Modelagem experimental e computacional DEM-CFD da fluidização de partículas Geldart-D com formato irregular

Reatores de leito fluidizado encontram diversas aplicações em processos de conversão termo-energética. A preferência por este tipo de sistema se deve às características de altas taxas de transferência de calor e massa, entre o sólido particulado que compõe o leito e o agente fluidizante. A simulação computacional tridimensional destes sistemas é capaz de fornecer dados locais como campos de velocidade, pressão, temperatura e concentração de espécies químicas, o que não é possível de se obter em modelos zero-dimensionais ou experimentalmente, com a tecnologia hoje disponível. Dentre os modelos computacionais existentes, um dos mais recentes e atrativos, devido à sua precisão, é o que utiliza o acoplamento do Método dos Elementos Discretos (DEM) com a Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD). Nesta abordagem, o movimento da fase granular é computado diretamente pelo DEM, enquanto o fluido é tratado como um meio contínuo, por um modelo CFD. A interação entre as fases fluido e granular é realizada por um algoritmo de acoplamento. Com o objetivo de criar um modelo computacional DEM-CFD para a fluidização de partículas de polipropileno, realizou-se a caracterização física do material particulado, determinando a massa específica real e de carga, o diâmetro médio, a esfericidade, e os ângulos de repouso e de atrito interno (drawdown). As partículas foram classificadas como do tipo Geldart-D, e durante sua fluidização apresentaram comportamento de jorro. Os coeficientes de interação partícula-partícula e partícula-parede, como atrito estático, atrito dinâmico, coeficiente de restituição e resistência ao rolamento, parâmetros de entrada do DEM, foram obtidos via planejamento de experimentos e técnica de otimização. Observou-se que dentre estes parâmetros, o que possui maior efeito sobre os resultados é a resistência ao rolamento. As fluidizações em escala de laboratório forneceram os valores de referência para a velocidade de jorro mínimo, a máxima queda de pressão no leito e a queda de pressão na condição de jorro mínimo. Durante as simulações do reator, foi avaliado o refino de malha computacional, bem como, o refino de parede, utilizando quatro malhas com tamanho da célula, baseado no diâmetro das partículas, na razão de 2x, 3x e 5x, respectivamente. As simulações DEM-CFD da fluidização corroboram com os resultados experimentais, com um erro de 1,88% para U_jm, 0,66% para 〖∆P〗_MÁX e 0,77% para 〖∆P〗_jm, sendo uma poderosa ferramenta para estudos desta espécie.