Guilherme José de Castilho

Experimental Study in a Short Circulating Fluidized Bed Riser

Experiments were performed with gas and solids flow in a 2.42 m high circulating fluidized bed (CFB). This equipment has both solids and gas fed into the downer section. Local solids holdup was measured using an optical fiber probe. By the axial solids concentration distribution, it was verified that (1) the curve that precedes the entrance into the riser provides further acceleration to the flow and (2) the abrupt exit causes an increase in solids concentration in the top zone. Results of radial distributions in the bottom zone show that the flow is more concentrated near the wall. For the exit zone, the distributions show high values of solids holdup both near the wall and on the axis.

Experimental Fluid Dynamics Study in a Fluidized Bed by Deterministic Chaos Analysis

Differential pressure fluctuations in gas-solid fluidized beds were analyzed by chaos analysis (construction of attractors, correlation dimension, Kolmogorov entropy) and mutual information. Experimental fluidization tests of three different particles were conducted. Two of them are from Geldart group B and one from Geldart group D. The fluidization experiments were performed in a cylindrical bed with 0.07 m i.d. and 1.0 m high. Pressure fluctuations were measured by three pressure transducers, and their signal time series were analyzed in the time domain (mean and standard deviation) and in the frequency domain (power spectra) for comparison and complementation of chaos analysis. Analyses in the time domain allowed a good estimation for determining whether or not the system is fluidized. The Fourier spectra provided more detailed information that could identify other phenomena such as the presence of bubbles. The chaos tools produced sensitive results, offering a qualitative and quantitative analysis for identification of the phenomena that occur in fluidization. Three different fluidization regimes could be indentified: multiple bubble bed, slugging bed, and exploding bubble bed.

UTILIZAÇÃO DA ANÁLISE DE CAOS NO PROCESSAMENTO DE SINAIS: DISCUSSÃO SOBRE PROPRIEDADES CAÓTICAS

Sinais caóticos são sinais cujo comportamento é aperiódico e sensível a condições iniciais ou a pequenas perturbações. Sob este aspecto, diversos campos do conhecimento, tais como engenharia, biologia, economia, podem fazer uso da análise de séries temporais para descrever situações características a seus estudos. Contudo, encontram-se dificuldades para classificar sistemas dinâmicos caóticos a partir de métodos tradicionais como, por exemplo, o espectro de potência de Fourier. Para uma nova abordagem, a reconstrução de atratores, a partir do método de Takens, vem sendo apontada como alternativa de análise para diferenciar o caos determinístico de um comportamento estocástico. A partir do caos determinístico, várias propriedades, conhecidas como invariantes caóticas, podem ser determinadas, como a dimensão de correlação (fractal) e a entropia de Kolmogorov. O presente trabalho objetiva discutir as principais propriedades envolvidas na análise de caos e aplicações na engenharia química, tendo como base a abordagem de conceitos sobre decomposição em sistema singulares (para reconstrução do espaço de fase); dimensão de imersão; comprimento da janela; dimensão de correlação e a entropia de Kolmogorov.

TOMOGRAPHIC PARTICLE IMAGE VELOCIMETRY (TOMOGRAPHIC-PIV): É POSSÍVEL MEDIR CONCENTRAÇÃO DE PARTÍCULAS?

RESUMO A tecnica de Velocimetria por Imagem de Particula (PIV) e uma tecnica de medida nao intrusiva utilizada nos ultimo 20 anos para determinar campos de velocidade de escoamentos multifasicos. A Tomographic-PIV determina a distribuicao da velocidade em 3D do fluido possibilitando a investigacao de estruturas de escoamentos. O conhecimento da distribuicao de particulados e importante no controle de processos de alguns reatores encontrados na industria petroquimica. Esse trabalho tem como objetivo principal discutir a possibilidade da medicao da concentracao de particula pela Tomographic-PIV analisando o cenario atual da tecnica. O principio de funcionamento, reconstrucao tomografica e as limitacoes da Tomographic-PIV sao discutidos e uma breve revisao das aplicacoes PIV em sistemas particulados e apresentado.

ANÁLISE DA ENTROPIA DE KOLMOGOROV A PARTIR DE MEDIÇÕES PIV NO ESCOAMENTO DA FASE LÍQUIDA DE UMA COLUNA DE BOLHAS

Devido a sua construcao simples e facilidade de operacao, colunas de bolhas sao frequentemente aplicadas em processos industriais. O conhecimento do comportamento fluidodinâmico desses reatores e importante para o controle da transferencia de calor, transferencia de massa e taxa de reacao quimica. Muitos trabalhos baseiam-se na analise de flutuacoes de pressao para descrever o comportamento complexo de uma coluna de bolhas. Porem, sendo uma medida indireta da dinâmica do escoamento, essa torna-se a sua principal desvantagem. Nesse contexto, destaca-se a tecnica de velocimetria por imagem de particula (PIV). A PIV e uma tecnica de medida nao intrusiva que determina a distribuicao de velocidade em uma area de investigacao. Este trabalho tem como objetivo avaliar o escoamento da fase liquida usando a analise de caos a partir de medicoes PIV de flutuacoes de velocidade em uma secao de coluna de bolhas para diferentes vazoes de gas. Para isto, utilizou-se os conceitos da entropia de Kolmogorov. A analise caotica se desponta como um metodo promissor, tendo como principal vantagem a sensibilidade a pequenas alteracoes do escoamento, em relacao as analises no dominio do tempo e frequencia. Os resultados obtidos mostram que e possivel extrair informacoes relevantes a partir das medidas PIV em conjunto com a analise da entropia de Kolmogorov. Contudo, foi observado que para altas vazoes a descricao da dinâmica do sistema requer maior atencao.

Time Domain Analysis of Optical Fiber Probe Signals Measured in a Short Circulating Fluidized Bed Riser

A time domain analysis of electrical signals provided by an optical fiber probe was conducted in order to characterize the local flow dynamics of a short circulating fluidized bed riser with a height of 2.42 m and ID of 82 mm. Experiments were carried out with air, and the bed materials were FCC particles (Geldart A). Probability and standard deviation distribution of signals measured locally at five radial positions and four axial positions are presented. The probability distribution can indicate the uniformity of the flow in terms of solids holdup distribution and can reveal the formation of clusters. Probability distributions indicate that the flux is more uniform in the core region of the reactor and that clusters appear near the wall. The highest value obtained in the standard deviation of the radial distribution suggests greater interaction between particles at that radial position. It was found that for the two lower axial positions, this phenomenon occurs near the wall, and for the two higher positions, the interactions between particles occur both near the wall and in the center due to the exit configuration of the reactor.