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ORCID:  http://orcid.org/0000-0001-6145-6173
Document type: Tese
Access type: Acesso Embargado
Embargo Date: 2025-01-26
Title: Projeto e construção de hidrociclones com análise de incertezas e manufatura aditiva
Alternate title (s): Design and construction of hydrocyclones with uncertainty analysis and additive manufacturing
Author: Garcia, Vitor Alves
First Advisor: Vieira, Luiz Gustavo Martins
First coorientator: Lobato, Fran Sérgio
First member of the Committee: Kyriakidis, Yanne Novais
Second member of the Committee: Finzi Neto, Roberto Mendes
Third member of the Committee: Ferreira, Maria do Carmo
Fourth member of the Committee: Libotte, Gustavo Barbosa
Summary: Os hidrociclones são equipamentos industriais utilizados para promover separações entre uma fase discreta, sólida ou líquida, e uma fase contínua líquida. O desempenho desses equipamentos pode ser avaliado segundo três critérios, sendo eles poder de separação, capacidade de concentração e consumo energético, e essas características são altamente dependentes da geometria e das dimensões do equipamento. Ademais, a melhoria simultânea da performance do hidrociclone nesses três quesitos constitui um problema de otimização multi - objetivo, uma vez que tais características são conflitantes entre si. Adicionalmente, nas abordagens clássicas dos problemas de otimização, não são consideradas perturbações e incertezas, às quais o sistema está sujeito, o que pode acarretar na obtenção de resultados que, quando aplicados na prática, não correspondam às expectativas, tornando sua implementação inviável. Diante disso, o presente trabalho teve como objetivo projetar hidrociclones usando otimização baseada em confiabilidade no contexto multi-objetivo. Dessa forma, as otimizações foram realizadas considerando diferentes níveis de confiabilidade em quatro estudos de caso avaliando o poder de separação, a capacidade de concentração e o consumo energético. A partir dos resultados obtidos alguns hidrociclones foram selecionados para serem construídos, bem como alguns dos reportados por Garcia (2018), obtidos usando otimização robusta. Os separadores foram então construídos através da técnica de manufatura aditiva e foram testados experimentalmente. Os resultados obtidos mostraram que o aumento do nível de confiabilidade considerado provoca, como esperado, mudanças nas curvas de Pareto, podendo ser na forma de um encurtamento ou de um afastamento da curva em relação ao resultado do problema nominal, a depender das restrições que estão sendo ativadas. Além disso, verificou-se que os hidrociclones obtidos com confiabilidade possuem, na prática, uma maior tendência de respeitar as restrições definidas no problema de otimização. Por fim, foram obtidos hidrociclones com bons desempenhos experimentais em todos os quesitos considerados: poder de separação e clarificação, capacidade de concentração e consumo energético.
Abstract: Hydrocyclones are industrial equipment used to separate a discrete phase, solid or liquid, from a continuous liquid phase. The performance of these equipment can be assessed considering three criteria, which are separation, concentration capacity and energy consumption, and these aspects are highly dependent on the equipment geometry and dimensions. Moreover, the simultaneous improvement of hydrocyclone performance in these three features constitutes a multi-objective optimization problem since these characteristics are conflicting with each other. Furthermore, in the classical approach of optimization problems, disturbances and uncertainties, which the system is subjected, are not considered. This fact can lead to results that, when applied in practice, do not correspond to the expectations, making their application unfeasible. Therefore, the present work aimed to design hydrocyclones using reliability-based optimization in the multi-objective context. Thus, optimizations were accomplished considering different reliability levels for four study cases, evaluating the separation potential, the concentration capacity and the energy consumption. Hence, some of the obtained hydrocyclones were chosen to be constructed, along with some equipment reported by Garcia (2018), obtained using robust optimization. In this way, the hydrocyclones were fabricated using the additive manufacturing method and they were experimentally tested. The results showed that a raise in reliability level leads, as expected, to changes in the Pareto curves, which can be in the form of a shortening or a displacement from the original curve, depending on which constraints are being activated. Furthermore, it was found that hydrocyclones obtained with reliability tend, in practice, to respect more the constraints defined in the optimization problem. Finally, it was obtained hydrocyclones with good experimental performance in all considered aspects: separation and clarification potential, concentration capacity and energy consumption.
Keywords: Hidrociclone
Hydrocyclone
Otimização
Optimization
Confiabilidade
Reliability
Robustez
Robustness
Manufatura aditiva
Additive manufacturing
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Subject: Engenharia química
Equipamentos industriais
Consumo de energia
Máquinas - Indústria
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: GARCIA, Vitor Alves. Projeto e construção de hidrociclones com análise de incertezas e manufatura aditiva. 2022. 145 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2022. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.7000
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.7000
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/36831
Date of defense: 16-Dec-2022
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