Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/27094
ORCID:  http://orcid.org/0000-0003-1608-7342
Document type: Tese
Access type: Acesso Embargado
Title: Separação sólido-líquido em hidrociclones otimizados empregando sistemas concentrados e fluido não newtoniano
Alternate title (s): Solid-liquid separation in optimized hydrocyclones using concentrated systems and non newtonian fluids
Author: Gonçalves, Suélen Mara
First Advisor: Vieira, Luiz Gustavo Martins
First coorientator: Barrozo, Marcos Antonio de Souza
First member of the Committee: Silva, Danylo de Oiveira
Second member of the Committee: Pereira, Marina Seixas
Third member of the Committee: Lima, Euclides Antônio Pereira de
Fourth member of the Committee: Salvador, Fernanda Falqueto
Summary: Os hidrociclones são usados para separação de suspensões sólido-líquido por ação da sedimentação centrífuga. Em virtude de sua simplicidade operacional, tamanho reduzido, baixo custo de manutenção e aquisição, seu uso é difundido nos setores petroquímico, mineral, de alimentos entre outros. A geometria dos hidrociclones tem fundamental influência sobre o desempenho de separação assim como as condições operacionais vigentes na planta, como queda de pressão, percentual de sólidos alimentado e reologia do fluido. A otimização da operação de hidrociclonagem está inserida em um cenário em que as condições operacionais são cada vez mais desfavoráveis e a busca por melhoria nos processos para redução de custos operacionais e minimização da produção de efluentes é constante. Neste sentido, a proposta deste trabalho é avaliar o desempenho de geometrias ótimas de hidrociclones, propostas por pesquisadores da Faculdade de Engenharia Química da Universidade Federal de Uberlândia, operando com fluidos pseudoplásticos contendo até 10,0% de sólidos em volume. A carboximetilcelulose (CMC) foi usada como modulador reológico em concentrações que variaram de 0,2% a 1,0% em massa. O efeito da concentração de sólidos, da adição de CMC, do diâmetro de underflow, do comprimento de vortex finder e da queda de pressão foram investigados no desempenho dos hidrociclones MAX, HOT, HGOT1 e HGOT3 por meio de um Planejamento Composto Central. Verificou-se que o aumento da viscosidade aparente da suspensão prejudicou de forma intensa o desempenho de separação dos hidrociclones e diminuiu o número de Euler devido a diminuição da intensidade do movimento rotacional do fluido. Ao modificar o índice de comportamento, n, do fluido de 0,99 para 0,48, a Eficiência Total dos hidrociclones MAX, HOT, HGOT1 e HGOT3 reduziu cerca de 28%, 43%, 24% e 41% respectivamente. O hidrociclone HGOT1 apresentou resultados promissores quando trabalhou com suspensão diluída (η = 58%). Os hidrociclones MAX e HGOT3 apresentaram desempenho de espessamento semelhante quando operados com CCMC = 0,2%m. e CVA = 5,5%. O hidrociclone HOT apresentou desempenho intermediário comparado aos demais equipamentos. Por fim, as equações de desempenho dos hidrociclones MAX, HOT, HGOT1 e HGOT3 foram levantadas com ajuste satisfatório. Foi possível avaliar os hidrociclones trabalhando em uma condição próxima à vigente em um sistema de controle de sólidos utilizado em sondas de perfuração de petróleo e gás.
Abstract: Hydrocyclones are used to separate solid-liquid suspensions by centrifugal sedimentation. Due to its operational simplicity, small size, low maintenance and acquisition costs, its use is widespread in the petrochemical, mineral, food industry and other sectors. The geometry of hydrocyclones has a fundamental influence on separation performance as well as on-site operating conditions such as pressure drop, percentage of solids in the feed and fluid rheology. The optimization of the hydrocyclones operation is part of a scenario in which operating conditions are increasingly unfavorable and the search for improvements in processes to reduce operating costs and minimize effluent production is constant. In this context, the purpose of this work is to evaluate the performance of optimal hydrocyclone geometries, proposed by researchers from the Chemical Engineering Faculty at the Federal University of Uberlândia, operating with pseudoplastic fluids containing up to 10.0% of solids by volume. Carboxymethylcellulose (CMC) was used as a rheological modulator at concentrations ranging from 0.2% to 1.0% by weight. The effect of solids concentration, the addition of CMC, the underflow diameter, the vortex finder length and the pressure drop were investigated in the performance of the MAX, HOT, HGOT1 and HGOT3 hydrocyclones through a Central Composite Design. The increasing of the suspension’s apparent viscosity was found to severely impair hydrocyclone separation performance and to decrease the Euler number, due to a reduction in the intensity of rotational fluid movement. By modifying the fluid behavior index, n, from 0.99 to 0.48, the Total Efficiency of the MAX, HOT, HGOT1 and HGOT3 hydrocyclones decreased by 28%, 43%, 24% and 41%, respectively. The HGOT1 hydrocyclone showed promising results when working with diluted suspensions (η = 58%). The MAX and HGOT3 hydrocyclones presented similar thickening performances when operated with CCMC = 0.2%w. and CVA = 5.5%. The HOT showed intermediate performance when compared to other hydrocyclones. Finally, the performance equations of the MAX, HOT, HGOT1 and HGOT3 hydrocyclones were obtained and presented satisfactory fit. It was possible to evaluate hydrocyclones by working under conditions close to the ones observed in solid control systems, used in oil and gas drilling rigs.
Keywords: Hidrociclonagem
Reologia
Fluido de perfuração
Concentração de sólidos
Hydrocycloning
Rheology
Drilling fluid
Solids concentration
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: GONÇALVES, Suélen Mara. Separação sólido-liquido em hidrociclones otimizados empregando sistemas concentrados e fluido não newtoniano. 2019. 142 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2019. Disponível em: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2019.2421
Document identifier: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2019.2421
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/27094
Date of defense: 1-Oct-2019
Appears in Collections:TESE - Engenharia Química

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
SeparacaoSolidoLiquido.pdf
  Until 2021-10-01
Tese6.48 MBAdobe PDFView/Open    Request a copy


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.