Requisitos para o jorro

O jorro é um fenômeno observável, que depende de várias combinações como velocidade do gás, características das partículas sólidas e configurações geométricas do vaso. Fixando-se alguns dados como tipo da partícula e seu diâmetro (dp), dimensões do vaso como diâmetro da entrada de ar (Di) e diâmetro do leito cilíndrico (Dc), tipo do fluido injetado (ar), é possível traçar um gráfico com dados experimentais de altura do leito versus velocidade superficial do gás, obtendo-se informações importantes sobre o regime. Esse tipo de diagrama pode apresentar quatro fases distintas que corresponderão ao leito fixo, leito de jorro, leito com fluidização agregativa e leito fracionado (“slugging”). Conforme representado no Diagrama 2.2, ilustrado em Mathur e Epstein (1974).

Diagrama 2.2- Regime para o trigo.

Fonte: Mathur e Epstein (1974)

2.5.3.1. Altura máxima do leito de jorro (Hmax)

Diversos são os mecanismos que podem causar instabilidade no regime de jorro, e a estimativa da altura máxima do jorro estável é um desses fatores, pois a partir desta tem-se uma ideia de qual altura de leito deve ser utilizada no processo. Assim, por ser

48 um parâmetro importante para o projeto adequado do leito, muito autores têm apresentado correlações para este parâmetro.

A Equação proposta por Malek e Lu (1965) (Equação 2.16) é um exemplo para predição da altura máxima do leito para proporcionar condições de jorro estável, baseada numa série de variáveis:

(2.16)

Onde, é o fator da forma da partícula, definido como:

(2.17)

2.5.3.2. Efeitos da geometria da coluna

Para uma determinada coluna a altura máxima do leito (Hmax) para obtenção do jorro em condições estáveis tende a decrescer com o aumento do diâmetro do orifício de entrada do fluido (Di). Com base em dados para diversos materiais em coluna cilíndrica, Becker (1961) sugeriu um valor crítico para obtenção de jorro estável representado pela relação entre o diâmetro do orifício de entrada do fluido no cone (Di) e o diâmetro superior do cone (Dc) (Equação 2.18):

(2.18)

A seção cônica inferior da coluna facilita o fluxo de sólidos da região anular para dentro da região de injeção do gás. O limite do ângulo do cone depende da fricção interna característica dos sólidos, sendo que para a maioria dos materiais a inclinação mínima, para uma circulação de sólidos, satisfatória é de 40°.

Manurung (1964) demonstrou que uma máxima estabilidade é obtida com um projeto de entrada do ar que não permita que o jorro seja desviado do caminho vertical antes que este penetre no leito de partículas. Isto pode ser resolvido por um bocal convergente ou com a colocação de uma tampa cônica.

49 2.5.3.3. Efeitos das propriedades dos sólidos

Embora o tamanho mínimo de uma partícula em um leito de jorro seja geralmente estabelecido em 1 mm de diâmetro, Ghosh (1965) sugeriu que um leito de jorro pode ser obtido com materiais finos desde que o diâmetro da entrada de gás não exceda 30 vezes o diâmetro da partícula. A uniformidade do tamanho das partículas favorece a estabilidade do jorro, enquanto que a presença de pequenas porções de partículas finas pode prejudicar a estabilidade.

Sólidos em uma ampla faixa de densidades têm sido usados em jorro sem qualquer indicação de que exista limite de densidades de partículas, além do qual a ação do jorro não seria realizada.

O formato e as características superficiais das partículas têm influência na estabilidade do jorro. Uma equação empírica de Malek e Lu (1965), para a altura máxima de jorro estável, sugere que se podem jorrar partículas não esféricas em leitos mais profundos do que as esféricas (MATHUR e EPSTEIN, 1974).

2.5.3.4. Efeitos do fluxo do gás

Em leitos rasos, um aumento no fluxo de gás muito superior ao requerido para o jorro mínimo causa a perda de sua forma definida acima da superfície do leito. O movimento de sólidos na região superior do leito torna-se caótico, enquanto o movimento de sólidos na região anular permanece intacto (MATHUR e EPSTEIN, 1974).

Em leitos profundos, sólidos movimentam-se no leito, que é rompido a altas taxas de fluxo de gás. Esse rompimento, no caso de partículas grossas, leva à formação do fracionamento do leito (“slugging”).

2.5.3.5. Atrito no leito de jorro

A fase sólida em um leito de jorro pode sofrer desgaste ocorrendo quebras de partículas, devido ao atrito provocado pela alta velocidade na região de jorro. O movimento ascendente das partículas provoca colisões de umas contra as outras no interior do jorro, na região anular e na parede do leito. Materiais como grãos, plásticos granulares e outros, têm algum grau de elasticidades e são, portanto, capazes de resistir

50 às condições de atrito relativas ao processamento, sem haver rupturas, o que não acontece com sólidos mais frágeis.

Mesmo para materiais mais frágeis, a extensão de danos provocados pelo atrito também depende das condições do jorro, ou seja, é possível exercer algum controle de atrito para cada material, pela escolha dos parâmetros do projeto. Segundo Paulo Filho (1999), uma investigação, na Universidade de British Columbi, sobre esse aspecto do leito de jorro e algumas indicações do comportamento do atrito foram comprovados em experimentos realizados, com fertilizantes como leito de ureia, na qual foram utilizados diferentes tamanhos de orifício de entrada do gás, ângulos do cone, profundidade do leito e velocidades do ar, para análise de amostras extraídas de um leito de jorro em intervalos de 10 min. A quantidade finamente polvilhada era coletada em um ciclone. Após 2h de processamento no jorro, foram avaliadas amostras que variaram de 0-9 g por Kg de peso do leito em toda a faixa de condições estudadas. Concluíram que variável que mais influenciou no atrito entre as partículas foi o diâmetro de entrada de ar e consequentemente a velocidade do ar na entrada do leito (MATHUR e EPSTEIN, 1974).