Título: ANÁLISE DO ESCOAMENTO MULTIFÁSICO EM FLOTADOR COM AGITAÇÃO MECÂNICA VIA FLUIDODINÂMICA COMPUTACIONAL

Título alternativo: ANALYSIS OF MULTIPHASE FLOW IN CELL FLOTATION WITH MECHANICAL AGITATION VIA COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS

Autoria de: Felipe Orlando da Costa

Orientação de: Irineu Petri Junior

Presidente da banca: Irineu Petri Júnior

Primeiro membro da banca: Isabele Cristina Bicalho

Segundo membro da banca: Angélica da Silva Reis

Palavras-chaves: Modelos multifásicos, ozonificação, célula de flotação, modelo de turbulência, bolhas.

Data da defesa: 25/10/2021

Semestre letivo da defesa: 2021-1

Data da versão final: 03/11/2021

Data da publicação: 03/11/2021

Referência: Costa, F. O. d. ANÁLISE DO ESCOAMENTO MULTIFÁSICO EM FLOTADOR COM AGITAÇÃO MECÂNICA VIA FLUIDODINÂMICA COMPUTACIONAL. 2021. 102 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química Bacharelado)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2021.

Resumo: Devido ao aumento da poluição e também a escassez de recursos naturais essenciais, como a água doce, a legislação ambiental a cada dia torna-se mais rígida, fazendo com que tecnologias para eliminação dos resíduos presentes na água sejam desenvolvidas. Com isso, a ozonificação tem-se destacado como uma alternativa viável. Sendo a ozonificação classificada como um processo de oxidação avançada (AOP????s), que utiliza uma célula de flotação. Tanto a ozonificação quanto a célula de flotação são processos multifásicos e turbulentos. Logo, uma ferramenta útil para predizer o escoamento e a interação entre as fases deste equipamento é a fluidodinâmica computacional (CFD). Sendo que as técnicas de CFD utilizam de métodos numéricos para resolução das equações conservativas. Com isso, o objetivo desse trabalho foi realizar a modelagem completa da turbulência e da interação entre as fases da célula de flotação, qual foi realizada de forma gradativa. O primeiro capítulo contempla a simulação monofásica, com foco no estudo dos modelos de turbulência a dois parâmetros do software FLUENT® em comparação com o modelo LES, e além disso, foi avaliada a influência da velocidade angular na mistura do fluido na célula de flotação. O segundo capítulo aborda a simulação bifásica da célula de flotação, sendo que foram avaliadas diversas propriedades da fase gasosa, utilizando os modelos multifásicos VOF e Mixture. Por fim, o terceiro capítulo contempla a simulação trifásica do flotador, constituído da fase líquida (água), da fase gasosa (oxigênio-ozônio) e da fase sólido (particulado inerte), sendo o foco deste capítulo a predição do comportamento da fase sólida no interior da célula de flotação. Na simulação monofásica, foi determinado que o modelo que melhor prediz a turbulência na célula de flotação é o modelo RNG k-??. Através da análise da influência da velocidade angular na qualidade de mistura do flotador, foi constatado que conforme há um aumento da velocidade angular, uma maior fração da energia cinética disponibilizada ao sistema fica concentrada na região do agitador mecânico. Para a simulação bifásica, foi constado que o modelo VOF apresentou uma melhor performance para predição do comportamento da fase gasosa, no entanto, caso tenha-se uma estimativa inicial precisa do diâmetro médio das bolhas, o modelo Mixture torna-se uma ótima opção. E para a simulação trifásica, o modelo Mixture apresentou uma boa capacidade preditiva para a fase sólida, sendo que com esse modelo foi possível predizer a deposição do material e até detalhes do escoamento, como oscilações mais frequentes para um dos lados da célula de flotação. Desse modo, esse trabalho alcançou seu objetivo de modelar de forma completa e gradativa a turbulência e a interação entre as fases da célula de flotação aplicada à ozonificação.

Abstract: Due to the increase in pollution and also the scarcity of essential natural resources, such as fresh water, environmental legislation becomes more rigid every day, making technologies for the elimination of waste present in water to be developed. As a result, ozonation has emerged as a viable alternative. Ozonification is classified as an advanced oxidation process (AOPs), which uses a flotation cell. Both ozonification and the flotation cell are multiphase and turbulent processes. Therefore, a useful tool to predict the flow and the interaction between the phases of this equipment is Computational Fluid Dynamics (CFD). CFD techniques use numerical methods to solve conservative equations.Thus, the objective of this work is to carry out the complete modeling of turbulence and the interaction between the phases of the flotation cell, and this is done gradually. The first chapter approaches the single-phase simulation, focusing on the study of the two-parameter turbulence models of the FLUENT® software in comparison with the LES model, and in addition, the influence of the angular velocity on the fluid mixture in the flotation column was evaluated. The second chapter approaches the two-phase simulation of the flotation cell and various properties of the gas phase were evaluated, using the multiphase models VOF and Mixture. Finally, the third chapter contemplates the three-phase simulation of the cell flotation, consisting of the liquid phase (water), the gas phase (oxygen-ozone) and the solid phase (inert particulate), the focus of this chapter being the prediction of solid phase behavior inside the flotation cell. In the single-phase simulation, it was determined that the model that best predicts the turbulence in the flotation cell is the RNG k-?? model. Through the analysis of the influence of angular velocity on the quality of the flotation cell mixture, it was found that as there is an increase in angular velocity, a greater fraction of the kinetic energy available to the system is concentrated in the region of the impeller. For the two-phase simulation, it was found that the VOF model showed a better performance for predicting the behavior of the gas phase, however, if you have an accurate initial estimate of the average diameter of the bubbles, the Mixture model becomes a great option. For the three-phase simulation, the Mixture model presented a good predictive capacity for the solid phase, and with it, it was possible to predict the material deposition and flow details, such as more frequent oscillations to one side of the flotation column. Thus, this work achieved its objective of modeling in a complete and gradual way the turbulence and the interaction between the phases of the flotation cell applied to ozonation.

URI: sip.prg.ufla.br/publico/trabalhos_conclusao_curso/acessar_tcc_por_curso/
engenharia_quimica/20211201610462

URI alternaviva: repositorio.ufla.br/handle/1/53920

Curso: G033 - ENGENHARIA QUÍMICA (BACHARELADO)

Nome da editora: Universidade Federal de Lavras

Sigla da editora: UFLA

País da editora: Brasil

Gênero textual: Trabalho de Conclusão de Curso

Nome da língua do conteúdo: Português

Código da língua do conteúdo: por

Licença de acesso: Acesso aberto

Nome da licença: Licença do Repositório Institucional da Universidade Federal de Lavras

URI da licença: repositorio.ufla.br

Termos da licença: Acesso aos termos da licença em repositorio.ufla.br

Detentores dos direitos autorais: Felipe Orlando da Costa e Universidade Federal de Lavras

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