Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/44964
Full metadata record
DC FieldValueLanguage
dc.creatorMorimoto, Murilo Guimarães-
dc.date.accessioned2025-03-07T17:34:00Z-
dc.date.available2025-03-07T17:34:00Z-
dc.date.issued2025-02-13-
dc.identifier.citationMORIMOTO, Murilo Guimarães. Otimização geométrica de hidrociclones convencionais e filtrantes para operar com suspensões não-newtonianas. 2025. 177 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2017. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.62pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufu.br/handle/123456789/44964-
dc.description.abstractHydrocyclones are devices that use the principle of centrifugal sedimentation to separate a dispersed phase from a continuous liquid phase. To improve hydrocyclone performance, it is possible to replace the solid material of the cone with a permeable element, creating filtering hydrocyclones. This study evaluated how changes in equipment geometry and suspension's rheology influence the performance of conventional and filtering hydrocyclones. Three suspensions of different rheology were evaluated, which were obtained by varying the mass concentration of carboxymethylcellulose (CMC) from 0.2% to 0.6%. Using a Central Composite Design, the effect of geometric variables: feed and overflow diameter, total length of the hydrocyclone, and angle of the conical section were studied. Based on the results and using the Differential Evolution algorithm, it was possible to propose conventional and filtering hydrocyclones optimized to operate suspensions whose rheology resembled that of the fluids studied. These devices exhibited high separation efficiency (Case 01), or were able to generate highly concentrated underflow streams (Case 02), or showed low energy consumption (Case 03). Regardless of the rheology of the fluid, the filtering hydrocyclone had lower energy consumption than conventional equipment. The rheology of the suspension influenced the performance of both categories of hydrocyclone. By increasing the mass concentration of CMC from 0.2% to 0.6%, the separation efficiencies of the conventional and filter hydrocyclones decreased by around 29% and 16%, respectively. The optimized conventional hydrocyclones, and in brackets, the optimized filtering hydrocyclones of Case 01, operated with suspensions containing a mass concentration of CMC of 0.2%, 0.4% and 0.6%, showed separation efficiencies of 68.54% (72.03%), 60.91% (72.22%) and 57.29% (67.21%), respectively. For Case 02, and operating the suspensions with a mass concentration of CMC of 0.2%, 0.4%, and 0.6%, the optimized conventional hydrocyclones, and in parentheses the optimized filters, achieved liquid ratios of 5.18% (1.01%), 9.42% (13.18%) and 15.06% (14.43%) respectively. For Case 03, the optimized conventional hydrocyclones and, in brackets, the optimized filtering hydrocyclones, when operated with suspensions containing mass concentrations of CMC of 0.2%, 0.4%, and 0.6%, achieved Euler numbers of 896 (722), 756 (836) and 572 (541) respectively. How the filtration operation influences hydrocycloning was evaluated computationally. When the filtering hydrocyclones were simulated with a Newtonian continuous phase, the difference between the simulated and experimental pressure drop was 6%, while the difference regarding the liquid ratio was 7%; these results indicate that the computational approach was satisfactory. In addition, it was simulated how the rheology of the suspension influences the performance of the filtering hydrocyclone. The results showed that increasing the CMC concentration from 0.2% to 0.6% reduces the tangential velocity component of the suspension and increases the volume of the external vortex, reducing the separation efficiency and increasing the liquid ratio.pt_BR
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superiorpt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Uberlândiapt_BR
dc.rightsAcesso Embargadopt_BR
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/*
dc.subjectSistema particuladopt_BR
dc.subjectParticulate systempt_BR
dc.subjectSedimentação centrífugapt_BR
dc.subjectCentrifugal sedimentationpt_BR
dc.subjectEvolução diferencialpt_BR
dc.subjectDifferential evolutionpt_BR
dc.subjectReologiapt_BR
dc.subjectRheologypt_BR
dc.subjectCFDpt_BR
dc.subjectCFDpt_BR
dc.titleOtimização geométrica de hidrociclones convencionais e filtrantes para operar com suspensões não-newtonianaspt_BR
dc.title.alternativeGeometric optimization of conventional and filtering hydrocyclones to process non-newtonian suspensionspt_BR
dc.typeTesept_BR
dc.contributor.advisor-co1Barrozo, Marcos Antonio de Souza-
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7024983341494297pt_BR
dc.contributor.advisor1Vieira, Luiz Gustavo Martins-
