Por favor, use este identificador para citar o enlazar este ítem: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/37288
ORCID:  http://orcid.org/0000-0001-9890-7273
Tipo de documento: Tese
Tipo de acceso: Acesso Embargado
Título: Caracterização de hidrociclones com cilindros e cones permeáveis
Título (s) alternativo (s): Characterization of hydrocyclones with permeable cylinders and cones
Autor: Faria, Érica Victor de
Primer orientador: Vieira, Luiz Gustavo Martins
Primer coorientador: Barrozo, Marcos Antonio de Souza
Primer miembro de la banca: Bicalho, Isabele Cristina
Segundo miembro de la banca: Tanabe, Eduardo Hiromitsu
Tercer miembro de la banca: Kyriakidis, Yanne Novais
Cuarto miembro de la banca: Silva, Danylo de Oliveira
Resumen: Estudos publicados sobre hidrociclones até o ano de 2022 relatam seu uso majoritariamente no processamento de suspensões diluídas. No entanto, suspensões com altas concentrações de sólidos são mais comumente encontradas em práticas industriais e o uso de hidrociclones nesses casos pode resultar em separações pouco eficientes. Com o propósito de melhorar o desempenho desses separadores, modificações em sua estrutura têm sido estudadas, como a associação da operação de filtração à hidrociclonagem. O hidrociclone filtrante apresenta a parede cilíndrica, cônica ou ambas, constituídas em material poroso, e apresenta uma saída adicional (filtrado) para o fluido. Diante desse contexto, um estudo experimental foi proposto para avaliar o desempenho de geometrias otimizadas de hidrociclones com cilindros e/ou cones filtrantes (HCiCoF-OT1 e HCiCoF-OT3, HCoF-OT1 e HCoF-OT3), sugeridas por Salvador (2017), operando suspensões contendo até 10,0 % de sólidos em volume. Para isso, desenvolveu-se um planejamento experimental para cada equipamento, no qual foram avaliados três níveis das variáveis de interesse: concentração volumétrica de sólidos na alimentação (CVA), diâmetro de underflow (DU) e queda de pressão (–ΔP). Os efeitos da filtração foram estimados através da comparação com equipamentos convencionais (paredes totalmente maciças) de mesma geometria. Em todos os casos observou-se que o consumo energético foi reduzido para os hidrociclones filtrantes; e que o aumento de CVA levou à redução da eficiência total. Para os hidrociclones de geometrias HCiCoF-OT1 e HCoF-OT1 a eficiência total foi maximizada com o aumento dos níveis de DU e –ΔP. Esses equipamentos foram capazes de promover altas eficiências totais de separação, obtendo-se ET = 85 % para HCiCoF-OT1 e ET = 86 % para HCoF-OT1 com o processamento de suspensões diluídas (CVA = 1,0 %v.); e foram alcançadas eficiências de 79 % (HiCoF-OT1) e 77 % (HCoF-OT1) para suspensões concentradas (CVA = 10,0 %v.). Os hidrociclones de geometrias HCiCoF-OT3 e HCoF-OT3 proporcionaram baixas razões de líquido para todas as concentrações estudadas. Sendo que HCiCoF-OT3 apresentou RL de 0,6 % para a suspensão diluída (CVA = 1,0 %v.), e de 4,0 % para a mais concentrada (CVA = 10,0 %), o que ratifica o alto potencial concentrador desses separadores. A razão de líquido nesses equipamentos foi minorada para menores diâmetros de underflow. Para suspensões diluídas, a razão de líquido foi minorada para os hidrociclones convencionais; já para suspensões concentradas os equipamentos filtrantes apresentaram uma melhor alternativa por proporcionar um menor consumo energético e RL estatisticamente iguais.
Abstract: Published studies on hydrocyclones up to 2022 mostly report their use in the processing of dilute suspensions. However, high concentrations of solids, is more commonly encountered in industrial practices, and the use of hydrocyclones in these cases can result in inefficient separations. Possible changes in the structure of hydrocyclones have been studied to improve the performance of these separators, such as the association of filtration and hydrocycloning operation. The filtering hydrocyclone has a cylindrical wall, conical wall, or both, made of porous material, and has an additional outflow (filtered) for the fluid. Given this context, this experimental study intended to evaluate the performance of optimal geometries of hydrocyclones with filtering cylinders and cones (HCiCoF-OT1 and HCiCoF-OT3, HCoF-OT1 and HCoF-OT3), proposed by Salvador (2017), operating with suspensions with different solids concentrations. For this, an experimental design was developed for each hydrocyclone to evaluate the effects of filtration and three levels of the variables of interest: feed solids concentration (CVA), underflow diameter (DU), and pressure drop (–ΔP). In all cases, it was observed that the energy consumption was reduced for the filtering hydrocyclones; and the increase in the feed solids concentration led to a reduction in the total efficiency. For the hydrocyclones of HCiCoF-OT1 and HCoF-OT1 geometries, the total efficiency was minimized with the increase of CVA and reduction of the variables underflow diameter and pressure drop. The maximum tottal efficiency achieved was 85 % for HCiCoF-OT1 and 86 % for HCoF-OT1 operating with DU of 5 mm, pressure drop of 1.77 bar, and 1.0 %v. of solids in the feed. These hydrocyclones also provided high total efficiencies in suspensions containing 10.0 %v. solids, reaching 79 % (HCiCoF-OT1) and 77 % (HCoF-OT1). The hydrocyclones of HCiCoF-OT3 and HCoF-OT3 geometries showed low split ratios for all concentrations studied. HCiCoF-OT3 presented RL of 0.6 % for the most diluted suspension (CVA = 1.0 %v.), and 4.0 % for the most concentrated (CVA = 10.0 %v.). To these hydrocyclones the split ratio was lower for dilute suspensions, smaller underflow diameters, and conventional equipment; for concentrated suspensions, the filtering equipment presented a better alternative for providing a lower energy consumption and statistically equal RL.
Palabras clave: Separação sólido-líquido
Filtração
Suspensões concentradas
Concentração de sólidos
Diâmetro de underflow
Solid-liquid separation
Filtration
Slurries
Solids concentration
Underflow diameter
Área (s) del CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES DE SEPARACAO E MISTURA
Idioma: por
País: Brasil
Editora: Universidade Federal de Uberlândia
Programa: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Cita: FARIA, Érica Victor de. Caracterização de hidrociclones com cilindros e cones permeáveis. 2022. 181 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2022. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2022.482
Identificador del documento: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2022.482
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/37288
Fecha de defensa: 29-ago-2022
Aparece en las colecciones:TESE - Engenharia Química

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