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Document type: Tese
Access type: Acesso Embargado
Title: Otimização geométrica de hidrociclones a partir de um histórico em hidrociclonagem na FEQUI/UFU
Alternate title (s): Geometric optimization of hydrocyclones based on hydrocyclone studies at FEQUI/UFU
Author: Kyriakidis, Yanne Novais
First Advisor: Vieira, Luiz Gustavo Martins
Second Counselor: Barrozo, Marcos Antonio de Souza
Summary: Hidrociclones são separadores centrífugos destinados à separação sólido-líquido ou líquido-líquido onde haja uma significativa diferença de densidade entre as fases. São equipamentos amplamente difundidos no meio industrial e entre suas vantagens estão a geometria compacta, de simples construção, baixo custo de manutenção e alta eficiência. A depender da finalidade do processo (concentração ou classificação), é possível potencializar o desempenho desses separadores mediante a otimização de variáveis geométricas. O estudo de hidrociclones não convencionais sempre foi objeto de pesquisa da FEQUI/UFU e nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi encontrar relações geométricas ótimas para hidrociclones em estudos de casos de otimização discreta e “semi-contínua” por meio do levantamento de um banco de dados a partir de um histórico em hidrociclonagem na FEQUI/UFU e ajustes de equações de predição utilizando técnicas de Superfícies de Resposta para implementá-las em um algoritmo de otimização baseado em algoritmo genético chamado Algoritmo de Evolução Diferencial. Foram geradas quatro geometrias ótimas dos estudos de casos, que foram comparadas experimentalmente e numericamente com geometrias do banco de dados que melhor atendiam às especificações do problema. Adicionalmente, uma quinta configuração foi testada alterando-se o diâmetro de underflow de um dos hidrociclones otimizados. Os equipamentos foram submetidos a testes experimentais e simulações fluidodinâmicas. De acordo com os principais resultados, dois equipamentos se destacaram: a geometria otimizada para maximização da eficiência total – HGOT1 – e a geometria otimizada para minimização do número de Euler com alteração no diâmetro de underflow – HGOT3DU3. O HGOT1 alcançou o mesmo patamar de eficiência total que o melhor hidrociclone do banco de dados, porém com uma redução de 44,69% no gasto energético. Apesar de otimizado para minimizar o gasto energético, o HGOT3DU3 se mostrou um hidrociclone mais concentrador do que aqueles catalogados no banco de dados, fornecendo valores de razão de líquido em média 49,73% menores e concentração volumétrica de sólidos na corrente de underflow em média 52,43% maiores do que o equipamento mais concentrador da literatura pesquisada.
Abstract: Hydrocyclones are centrifugal separators intended for solid-liquid or liquid-liquid separation where there is a significant difference in density between the phases. They are widely used in the industrial environment and among its advantages it can be listed its compact geometry, simple construction, low maintenance cost and high efficiency. Depending on the purpose of the process (concentration or classification), it is possible to enhance the performance of these separators by optimizing geometric variables. The study of unconventional hydrocyclones has always been a subject of research by FEQUI / UFU. In this context, the aim of this work was to find optimal geometric relations for hydrocyclones in case studies of discrete and "semi-continuous" optimization by data collection and estimation of prediction equations using the Response Surfaces technique to implement them in an optimization algorithm based on genetic algorithm called Differential Evolution Algorithm. Four optimal geometries were generated from the case studies and the equipment were compared experimentally and numerically with geometries from the database that best achieved the specifications of the problem. In addition, a fifth configuration was tested by changing the underflow diameter of one of the optimized hydrocyclones. The geometries were submitted to experimental tests and fluid dynamics simulations. According to the main results, two devices stood out: the optimized geometry to maximize the total efficiency - HGOT1 - and the optimized geometry to minimize the Euler number with the change in the diameter of underflow - HGOT3DU3. HGOT1 reached the same level of total efficiency as the best hydrocyclone in the database, but with a 44.69% reduction in energy expenditure. Although optimized to minimize energy expenditure, HGOT3DU3 was shown to be a more concentrator hydrocyclone than those cataloged in the database, providing a mean underflow-to-throughput ratio 49.73% smaller and a mean volumetric concentration of solids in the underflow stream 52.43% higher than the most concentrator equipment in the researched literature.
Keywords: Hidrociclone
Otimização
CFD
Eficiência total
Razão de líquido
Número de Euler
Hydrocyclone
Optimization
Total efficiency
Underflow-to-throughput ratio
Euler number
Engenharia química
Fluidodinâmica computacional
Otimização combinatória
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES DE SEPARACAO E MISTURA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: KYRIAKIDIS, Yanne Novais. Otimização geométrica de hidrociclones a partir de um histórico em hidrociclonagem na FEQUI/UFU. 2018. 125 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2018. Disponível em: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2018.808.
Document identifier: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2018.808
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/22632
Date of defense: 10-Jul-2018
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