Publicação: Uma Contribuição ao Estudo do Processo de Separação em Ciclones Filtrantes
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O processo de separação em ciclones filtrantes é análogo ao comportamento fenomenológico em ciclone convencional, entretanto, a presença do meio filtrante proporciona pertubações signicativas no escoamento. A determinação da permeabilidade foi um dos pontos chave ao se estudar ciclones filtrantes. Analisando o processo de separação em ciclones filtrantes, verificou-se que a permeabilidade interfere no comportamento fluidodinâmico e devido algumas inconsistências na forma de determinação até então, fez parte
dos objetivos desta tese a proposição de metodologias alternativas para se determinar a
permeabilidade do meio filltrante. O presente trabalho fundamentou-se no estudo, análise
e compreensão do comportamento fluidodinâmico em ciclones filtrantes. Na investigação,
foram utilizadas técnicas experimentais e conhecimentos de fluidodinâmica computacional (CFD), para o melhor entendimento do complexo processo de separação em ciclones
filtrantes. A principal contribuição do estudo foi avaliar o comprimento da altura da
alimentação, a permeabilidade no cone e a vazão volumétrica de alimentação, a fim de
estudar o comportamento fluidodinâmico no interior do equipamento. Como resultados
experimentais de laboratório, verificou-se que a permeabilidade é influenciada pela forma
geométrica da área, de modo que a metodologia proposta na tese foi a mais adequada,
por levar em consideração os efeitos geométricos da área e preservar as características
reais do escoamento. Ainda em relação aos resultados de laboratório, verificou-se que
em elevadas velocidades de alimentação a diferença na eficiência de separação entre os
ciclones convencional e filtrante ficou em torno de 5%. Também foi avaliado o efeito da
injeção de partículas sobre a queda de pressão em ciclones filtrante e convencional; nestes
casos; neste caso, ambos proporcionaram a diminuição da queda de pressão ao se injetar
particulado. Em relação aos resultados numéricos, foram analisados estatisticamente a
significância das variáveis independentes em relação ao número de Euler (Eu) e a razão de
filtrado (Rf ). Verificou-se que as três variáveis analisadas foram significativas no processo
em relação às variáveis resposta. Os resultados das simulações numéricas mostraram que
altura da alimentação foi a variável que mais interferiu no desempenho do ciclone filtrante
(Eu); em relação a Rf a variável determinante foi a permeabilidade. Em se tratando do
comportamento fenomenológico, a permeabilidade apresentou efeito significativo sobre o
perfil de velocidades tangencial para baixas vazões contendo o ciclone uma pequena altura
da alimentação. Altura da alimentação foi a variável que mais interferiu no comportamento fluidodinâmico em ciclone filtrante (Eu); em relação a Rf a variável determinante foi a permeabilidade. Em se tratando do
comportamento fenomenológico, a permeabilidade apresentou efeito significativo sobre o
perfil de velocidades tangencial para baixas vazões contendo o ciclone uma pequena altura
da alimentação.
Abstract
The process of separation in a filtering cyclone is analogous to the phenomenological behavior in a conventional cyclone, however, the presence of the filter medium provides
significant ow disturbances. Analyzing the process of separation in a filtering cyclone, it
was found that permeability interferes on the fluid dynamic behavior and because some
inconsistencies in the form of determination until then, was part of the objectives of this
thesis the proposition of alternative methodologies to determine the permeability of the
filter medium. This work was based on the study, analysis and understanding of the uid
dynamic behavior in filtering cyclones. In research, we used experimental techniques and
knowledge of computational fluid dynamics, for the better understanding of the complex
process of separation in ltering cyclones. The main contribution of this study was to
evaluate the length of the height of the feed, the permeability in the cone and the volumetric flow rate of feed, in order to study the fluid dynamic behavior inside the equipment.
As laboratory experimental results, it was found that permeability is influenced by the
geometric shape of the area, so that the methodology proposed in the thesis was the
most appropriate, taking into account the geometric e ects and preserve the real features
of the flow. With regard to the lab results, it was found that at high feed speeds the
diference in separation efficiency of conventional and filtering cyclones was around 5 %.
It was also evaluated the effect of injection of particles on pressure drop in filtering and
conventional cyclones; in this case, both provided the decrease of pressure drop when you
inject particulates. In relation to the numerical results were statistically analyzed the
significance of independent variables in relation to the Euler number (Eu) and the reason
of the filtrate (Rf ). It was found that the three analyzed variables were significant in
the process in relation to the response variables. The results of numerical simulations
have shown that the feed height was the variable that most interfered in the cyclone filter
performance (Eu); about Rf the variable determinant was the permeability. In the case
of the phenomenological behavior, the permeability presented significant effect on the
tangential speeds profile for low flows rate containing a small cyclone feed height.
Palavras-chave
separação, ciclone, filtração, CFD, Gás, sólido, solid-gas separation, cyclone, filtration, computational fluid dynamics
Citação
GONÇALVES, João Carlos. Uma contribuição ao estudo do processo de separação em ciclones filtrantes. 2015. 179 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.8024