Análise da Perda de Carga em Leito Fixo de Partículas

Bacharel em Engenharia Química Disciplina de Operações Unitárias em Sistemas Particulados Prof Celso Valério Antunes Alunos Alessandra Monique Miranda Ana Caroline Lourenço Moreno Bárbara Vitória Stageki Beatriz Strapasson Duarte Elisa Ravaglio da Rocha Juliana Cunha Macedo Rafael Chenchuk Maurício PERDA DE CARGA EM LEITO FIXO Curitiba PR 2023 SUMÁRIO Sumário SUMÁRIO 2 1 INTRODUÇÃO 3 3 MATERIAIS 4 4 PROCEDIMENTOS 4 5 RESULTADOS E DISCUSSÕES 4 6 CONCLUSÃO 6 7 REFERÊNCIAS 7 INTRODUÇÃO A proposta do experimento é baseada na análise da perda de carga em um sistema de escoamento de água a temperatura ambiente através de um leito que possui sólidos quebrados A perda de carga desempenha um papel muito importante na operação eficiente de diversos processos industriais A compreensão da perda de carga é significativa em sistemas que envolvem leitos de partículas em que a interação entre o fluido e as partículas sólidas pode influenciar o comportamento do escoamento Nesse contexto a caracterização da perda de carga não apenas contribui para a eficiência operacional mas também ajuda na pesquisa de otimização de processos redução de custos e a garantia da segurança operacional O experimento proposto visa portanto calcular a perda de carga em um sistema representativo de fluxo de água à temperatura ambiente percorrendo um leito composto por partículas de 272 mm caso do experimento feito pela nossa equipe Ao realizar análises detalhadas das condições de escoamento esperase obter dados que permitam uma compreensão dos fatores que influenciam a perda de carga n a situação apresentada Esses resultados podem auxiliar em aplicações práticas importantes para a engenharia química contribuindo para o desenvolvimento contínuo e aprimoramento das tecnologias existentes REFERENCIAL TEORICO A Lei de Ergun é uma ferramenta utilizada para descrever a queda de pressão em meios porosos durante o fluxo de fluidos Proposta por Gönül Ergun em 1952 essa lei é fundamental na caracterização de processos em sistemas porosos como leitos de situações Ela está relacionada à perda de pressão com a velocidade do fluido à porosidade e às características do meio sendo crucial em estudos de engenharia química e petroquímica O teórico referencial envolve conceitos de mecânica dos fluidos transferência de massa e características de transporte para compreender a aplicação e relevância da Lei de Ergun em diversos contextos industriais MATERIAIS Peneira 4kg de granito quebrado Cano PVC 40cm Balde Água Balança Paquímetro Cronômetro Béquer 1L PROCEDIMENTOS Para simular o leito fixo o cano com diâmetro e altura já medidos foi posicionado em cima da peneira e ambos colocados em cima de balde para armazenar a água despejada Em seguida em outro balde foram pesados 4kg de granito de onde cinco partículas com tamanhos e formas mais aproximados foram selecionadas para as medições Com o auxílio do paquímetro as cinco partículas foram medidas e então foi possível calcular o diâmetro médio das partículas do leito Para finalizar a primeira etapa uma partícula foi pesada separadamente e depois todas foram despejadas dentro do cano Na segunda etapa da simulação com o leito montado e as medidas realizadas foi despejado 1L de água sobre as partículas dentro do leito O tempo foi cronometrado a partir do momento em que a água começou a ser despejada até a última gota cair no final do leito Por último os cálculos foram realizados com os dados anotados durante a prática RESULTADOS E DISCUSSÕES Calcular a perda de carga DP de um fluxo de água à temperatura ambiente e pressão atmosférica local através de um leito composto por partículas de mm de diâmetro a uma vazão de lmin O leito tem cm de diâmetro e cm de altura A porosidade e é e a viscosidade do ar é 00182 cP Dados obtidos Diâmetro das partículas 272 mm 00272m Massa da partícula 201g 0201kg Altura do leito 40cm 04m Diâmetro do leito 100mm 01m P eso inicial do leito 0710kg Peso final do leito 4040kg Água utilizada 1000mL 1L Tempo utilizando 1L de água 2651s Tempo médio utilizando água até cair a primeira gota 25s Estimativa com base em dados da densidade do granito ρ p 2500kg m³ Temperatura1 5 ºC ρ água 099907gcm³ 99907 kgm³ Al π d 2 4 π 01 2 4 78 10 3 m² v h t 04 2651 0015ms QAv785 10 3 0015118 10 4 m 3 s Vrπ r 2 hπ 005 2 04314 10 3 m³ Vp a 3 00272 3 201 10 5 m³ mt ρp 4040 2500 162 10 3 m³ Va314 10 3 162 10 3 152 10 3 m³ ε Va Vr 152 10 3 314 10 3 048 v0vlε001504872 10 3 ms Re ρvoDl μ 9990772 10 3 01 1139 10 3 63155 Perda de Carga Ergun P 150μfv0L Dp² 1ε² ε³ 175ρfv 0 2 L Dp 1ε ε3 P 1501139 10 3 72 10 3 04 272 10 2 ² 1048² 048³ 175999070015²04 272 10 2 1048 048³ P 492 10 4 7398 10 4 02704 0111 0157 272 10 2 052 0111 P06652436577468 P161927003 P2862 Pa CONCLUSÃO Ao longo deste experimento o objetivo principal foi calcular a perda de carga de um fluxo de água em um leito composto por partículas de determinado diâmetro sob uma vazão específica Exploramos a natureza complexa desse leito caracterizado por uma porosidade não uniforme e uma transferência de massa desafiadora devido aos sólidos quebrados Nossos objetivos específicos nos levaram a estimar a vazão no leito calcular a velocidade superficial determinar o número de Reynolds para selecionar a equação apropriada Blake Kozeny BurkePlummer ou Ergun identificar o diâmetro médio das partículas e a porosidade do leito Finalmente nosso objetivo central foi estimar a perda de carga do leito sob essas condições específicas O processo experimental nos permitiu mergulhar na análise detalhada do comportamento do fluxo através do leito considerando variáveis como a viscosidade do ar o diâmetro do leito e sua altura Os cálculos e análises realizados ao longo do experimento proporcionaram um entendimento mais profundo das propriedades do leito e das características do fluxo Com base nos resultados obtidos e nas análises realizadas este relatório detalhado oferece uma visão abrangente do experimento apresentando dados interpretações e conclusões que contribuem para a compreensão e aprimoramento do estudo de fluxos em leitos com partículas não uniformes REFERÊNCIAS Material disponibilizado pelo professor 2