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ORCID:  http://orcid.org/0009-0002-2766-2162
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Uma Contribuição ao Estudo do Processo de Separação em Ciclones Filtrantes
Alternate title (s): A Contribution to the Study of the Separation in Filtering Cyclones
Author: Gonçalves, João Carlos
First Advisor: Damasceno, João Jorge Ribeiro
First member of the Committee: Arouca, Fábio de Oliveira
Second member of the Committee: Vieira, Luiz Gustavo Martins
Third member of the Committee: Lobato, Fran Sergio
Fourth member of the Committee: Souza, Francisco José de
Summary: O processo de separação em ciclones filtrantes é análogo ao comportamento fenomenológico em ciclone convencional, entretanto, a presença do meio filtrante proporciona pertubações signicativas no escoamento. A determinação da permeabilidade foi um dos pontos chave ao se estudar ciclones filtrantes. Analisando o processo de separação em ciclones filtrantes, verificou-se que a permeabilidade interfere no comportamento fluidodinâmico e devido algumas inconsistências na forma de determinação até então, fez parte dos objetivos desta tese a proposição de metodologias alternativas para se determinar a permeabilidade do meio filltrante. O presente trabalho fundamentou-se no estudo, análise e compreensão do comportamento fluidodinâmico em ciclones filtrantes. Na investigação, foram utilizadas técnicas experimentais e conhecimentos de fluidodinâmica computacional (CFD), para o melhor entendimento do complexo processo de separação em ciclones filtrantes. A principal contribuição do estudo foi avaliar o comprimento da altura da alimentação, a permeabilidade no cone e a vazão volumétrica de alimentação, a fim de estudar o comportamento fluidodinâmico no interior do equipamento. Como resultados experimentais de laboratório, verificou-se que a permeabilidade é influenciada pela forma geométrica da área, de modo que a metodologia proposta na tese foi a mais adequada, por levar em consideração os efeitos geométricos da área e preservar as características reais do escoamento. Ainda em relação aos resultados de laboratório, verificou-se que em elevadas velocidades de alimentação a diferença na eficiência de separação entre os ciclones convencional e filtrante ficou em torno de 5%. Também foi avaliado o efeito da injeção de partículas sobre a queda de pressão em ciclones filtrante e convencional; nestes casos; neste caso, ambos proporcionaram a diminuição da queda de pressão ao se injetar particulado. Em relação aos resultados numéricos, foram analisados estatisticamente a significância das variáveis independentes em relação ao número de Euler (Eu) e a razão de filtrado (Rf ). Verificou-se que as três variáveis analisadas foram significativas no processo em relação às variáveis resposta. Os resultados das simulações numéricas mostraram que altura da alimentação foi a variável que mais interferiu no desempenho do ciclone filtrante (Eu); em relação a Rf a variável determinante foi a permeabilidade. Em se tratando do comportamento fenomenológico, a permeabilidade apresentou efeito significativo sobre o perfil de velocidades tangencial para baixas vazões contendo o ciclone uma pequena altura da alimentação. Altura da alimentação foi a variável que mais interferiu no comportamento fluidodinâmico em ciclone filtrante (Eu); em relação a Rf a variável determinante foi a permeabilidade. Em se tratando do comportamento fenomenológico, a permeabilidade apresentou efeito significativo sobre o perfil de velocidades tangencial para baixas vazões contendo o ciclone uma pequena altura da alimentação.
Abstract: The process of separation in a filtering cyclone is analogous to the phenomenological behavior in a conventional cyclone, however, the presence of the filter medium provides significant ow disturbances. Analyzing the process of separation in a filtering cyclone, it was found that permeability interferes on the fluid dynamic behavior and because some inconsistencies in the form of determination until then, was part of the objectives of this thesis the proposition of alternative methodologies to determine the permeability of the filter medium. This work was based on the study, analysis and understanding of the uid dynamic behavior in filtering cyclones. In research, we used experimental techniques and knowledge of computational fluid dynamics, for the better understanding of the complex process of separation in ltering cyclones. The main contribution of this study was to evaluate the length of the height of the feed, the permeability in the cone and the volumetric flow rate of feed, in order to study the fluid dynamic behavior inside the equipment. As laboratory experimental results, it was found that permeability is influenced by the geometric shape of the area, so that the methodology proposed in the thesis was the most appropriate, taking into account the geometric e ects and preserve the real features of the flow. With regard to the lab results, it was found that at high feed speeds the diference in separation efficiency of conventional and filtering cyclones was around 5 %. It was also evaluated the effect of injection of particles on pressure drop in filtering and conventional cyclones; in this case, both provided the decrease of pressure drop when you inject particulates. In relation to the numerical results were statistically analyzed the significance of independent variables in relation to the Euler number (Eu) and the reason of the filtrate (Rf ). It was found that the three analyzed variables were significant in the process in relation to the response variables. The results of numerical simulations have shown that the feed height was the variable that most interfered in the cyclone filter performance (Eu); about Rf the variable determinant was the permeability. In the case of the phenomenological behavior, the permeability presented significant effect on the tangential speeds profile for low flows rate containing a small cyclone feed height.
Keywords: separação
ciclone
filtração
CFD
Gás
sólido
solid-gas separation
cyclone
filtration
computational fluid dynamics
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Subject: Engenharia química
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: GONÇALVES, João Carlos. Uma contribuição ao estudo do processo de separação em ciclones filtrantes. 2015. 179 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.8024
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.8024
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/37596
Date of defense: 28-Aug-2015
Appears in Collections:TESE - Engenharia Química

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