Título: CONTRIBUIÇÕES NUMÉRICAS PARA PREVISÃO DA PRESSÃO EM LEITO FIXO VIA CFD
Título alternativo: NUMERICAL CONTRIBUTIONS FOR PRESSURE PREDICTION IN A FIXED BED VIA CFD
Autoria de: Breno Henrique Silva Cardoso
Orientação de: Irineu Petri Junior
Presidente da banca: Irineu Petri Junior
Primeiro membro da banca: Suellen Mendonca Nascimento
Segundo membro da banca: Paula Giarolla Silveira
Palavras-chaves: Secagem, Simulação Computacional, Zona Porosa, Euleriana, Modelagem
Data da defesa: 18/12/2024
Semestre letivo da defesa: 2024-2
Data da versão final: 24/01/2025
Data da publicação: 24/01/2025
Referência: Cardoso, B. H. S. CONTRIBUIÇÕES NUMÉRICAS PARA PREVISÃO DA PRESSÃO EM LEITO FIXO VIA CFD. 2025. 70 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química Bacharelado)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2025.
Resumo: A secagem é uma operação essencial na preservação de materiais, especialmente em alimentos e grãos, que demandam redução de umidade para garantir estabilidade e qualidade. Em sistemas porosos, como o leito fixo, essa operação é amplamente utilizada, pois permite que o fluido de secagem percole pelo material de maneira controlada, removendo a umidade de forma uniforme. Nesse contexto, a previsão de parâmetros fluidodinâmicos torna-se crucial para compreender o comportamento do sistema, otimizando sua eficiência e garantindo resultados consistentes. Este trabalho teve como objetivo principal analisar a queda de pressão em um leito fixo preenchido com soja, utilizando abordagens experimentais e numéricas, comparando os resultados obtidos por meio de simulações computacionais no software Fluent e dados teóricos derivados da equação de Darcy modificada por Ergun. Os experimentos foram realizados em uma unidade de leito fixo no Laboratório de Operações de Separação e Transferência (LOST). O leito foi submetido a diferentes alturas de preenchimento e velocidades de escoamento, registrando-se os valores de pressão por meio de manômetros de tubo em U. Os dados obtidos experimentalmente serviram de base para validação das simulações computacionais. A modelagem numérica incluiu duas abordagens a modelagem de zona porosa, baseada na equação de Darcy, e a modelagem multifásica Euleriana Granular. A simulação com a zona porosa apresentou excelente concordância com os dados experimentais, demonstrando ser uma ferramenta eficiente para prever quedas de pressão em sistemas porosos. Por outro lado, a modelagem multifásica Euleriana Granular superestimou os valores de pressão devido à desconsideração do movimento das partículas, o que levou à inviabilidade de seus resultados em sistemas isotrópicos. A análise dos gradientes de pressão indicou comportamento homogêneo e consistente com a isotropia do material, validando a aplicação da condição de zona porosa no sistema. O trabalho também apontou limitações na aplicação direta da equação de Darcy modificada por Ergun, devido à sua dependência de limites específicos de velocidade e viscosidade. Esses limites influenciaram negativamente a precisão dos resultados teóricos em condições experimentais de maior velocidade de escoamento. Concluiu-se que a modelagem numérica de zona porosa é uma abordagem robusta para simular sistemas porosos, com potencial para aplicações práticas em equipamentos de secagem. Este método permite otimizações futuras e a implementação de análises complementares, como a incorporação de modelos térmicos ou de transferência de massa para representar com maior fidelidade o comportamento do sistema em condições reais.
Abstract: Drying is an essential operation in the preservation of materials, particularly in food and grains, which require moisture reduction to ensure stability and quality. In porous systems, such as fixed beds, this operation is widely used as it allows the drying fluid to percolate through the material in a controlled manner, removing moisture uniformly. In this context, predicting fluid dynamic parameters becomes crucial to understanding system behavior, optimizing its efficiency, and ensuring consistent results. The primary objective of this study was to analyze the pressure drop in a fixed bed filled with soybeans, using experimental and numerical approaches, comparing the results obtained through computational simulations in the Fluent software with theoretical data derived from the Darcy-Forchheimer equation modified by Ergun. The experiments were conducted in a fixed-bed unit at the Laboratory of Separation and Transfer Operations (LOST). The bed was subjected to different filling heights and flow velocities, with pressure values recorded using U-tube manometers. The experimental data served as the basis for validating the computational simulations. The numerical modeling included two approaches porous zone modeling, based on the Darcy equation, and Eulerian Granular multiphase modeling. The porous zone simulation showed excellent agreement with the experimental data, demonstrating its efficiency in predicting pressure drops in porous systems. Conversely, Eulerian Granular multiphase modeling overestimated pressure values due to the exclusion of particle motion, rendering its results unfeasible for isotropic systems. The analysis of pressure gradients indicated homogeneous behavior consistent with the materials isotropy, validating the application of the porous zone condition in the system. The study also highlighted limitations in directly applying the Darcy-Forchheimer equation modified by Ergun due to its dependence on specific velocity and viscosity limits. These limits negatively impacted the accuracy of theoretical results under experimental conditions of higher flow velocities. In conclusion, porous zone numerical modeling is a robust approach for simulating porous systems, with potential practical applications in drying equipment. This method enables future optimizations and the implementation of complementary analyses, such as incorporating thermal or mass transfer models, to more accurately represent system behavior under real-world conditions.
URI alternaviva: sem URI do Repositório Institucional da UFLA até o momento.
Curso: G033 - ENGENHARIA QUÍMICA (BACHARELADO)
Nome da editora: Universidade Federal de Lavras
Sigla da editora: UFLA
País da editora: Brasil
Gênero textual: Trabalho de Conclusão de Curso
Nome da língua do conteúdo: Português
Código da língua do conteúdo: por
Licença de acesso: Acesso aberto
Nome da licença: Licença do Repositório Institucional da Universidade Federal de Lavras
URI da licença: repositorio.ufla.br
Termos da licença: Acesso aos termos da licença em repositorio.ufla.br
Detentores dos direitos autorais: Breno Henrique Silva Cardoso e Universidade Federal de Lavras
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