the bagasse morphology using electron microscopes, where it was possible to visualize the geometry of the particles of bagasse. The use of Electronic Scanning Microscopy (SEM) provided better understand the morphology and particle size measured by using photography methods. Two methods for determining the sphericity of the particles were also used. The experiments carried out using appropriate standards and specific equations, allowing compare the present results with the values found by several researchers. Subsequently, fluid dynamic simulations were performed for the determination of porosity and minimum fluidization velocity theoretical. It follows that the sphericity and porosity of the bagasse particles influence the minimum fluidization velocity of biomass

Kinematic analysis of forelimb and hind limb joints in clinically healthy sheep

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)