Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/31503
ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-5138-6412
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Embargo Date: 2023-02-10
Title: Investigação sobre o impacto da reologia da suspensão frente a um hidrociclone cônico-filtrante
Alternate title (s): Investigation of the impact of the rheology of the suspension face a filtering conical hydrocyclone
Author: Morimoto, Murilo Guimarães
First Advisor: Vieira, Luiz Gustavo Martins
First coorientator: Barrozo, Marcos Antonio de Souza
First member of the Committee: Costa, Henrique Coutinho de Barcelos
Second member of the Committee: Ferreira, Maria do Carmo
Third member of the Committee: Silva, Danylo de Oliveira
Summary: O hidrociclone é um equipamento utilizado com o intuito de separar uma fase discreta sólida de outra fase contínua líquida, a instituição FEQUI/UFU possui diversos trabalhos utilizando esse equipamento. A instituição ao combinar a operação de hidrociclonagem à operação de filtração criou o chamado hidrociclone filtrante, que possui vantagens operacionais quando comparado com um hidrociclone convencional de mesma geometria. Uma das pesquisas realizadas pela instituição propôs um equipamento convencional geometricamente otimizado cujo objetivo foi o de alcançar altas eficiências, o HGOT1, quando operado com suspensões newtonianas e diluídas. Entretanto, várias suspensões utilizadas na indústria química são suspensões não-newtonianas e concentradas. Desse modo, esse trabalho se propôs a avaliar o desempenho de dois hidrociclones, ambos geometricamente inspirados no HGOT1, sendo um deles modificado e portador de um cone feito de material filtrante e outro convencional (sem filtro). Por meio de um planejamento de experimentos, foi possível estudar o efeito da concentração volumétrica de sólidos alimentada, da queda de pressão experimentada pelos hidrociclones e o efeito da reologia da suspensão alimentada. Foi, também, conduzido uma simulação tridimensional, monofásica e em estado transiente envolvendo o hidrociclone filtrante com o intuito de desenvolver uma abordagem capaz de descrever esse equipamento. Em resumo, observou-se que o aumento da viscosidade aparente e da concentração da suspensão prejudicaram o desempenho de separação dos hidrociclones. Ao comparar as respostas geradas pelos equipamentos convencional e filtrante, pôde-se observar que elas apresentam diferenças. A média da eficiência total do equipamento convencional foi 4,1% menor do que a do filtrante. Enquanto a média do número de Euler do equipamento filtrante foi aproximadamente 12% menor do que a do convencional. Acredita-se que, mesmo operando com suspensões não-newtonianas e concentradas, a presença do filtro foi capaz de mudar a fluidodinâmica do equipamento, o que garantiu ao hidrociclone filtrante uma vantagem no desempenho de separação e no consumo energético quando comparado ao equipamento convencional.
Abstract: The hydrocyclone is an equipment used in order to separate a discrete solid phase from another continuous liquid phase, the FEQUI/UFU institution have several studies investigating this device. The institution when combining the hydrocyclone operation with the filtration operation, created the so-called filtering hydrocyclone, which has operational advantages when compared to a conventional hydrocyclone of the same geometry. One of the researches carried out by the institution proposed a conventional geometrically optimized device whose objective was to achieve high efficiencies (HGOT1) when operated with Newtonian and diluted suspensions. Yet, several suspensions used in the chemical industry are non-Newtonian and concentrated suspensions. Hence, this work aims to evaluate the performance of two hydrocyclones, both geometrically inspired by the HGOT1, one being modified and having a cone made of filtering material and the other a conventional one (without the filtering media). Through a design of experiments, it was possible to study the effect of the volumetric concentration of solids fed, the pressure drop experienced by the hydrocyclones and the effect of the rheology of the fed suspension. Also, a three-dimensional, single-phase, transient state simulation involving the filtering hydrocyclone was conducted in order to develop an approach that is capable to describe this equipment. In conclusion, it was observed that the increase of the apparent viscosity and concentration of the suspension harmed the separation performance of hydrocyclones. When comparing the responses generated by conventional and filtering equipment, it was observed that they differ. The average total efficiency of conventional equipment was 4.1% lower than that of the filtering one. While the average Euler number of the filtering equipment was approximately 12% lower than the conventional one. It is believed, that even when operating with non-Newtonian and concentrated suspensions, the presence of the filter was able to change the fluid dynamics of the equipment, which guaranteed the filtering hydrdorcylclone an advantage in separation performance and energy consumption when compared to the conventional one.
Keywords: filtração
filtration
não-newtoniano
non-Newtonian
concentração de sólidos
solids concentration
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES DE SEPARACAO E MISTURA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: MORIMOTO, Murilo Guimarães. Investigação sobre o impacto da reologia da suspensão frente a um hidrociclone cônico-filtrante. 2021. 126 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, 2021. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.81.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.81
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/31503
Date of defense: 10-Feb-2021
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