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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/24744
Document type: | Dissertação |
Access type: | Acesso Aberto |
Title: | Avaliação de alterações na seção transversal do duto de alimentação de um hidrociclone |
Alternate title (s): | Evaluation of changes in the cross section of the feed duct of a hydrocyclone |
Author: | Rocha, Clara de Assis Oliveira da |
First Advisor: | Silva, Danylo de Oliveira |
First coorientator: | Vieira, Luiz Gustavo Martins |
First member of the Committee: | Martins, Diego Alves de Moro |
Second member of the Committee: | Kyriakidis, Yanne Novais |
Summary: | Hidrociclones fazem parte de um relevante grupo de equipamentos utilizados para a separação de partículas em campo centrífugo. A previsão e descrição do escoamento no interior destes equipamentos pode ser obtida por meio de simulações em fluidodinâmica computacional (CFD). Alguns estudos indicam que os parâmetros operacionais e geométricos podem influenciar diretamente o desempenho de separação de um hidrociclone. Diante disto, uma alternativa para esta melhoria, proposta na literatura, sugere realizar a alteração da seção transversal do duto de alimentação de circular para retangular. O objetivo do presente trabalho foi avaliar, por meio das técnicas de CFD, a modificação do duto de alimentação de circular para quadrado (7x7 mm) e retangular (8x6 mm e 9x5,3 mm) de um hidrociclone de geometria otimizada (HCOT1), mantendo-se aproximadamente a mesma área de seção transversal (47,78 mm²). Além destas alterações, realizou-se o acoplamento de mais um duto de alimentação, ambos com seções transversais retangulares (8x3 mm), esta modificação foi efetuada considerando um trabalho disponível na literatura, que relata a possibilidade de melhora na eficiência de separação de partículas ao aumentar o número de entradas e diminuir a largura das mesmas. Todas as malhas foram confeccionadas com o auxílio do software GAMBIT®, utilizando elementos de malha do tipo hexaédrico. As simulações tridimensionais em escoamento monofásico foram conduzidas por meio do solucionador numérico FLUENT® Academic utilizando-se o modelo de turbulência RSM, em regime transiente, adotando-se como critério de convergência um resíduo máximo de 1.10-4, sendo consideradas estáveis a partir de 2 s. Posteriormente, foram realizados testes experimentais em um dos hidrociclones propostos, denominado STQ (7x7), utilizando uma suspensão aquosa de quartzito em quatro diferentes quedas de pressão. Ressalta-se que a escolha deste hidrociclone foi realizada com base nas descrições fornecidas pelos perfis fluidodinâmicos, em que foi possível observar maiores valores de velocidade axial e tangencial para este equipamento em comparação ao HCOT1. Por meio das simulações realizadas foi possível analisar as diferenças e similaridades dos equipamentos avaliados, utilizando-se das previsões do número de Euler (Eu) e razão de líquido (RL). Apesar de as simulações indicarem razões de líquido (RL) similares para todos os hidrociclones, o resultado foi ligeiramente superior para as novas configurações; ainda de acordo com as simulações, a geometria denominada HCOT1 apresentou o menor consumo energético (Eu = 2604). Ressalta-se que o hidrociclone HCOT1 é uma geometria já otimizada, obtida por pesquisadores da Faculdade de Engenharia Química da UFU, e qualquer melhoria, por menor que possa parecer, é importante. De fato, diante dos resultados obtidos experimentalmente, uma das geometrias propostas neste estudo, denominada de STQ (7x7); comparada ao HCOT1 apresentou, em média, valores de RL 3,19 pontos percentuais maiores; diâmetro de corte 32% menor em média; e número de Euler 12,49% maior em média, ou seja, um consumo energético maior. Portanto, dependo da finalidade da utilização do equipamento STQ (7x7), se este aumento no consumo energético não for significativo, um menor diâmetro de corte na operação deste pode ser uma alternativa interessante. |
Abstract: | Hydrocyclones are part of an important group of equipment used for separation of particles in centrifugal field. The flowfield prediction inside this equipment can be obtained by computational fluid dynamics (CFD) simulation. Some studies indicate that the operational and geometric parameters can directly influence the separation performance of a hydrocyclone. Therefore, an alternative to this improvement, according to the literature, is a possibility to change the cross section of the circular feed duct to rectangular. The objective of the present work was to evaluate, using CFD techniques, the modification of the cross section of the duct feed from circular to square (7x7 mm) and rectangular (8x6 mm and 9x5,3 mm) of an optimized hydrocyclone (HCOT1), keeping the same transversal area (around 47,78 mm²). In addition, it was simulated the coupling of another feed duct, both with rectangular transversal section (8x3 mm), this modification was performed considering a study available in the literature, which reports the possibility of improvement in particle separation efficiency by increasing the number of entrances and reducing their widths. All meshes were made with the aid of GAMBIT® software, using mesh elements of the hexahedral type. The three-dimensional single-phase flow simulations were conducted using the FLUENT® Academic numerical solver applying the RSM turbulence model, in transient regime, adopting a maximum residue of 1.10- 4 as convergence criteria, being considered stable from 2 s. Thereafter, experimental tests were performed on one of the proposed hydrocyclones, denominated STQ (7x7), using an aqueous suspension of quartzite in four different pressure drops. It is emphasized that the choice of this hydrocyclone was made based on the descriptions of the fluid dynamics profiles, in which it was possible to observe higher values of axial and tangential velocities for this equipment in comparison to HCOT1. Through the carried out of simulations, was possible to analyze the differences and similarit of the evaluated equipment, using the predictions of Euler number (Eu) and liquid-to-throughput ratio (RL). Despite the simulations indicate RL being similar for all hydrocyclones, it was superior for the new configurations, but the geometry called HCOT1 presented the lowest energy consumption (Eu = 2604). It should be noted that the hydrocyclone HCOT1 is an already optimized geometry, obtained by researchers of the School of Chemical Engineering of UFU, and any small improvement is important. In fact, in view of the experimental results, one of the geometries proposed in this study, called STQ (7x7), compared to HCOT1 presented, in general: RL values 3,19 percentual dots higher (in average); cut size diameter 32% smaller in average; and Euler number 12,49% higher in average, that is, a higher energy consumption. Therefore, depending on the purpose of the use of the STQ (7x7) equipment, if this increase in energy consumption is not significant, a smaller cut size diameter in the operation of this equipment can be an interesting alternative. |
Keywords: | Alimentos - Indústria Food - Industry Hidrociclone Hydrocyclone Partículas Particles Separação Separation Alteração geométrica Separação sólido-líquido CFD Geometric change Solid-liquid separation |
Area (s) of CNPq: | CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::CIENCIA E TECNOLOGIA DE ALIMENTOS::ENGENHARIA DE ALIMENTOS |
Language: | por |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
Program: | Programa de Pós-graduação em Engenharia de Alimentos |
Quote: | ROCHA, Clara de Assis Oliveira da. Avaliação de alterações na seção transversal do duto de alimentação de um hidrociclone. 2019. 61 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Alimentos) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2019. DOI http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2019.359 |
Document identifier: | http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2019.359 |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/24744 |
Date of defense: | 22-Feb-2019 |
Appears in Collections: | DISSERTAÇÃO - Engenharia de Alimentos (Patos de Minas) |
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