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Perda de pressão de um fluido monofásico escoando através de um leito fixo de partículas, pela equação de Ergun. A equação soma um termo viscoso, linear na velocidade, a um termo inercial, quadrático na velocidade, e assim abrange os regimes laminar, de transição e turbulento em uma única expressão. Aplica-se a colunas recheadas, reatores catalíticos, adsorvedores, filtros granulares e leitos no início da fluidização.
Ergun equation
Métodos de cálculo
Perda de pressão: perda de pressão e gradiente de pressão de um leito para uma vazão dada, com a velocidade superficial, o número de Reynolds modificado e a parcela do termo viscoso.
Vazão para uma perda de pressão: vazão que um leito admite sob uma perda de pressão dada.
Mínima fluidização: velocidade superficial e vazão em que a perda de pressão do leito se iguala ao seu peso aparente, com a perda de pressão do leito nesse ponto.
em que ΔP é a perda de pressão em um leito de comprimento L e área de seção transversal A, Q a vazão volumétrica, u a velocidade superficial, ε a porosidade do leito, dp o diâmetro da partícula equivalente em volume, ϕ a esfericidade da partícula (ϕ=1 para esferas), e ρ e μ a massa específica e a viscosidade do fluido. O termo viscoso predomina para Re′<10 e o termo inercial para Re′>1000.
Na mínima fluidização, a perda de pressão se iguala ao peso aparente do leito por unidade de área:
A correlação de Wen e Yu, Remf=33,72+0,0408Ar−33,7, que dispensa εmf e ϕ, é apresentada nos passos de cálculo para comparação.
Faixa de aplicação
Escoamento incompressível. Para um gás, o resultado vale enquanto a perda de pressão for pequena em relação à pressão absoluta (cerca de 10 %); caso contrário, o leito deve ser dividido em segmentos avaliados na massa específica média de cada um.
A porosidade é o parâmetro de maior influência: ΔP varia aproximadamente com (1−ε)2/ε3, de modo que um erro de 0,02 em ε altera a perda de pressão em cerca de 20 %. Esferas em empacotamento aleatório têm ε≈0,36 a 0,40.
Os efeitos de parede são desprezados; tornam-se significativos quando o diâmetro do leito é menor que cerca de dez diâmetros de partícula.
Valores padrão: nos dois primeiros métodos, leito de esferas de 3 mm com ar a 20 °C e 1 atm; no método de mínima fluidização, areia arredondada (ϕ=0,86, 2650 kg/m³) em ar.
Referências
ERGUN, S. Fluid flow through packed columns. Chemical Engineering Progress, v. 48, n. 2, p. 89-94, 1952.