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6266547523604644pt_BR
dc.contributor.referee1Silva, Danylo de Oliveira-
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8216573686887098pt_BR
dc.contributor.referee2Bicalho, Isabele Cristina-
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/3296524340665201pt_BR
dc.contributor.referee3Scheid, Cláudia Miriam-
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/7777291180260276pt_BR
dc.contributor.referee4Kyriakidis, Yanne Novais-
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/4496520699221094pt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/1166143242053983pt_BR
dc.description.degreenameTese (Doutorado)pt_BR
dc.description.resumoHidrociclones são dispositivos que utilizam o princípio da sedimentação centrífuga para apartar uma fase dispersa de uma contínua líquida. Para melhorar o desempenho do hidrociclone é possível trocar o material maciço de seu cone por um elemento permeável, criando os hidrociclones filtrantes. Neste trabalho, foi avaliado como mudanças na geometria do equipamento e reologia da suspensão influenciam o desempenho dos hidrociclones convencionais e filtrantes. Três suspensões de reologias diferentes foram avaliadas, as quais foram obtidas ao variar a concentração mássica de carboximetilcelulose (CMC) entre 0,20% até 0,60%. Por meio de um Planejamento Composto Central, foi estudado o efeito causado pelas variáveis geométricas: diâmetro de alimentação e de overflow, comprimento total do hidrociclone e ângulo da seção cônica. A partir dos resultados e utilizando o algoritmo de Evolução Diferencial, foi possível propor hidrociclones convencionais e filtrantes otimizados para operar suspensões cuja reologia se assemelhasse à dos fluidos estudados. Tais dispositivos apresentaram alta eficiência de separação (Caso 01), ou puderam gerar correntes de underflow altamente concentradas (Caso 02), ou apresentaram um baixo consumo de energia (Caso 03). Independentemente da reologia do fluido, o hidrociclone filtrante teve um menor consumo de energia do que o equipamento convencional. A reologia da suspensão influenciou o desempenho de ambas as categorias de hidrociclones. Ao aumentar a concentração mássica de CMC de 0,20% para 0,60%, as eficiências de separação dos hidrociclones convencional e filtrante reduziram cerca de 29% e 16%, respectivamente. Os hidrociclones otimizados convencionais, e em parênteses os hidrociclones otimizados filtrantes, do Caso 01, operados com suspensões contendo concentração mássica de CMC de 0,2%, 0,4% e 0,6%, apresentaram, respectivamente, eficiência de separação 68,54% (72,03%), 60,91% (72,22%) e 57,29% (67,21%). Para o Caso 02, e operando as suspensões com concentração mássica de CMC de 0,20%, 0,40% e 0,60%, os hidrociclones convencionais otimizados, e em parênteses os filtrantes otimizados, atingiram razões de líquido, respectivamente, de 5,18% (1,01%), 9,42% (13,18%) e 15,06% (14,43%). Para o Caso 03, os hidrociclones convencionais otimizados e, em parênteses, os hidrociclones filtrantes otimizados, ao serem operados com suspensões contendo concentrações mássicas de CMC de 0,2%, 0,4% e 0,6%, atingiram, respectivamente, número de Euler de 896 (722), 756 (836) e 572 (541). Foi avaliado computacionalmente como a operação de filtração influencia a hidrociclonagem. Quando os hidrociclones filtrantes foram simulados com uma fase contínua newtoniana, a diferença entre a queda de pressão simulada e experimental foi de 6%, enquanto a diferença referente à razão de líquido foi de 7%, esses resultados indicam que a abordagem computacional foi satisfatória. Além disso, foi simulado como a reologia da suspensão influencia o desempenho do hidrociclone filtrante, os resultados apontaram que ao aumentar a concentração de CMC de 0,2% até 0,6% reduz a componente de velocidade tangencial da suspensão e aumenta o volume do vórtice externo, reduzindo a eficiência de separação e aumentando a razão de líquidopt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Engenharia Químicapt_BR
dc.sizeorduration177pt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICApt_BR
dc.embargo.termsO trabalho apresenta resultados inéditos, os quais são passíveis para a criação de patentes. Além disso, os resultados do trabalho serão publicados em periódicos.pt_BR
dc.identifier.doihttp://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.62pt_BR
dc.orcid.putcode179622705-
dc.crossref.doibatchidfd9c6e0c-a3d5-4226-98c3-2a6a17c8b421-
dc.description.embargo2027-02-13-
dc.subject.odsODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.pt_BR
Appears in Collections:TESE - Engenharia Química

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
OtimizacaoGeometricaHidrociclones.pdf
  Until 2027-02-13
Tese6.64 MBAdobe PDFView/Open    Request a copy


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons