Orientador: Marco Aurélio Cremasco

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: Leitos fluidizados têm sido amplamente utilizados em inúmeros processos industriais desde o seu uso no craqueamento catalítico do petróleo, em 1942. Devido ao alto grau de contato entre as fases, suas aplicações incluem recobrimento de partículas, combustão, secagem e síntese catalítica. No...

Resumo: Leitos fluidizados têm sido amplamente utilizados em inúmeros processos industriais desde o seu uso no craqueamento catalítico do petróleo, em 1942. Devido ao alto grau de contato entre as fases, suas aplicações incluem recobrimento de partículas, combustão, secagem e síntese catalítica. No entanto, leitos fluidizados exibem dinâmica complexa e a caracterização de regimes de fluidização tem sido o foco de diversos estudos ao longo dos anos. Usualmente, monitora-se a pressão neste tipo de sistema, pois os instrumentos são robustos, relativamente baratos, não intrusivos e suportam condições operacionais severas. O presente trabalho avalia a entropia de Shannon para a análise de séries temporais de queda de pressão em um leito fluidizado gás-partícula. Esse parâmetro advém da teoria da informação, sendo uma medida da incerteza média de uma variável, e pode ser usado como uma ferramenta na caracterização de diferentes regimes de fluidização. Os dados experimentais usados nesta dissertação foram obtidos por Prieto (2014), sendo os experimentos realizados no Laboratório de Processos em Meios Porosos, na Unicamp. A fase fluida foi o ar atmosférico, a 25 oC e a fase particulada consistia de microesferas de vidro pertencentes aos grupos A, B e D da classificação de Geldart. O carregamento de partículas no leito foram 400 e 800 g. O sistema de aquisição de pressão possui uma frequência de 1.000 Hz. A coluna foi construída em acrílico e possui um diâmetro interno e altura iguais a 10 e 100 cm, respectivamente. Dos resultados, percebeu-se que a entropia de Shannon é capaz de caracterizar a dinâmica dos regimes de fluidização embora haja uma dificuldade na identificação dos pontos de transição. No geral, existe um valor máximo na região próxima do ponto de mínima fluidização e, então, uma tendência decrescente é observada, a medida que o comportamento do leito se torna mais periódico no regime pistonado. Para que se possa calcular a entropia de Shannon, é necessário transformar a série temporal em uma distribuição de frequência. Devido ao fato de que este parâmetro é monotonicamente crescente com o número de classes de um histograma, cada série temporal teve o seu número de classes determinado individualmente. Os resultados estão de acordo com aqueles obtidos por Prieto (2014), que utilizou a análise no espaço de fase na caracterização da dinâmica do leito

Abstract: Fluidized bds have been extensively used for numerous industrial processes since the catalytic cracking of petroleum in 1942. Due to the high level of contact between the phases, its applications include solid coating, combustion, drying and catalytic synthesis. However, fluidized beds...

Abstract: Fluidized bds have been extensively used for numerous industrial processes since the catalytic cracking of petroleum in 1942. Due to the high level of contact between the phases, its applications include solid coating, combustion, drying and catalytic synthesis. However, fluidized beds exhibits complex dynamics and the characterization of fluidization regimes has been the subject of several studies along the years. Usually, pressure is the variable monitored in these systems, because the measurement instruments are robust, relatively cheap, virtually non-intrusive and can withstand harsh operational conditions. The present work evaluates the Shannon entropy for the analysis of pressure drop time series from a gas-particle fluidized bed. This parameter comes from the information theory, being a measure of average uncertainty of a random variable, and can be used as a tool for the characterization of different fluidization regimes. The experimental data used in this Dissertation were obtained by Prieto (2014). The experiments were performed at the Laboratory of Processes in Porous Media, at University of Campinas. The fluid phase was atmospheric air, at 25 oC and the particulate phase consisted of glass beads belonging to the A, B and D group of the Geldart classification. The total particle loads in the bed were 400 and 800 g. The column is made of acrylic with an inside diameter and height of 10 and 100 cm, respectively. The pressure acquisition system has a frequency of 1,000 Hz. As for the results, the Shannon entropy is capable of characterizing the dynamics of the fluidization regimes even if there is a certain difficulty in identifying the transition points. Generally, there is a maximum value around the region of the minimum fluidization and, then, a decreasing tendency of is observed as the behavior of the bed becomes more periodic in the slug flow regime. In order to calculate the Shannon entropy, it is necessary to transform the time series into a frequency distribution. Due the fact that this parameter is monotonically increasing with the number of classes of a histogram, each time series was analysed individually for the determination of their respective number of bins. The results are in accordance to those obtained by Prieto (2014), who used state space analysis to characterize the dynamics of the gas-particle fluidized bed

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