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Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Otimização da separação sólido-líquido em hidrociclones mediante modificações geométricas
Author: Silva, Danylo de Oliveira
First Advisor: Barrozo, Marcos Antonio de Souza
First coorientator: Vieira, Luiz Gustavo Martins
First member of the Committee: Duarte, Claudio Roberto
Second member of the Committee: Ataide, Carlos Henrique
Third member of the Committee: Scheid, Cláudia Míriam
Fourth member of the Committee: Pereira, Nehemias Curvelo
Summary: Por apresentar baixo custo, estrutura simples, considerável capacidade de processamento de suspensão e pequenas dimensões, os hidrociclones são equipamentos muito utilizados para separação de partículas dispersas (líquidas ou sólidas) de uma fase líquida contínua. A forma e o tamanho dos hidrociclones têm um efeito determinante no escoamento interno da fase contínua e, portanto, na separação ou classificação da fase dispersa. Assim, várias alterações geométricas têm sido propostas nos últimos anos objetivando aumentar a eficiência de separação de partículas ou diminuir o consumo energético. Em um trabalho sobre otimização de hidrociclones, Vieira (2006) estudou as influência das principais variáveis geométricas no desempenho dos separadores, a partir do qual encontrou o separador denominado HC11, que, concomitantemente, apresentava alta eficiência de separação e baixo custo energético. No presente trabalho, novas alterações geométricas foram incorporadas ao hidrociclone HC11 e seus impactos nos índices de desempenho foram avaliados experimentalmente e através de técnicas de CFD. As alterações propostas foram: mudança na espessura da parede do vortex finder; uso de um novo modelo de vortex finder tipo coifa; uso da rampa de alimentação e uso de alimentação rotacional. Os resultados indicaram que todas as alterações propostas modificaram o desempenho do separador e é possível atingir índices melhores que no modelo padrão. Além disso, baseado nos dados de Vieira (2006), três novas configurações geométricas de hidrociclones foram encontradas através do uso da técnica de superfície de resposta combinada com o algoritmo de Evolução Diferencial (ED). Os resultados obtidos através das técnicas de otimização foram validados com dados experimentais. As três configurações otimizadas de hidrociclones encontradas foram: (i) hidrociclone HCOT1, com alta eficiência de separação (η=85,5%); (ii) hidrociclone HCOT2, com baixa razão de líquido (RL=9,37%) e (iii) hidrociclone HCOT3, com baixo número de Euler (Eu=788) e baixa razão de líquido (RL=5,08%).
Abstract: Because of advantages such as low cost, simple structure, large capacity of suspension processing and small dimensions, hydrocyclones are widely used for separating dispersed phase (liquid or solids) from continuous one. The shape and size of a hydrocyclone has a decisive effect on the internal flow structure of the continuous phase, and therefore, the separation or classification of the dispersed phase. Therefore, several geometric changes have been suggested to improve the particle separation efficiency and reduce energy costs of hydrocyclones. In a work of hydrocyclones optimization, Vieira (2006) studied the influence of the main geometrical variables on the performance of the separators, from what he found a hydrocyclone with good separation efficiency and low energy cost, the so-called HC11. In the present work, new geometrical changes have been incorporated to the hydrocyclone HC11 and the impacts of those changes have been evaluated experimentally and by CFD techniques. The proposed geometrical changes were: the modification of the wall thickness of vortex finder; the use of a mantle type vortex finder; the use of a ramped roof feed inlet and the use of a rotating feed. The results indicated that all the proposed modifications have changed the performance of the separator and that it is possible improve the standard HC11. Moreover, based on the data of Vieira (2006), three new geometrical configurations of hydrocyclones have been found through the use of response surface technique combined with the Differential Evolution algorithm. The results obtained through the optimization techniques have been validated by experimental data. The optimized configurations of hydrocyclones found were: (i) hydrocyclone HCOT1, with high separation efficiency (η=85.5%); (ii) hydrocyclone HCOT2, with low underflow-to-throughput ratio (RL=9.37%) and (iii) hydrocyclone HCOT3, with low Euler number (Eu=788) and low underflow-to-throughput ratio (RL=5.08%).
Keywords: Hidrociclone
Separação sólido-líquido
CFD
Algoritmo de evolução diferencial
Hydrocyclone
Solid-liquid separation
Differential evolution algorithm
Separação (Tecnologia)
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Language: por
Country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Institution Acronym: UFU
Department: Engenharias
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: SILVA, Danylo de Oliveira. Otimização da separação sólido-líquido em hidrociclones mediante modificações geométricas. 2012. 224 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2012.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15061
Date of defense: 27-Nov-2012
Appears in Collections:TESE - Engenharia Química

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