Velocidade Mínima Fluidização

1. Velocidade de Mínima Fluidização

Considerando um leito de partículas sustentado em um distribuidor para um fluxo ascendente uniforme de gás (ex.: placa de metal sinterizada porosa). O início da fluidização ocorre quando há o equilíbrio entre a força de arraste promovida pelo fluxo ascendente do gás em movimento e o peso das partículas, ou seja:

  (1)

ou ainda:

  (2)

Re-arranjando a Equação (1), chega-se as condições de mínima fluidização, sendo:

  (3)

No início da fluidização, a porosidade é um pouco maior do que em um leito fixo, correspondendo ao estado expandido do leito de sólidos para qualquer carga (ver detalhes em Porosidade na Mínima Fluidização).

A velocidade superficial em condições de mínima fluidização, Umf, é obtida pela combinação da Equação (2) e com a extrapolação da expressão de leito fixo estabelecida por Ergun (1952):

  (4)

Sendo assim:

  (5)

Ou ainda na forma rearranjada:

  (6)

em que o número de Reynolds é definido como:

  (7)

No caso especial de partículas muito pequenas, a Equação (4) é simplificada como:

  (8)

Para partículas muito grandes:

  (9)

Quando emf e/ou fS não são conhecidas, pode-se ainda estimar Umf, para um leito de partículas irregulares, como segue. Primeiro re-escreve-se a Equação (5) como:

  (10)

em que K1 e K2 são constante:

  (11)

Wen e Yu (1966) foram os primeiros a perceber que K1 e K2 permanecem praticamente constantes para diferentes tipos de partículas em uma ampla faixa de condições (Re = 0,001 a 4000). Sendo assim, outros pesquisadores (ver Tabela 2) publicaram valores de K1 e K2.

Resolvendo a Equação (9) em condições de mínima fluidização e usando os valores de K1 e K2 recomendados por Chitester et al. (1984) para partículas grosseiras, obtém-se:

  (12)

ou:

  (13)

Para partículas finas, os valores recomendados por Wen e Yu (1966) são:

  (14)

Esta expressão é útil apenas como uma estimativa para Umf. Visto que Umf é a mais importante medida necessária para o projeto, esta tem sido o foco de grande quantidade de trabalhos experimentais sob uma ampla variedade de condições (Tabela 1). Maiores detalhes encontram-se em Tannous et al. (1994).

Tabela 1 – Valores das duas constantes na Equação (9)

Investigador
K1
K2
Wen e Yu (1966)
33,7
0,0408
Richardson (1971)
25,7
0,0365
Babu et al (1978)
25,3
0,0651
Grace (1982)
27,2
0,0408
Tannous et al. (1998)
25,83
0,043