Aplicação da análise wavelet para detecção de transições de regime em leito fluidizado

Autor: Graziela Lemos Ferreira

A fluidização é um processo onde partículas sólidas adquirem um comportamento semelhante ao de um fluído em ebulição devido ao fluxo ascendente de um gás ou líquido. Devido à este fluxo ascendente do fluído através do leito de sólidos, diferentes tipos de regimes fluidodinâmicos podem ser observados. As variações dos tipos de regimes estão associadas a velocidade do fluído, características físicas das partículas e condições de operação da coluna. O conhecimento dos regimes fluidodinâmicos é crucial para garantir a eficiência e a segurança das operações, sendo necessário a aplicadação de uma ferramente de análise de dados eficiente para capturar a dinâmica complexa desses sistemas. Nesse contexto, este estudo tem como objetivo empregar as transformadas de Fourier e wavelet para analisar medidas de flutuação de pressão obtidas em diferentes regimes fluidodinâmicos de um leito fluidizado gás-sólido, utilizando os seguintes sólidos: CMC - Celulose Microcristalina (dp=329µm; ρ=0,98g.cm-3), Areia I (dp=193µm; ρ=2,48g.cm-3) e Areia II (dp=727µm; ρ=2,45g.cm-3). Os sólidos empregados foram classificados como Geldart B (CMC e Areia I) e B/D (Areia II), e os experimentos foram realizados em duas condições diferentes de relação altura de leito fixo (H) e diâmetro de coluna (D) (H/D=1/1 e H/D=2/1). Um amplo conjunto de análises foi utilizado para identificação dos regimes fluidodinâmicos e suas transições. Para alcançar esse objetivo, foram aplicadas técnicas como espectros de frequência, frequências e amplitudes dominantes, distribuição de energia dos subsinais, índice de homogeneidade (HI) e análise de entropia. A análise de Fourier permitiu decompor os dados de pressão em suas componentes de frequência, sendo possível identificar e compreender as frequências dominantes das oscilações e correlacionar com os padrões de regimes de contato no leito fluidizado. Os sólidos com classificação de Geldart B apresentaram as mesmas variações de regimes sob as mesmas condições de operação. Para relação H/D = 1/1, as seguintes transições foram observadas: leito fixo, borbulhante múltiplo e borbulhante explosivo. Na relação H/D = 2/1, as seguintes transições foram observadas: leito fixo, borbulhante múltiplo, slugging e borbulhante explosivo. O sólido com classificação B/D apresentou transição de regimes diferentes. Para H/D=1/1: leito fixo, borbulhante simples e borbulhante explosivo. Para H/D=2/1: leito fixo, borbulhante simples, slugging e borbulhante explosivo. A transformada de Wavelet trouxe uma vantagem significativa na análise dos dados através da aplicação da função Symmlets 13, sendo possível identificar mudanças bruscas nos dados de pressão que estavam relacionadas a transições de regimes. Valores máximos de HI e mínimos de entropia foram obtidos nas transições do regime borbulhante simples para borbulhante múltiplo ou slugging. Em relação a decomposição dos subsinais na condição H/D= 1/1, constatou-se para os sólidos do tipo B que a maior razão de energia foi em D4 e para o tipo B/D foi em D5. Com o aumento da altura do leito, H/D=2/1, sólidos do tipo B apresentaram valores maiores de energia em D5 e B/D em D6. Os subsinais com maior razão de energia foram condizentes com a faixa de frequência dominante obtida na análise de Fourier.

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