Análise da relação entre nível de mistura e mudança de escala na fluidização de biomassa-areia em leito fluidizado borbulhante

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Balestieri, Fernando Manente Perrella [UNESP]
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Leito Fluidizado; Mudança de escala; Índice de mistura; Velocidade mínima de fluidização; Venturi; Taguchi, Métodos (Controle de qualidade); Fluidização; Biomassa; Biocombustíveis; Farelo de arroz; Fluidized bed; Scale-Up; Mixture index; Minimum fluidization velocity
• Link de acesso: https://hdl.handle.net/11449/314342; https://lattes.cnpq.br/5981747414975081; https://orcid.org/0000-0002-0444-4878

Nesta tese foi avaliada os efeitos da mudança de escala em sistemas de leito fluidizado borbulhante contendo misturas de areia e casca de arroz. Foram projetados e construídos seis reatores de diferentes tamanhos. O estudo combinou desenvolvimento de novos projetos- como o desenvolvimento de um tubo de Venturi por impressão 3D e um novo tipo de calador - com a aplicação da metodologia Taguchi (matriz L9) e análises de variância (ANOVA), investigando quatro fatores: diâmetro do reator, velocidade do gás, proporção de casca e altura inicial do leito. Os resultados mostraram que a mudança de escala do reator, exerce forte influência sobre variáveis críticas como a velocidade mínima de fluidização (Umf). Isso evidencia uma limitação importante em modelos clássicos de predição de Umf, que não consideram o fator escala, reforçando a necessidade de incorporar essa variável em futuras equações. Também foi proposta uma nova equação para estimar o índice de mistura com base na distribuição axial dos sólidos, oferecendo maior sensibilidade na avaliação da homogeneidade interna. Com base nos experimentos realizados, foi possível propor uma configuração otimizada para reatores em maior escala voltados a processos termoquímicos com casca de arroz. A melhor combinação inclui reatores com diâmetro interno de 240 mm, altura inicial do leito de 360 mm (H₀/Dfb = 1,5), mistura contendo 5% de casca de arroz em massa e operação a uma velocidade superficial correspondente a 1,25 vezes a Umf. Essa configuração mostrou-se eficiente para garantir boa homogeneidade da mistura, fluidização estável e controle adequado da expansão e do diâmetro das bolhas. Os resultados também evidenciam a necessidade de incluir o diâmetro do reator nas equações de predição de Umf e introduzem uma nova proposta para o cálculo do índice de mistura, mais sensível à distribuição interna dos sólidos.