Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/29590
ORCID:  http://orcid.org/0000-0001-5642-2454
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Estudo experimental e numérico da operação de moagem em um moinho de bolas com suspensores
Alternate title (s): Experimental and numerical study of the grinding operation in a ball mill with suspensors
Author: Machado, Marcela Vieira Caixeta
First Advisor: Duarte, Claudio Roberto
Second Counselor: Barrozo, Marcos Antonio de Souza
First member of the Committee: Santos, Dyrney Araújo dos
Second member of the Committee: Béttega, Rodrigo
Third member of the Committee: Ávila Neto, Cícero Naves de
Fourth member of the Committee: Malagoni, Ricardo Amâncio
Summary: Em um moinho de bolas, a interação entre os corpos moedores e o material a ser moído vai determinar o desempenho da operação de moagem. A ocorrência dos eventos de quebra é resultado das inúmeras colisões entre os materiais e da energia envolvida nos impactos. A dinâmica do material particulado no interior do moinho pode ser melhor compreendida por meio de estudos experimentais e simulações numéricas. Com este propósito, a abordagem Lagrangeana (ou DEM) surge como uma ferramenta consolidada, mas envolve algumas limitações, como a necessidade de especificação de alguns parâmetros físicos que vão determinar a correta representação da dinâmica granular. Desta forma, o presente estudo realizou a medida experimental destes parâmetros, a saber o coeficiente de restituição e os coeficientes de atrito estático e de rolamento, e analisou a influência de diferentes condições de ensaio sobre estas medidas. Por meio de simulações numéricas DEM, foi investigado como os valores medidos dos parâmetros DEM influenciam no número de colisões e na energia de colisão entre os corpos de moagem no interior do moinho de bolas em diferentes condições experimentais e, consequentemente, como eles podem vir a afetar o resultado da simulação da operação de moagem. Observou-se que diferentes valores medidos dos parâmetros para uma mesma interação de pares de materiais permutados no papel partícula-superfície não foram iguais, com uma diferença máxima de 43,8%. Isto requer o correto entendimento da aplicação dos parâmetros nos cálculos do modelo DEM, já que os diferentes valores medidos destes parâmetros alteraram os valores resultantes de número de colisões e energia de colisão, o que pode afetar diretamente nas previsões de desempenho da operação de moagem dadas pela simulação numérica. Foi investigado também como as características de revestimento de um moinho de bolas, como a quantidade e a geometria dos suspensores podem afetar o número de colisões e a energia de colisão, definindo, assim, a sua influência sobre o desempenho da operação de moagem. Por fim, foi realizada a moagem de partículas de quartzito, tanto experimentalmente, quanto por meio de simulações numéricas, utilizando o Modelo das Partículas Ligadas (BPM). Em ambas as situações, foram empregadas as condições de máximo número de colisões e energia de colisão, e a condição otimizada destas duas respostas simultaneamente através da função desejabilidade. Constatou-se que a condição otimizada foi a que acarretou na melhor eficiência de quebra das partículas de quartzito (59,2%), ao invés de se utilizar apenas as condições máximas individuais de cada resposta “número de colisões” (38,7%) e “energia de colisão” (47,5%).
Abstract: In a ball mill, the interaction between the grinding media and the material to be ground will determine the efficiency of the grinding operation. The occurrence of breakage events is the result of numerous collisions between materials and the energy involved in the impacts. The dynamics of particulate material inside the mill can be better understood through experimental studies and numerical simulations. For this purpose, the Lagrangean approach (or DEM) emerges as a consolidated tool, but involves some limitations, such as the need to specify some physical parameters that will determine the correct representation of the particular dynamics. Thus, the present study performed the experimental measurement of these DEM parameters, namely the restitution coefficient and static and rolling friction coefficients, and analyzed the influence of different test conditions on these measurements. Through DEM numerical simulations, it was investigated how the measured values of the DEM parameters influence the number of collisions and collision energy between the grinding media inside the ball mill under different experimental conditions and, consequently, how they can affect the simulation result of the grinding operation. It was observed that different measured parameter values for the same interaction alternating the role of each material on the particle-surface pairs were not the same, with a maximum deviation of 43,8%. This requires a deeper understanding of the parameters application in the DEM model calculations, because the different measured values of these parameters changed the results of number of collisions and collision energy, which may directly affect the predictions of milling performance by numerical simulations. It was also investigated how the liner design of a ball mill, such as the quantity and geometry of the lifters, can affect the number of collisions and collision energy, thus defining their influence on the performance of the grinding operation. Finally, quartzite particles were broken both experimentally and by numerical simulations using the Bonded Particle Model (BPM). In both situations, the conditions of maximum number of collisions and collision energy were employed, and the optimized condition of these two responses simultaneously through the desirability function. It was found that the optimized condition was the one that resulted in the best breaking efficiency of quartzite particles (59,2%), instead of using only the individual maximum conditions of each response “number of collisions” (38,7%) and “collision energy” (47,5%).
Keywords: Moinho de bolas
Parâmetros DEM
Abordagem Lagrangeana
DEM
Colisões
Energia de colisão
Suspensores
Ball mill
DEM parameters
Lagrangian approach
Collision
Energy collision
Lifters
Engenharia química
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES DE SEPARACAO E MISTURA
Subject: Moinhos e trabalhos em moinhos
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: MACHADO, Marcela Vieira Caixeta. Estudo experimental e numérico da operação de moagem em um moinho de bolas com suspensores. 2020. 112 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2020. Disponível em: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2020.99
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2020.99
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/29590
Date of defense: 21-Feb-2020
Appears in Collections:TESE - Engenharia Química

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
EstudoExperimentalNumerico.pdf5.15 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


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