Título: ANÁLISE NUMÉRICA VIA CFD DE UM HIDROCICLONE NÃO-CONVENCIONAL

Título alternativo: NUMERICAL CFD ANALYSIS OF AN UNCONVENTIONAL HYDROCYCLONE

Autoria de: Isabela Tavares Pinto

Orientação de: Irineu Petri Junior

Presidente da banca: Irineu Petri Júnior

Primeiro membro da banca: Paula Giarolla Silveira

Segundo membro da banca: Suellen Mendonça Nascimento

Palavras-chaves: Ciclone de três produtos, Fluidodinâmica Computacional, Perfil de velocidade e pressão, Razão de líquido, Eficiência

Data da defesa: 13/02/2023

Semestre letivo da defesa: 2022-2

Data da versão final: 24/02/2023

Data da publicação: 24/02/2023

Referência: Pinto, I. T. ANÁLISE NUMÉRICA VIA CFD DE UM HIDROCICLONE NÃO-CONVENCIONAL. 2023. 55 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química Bacharelado)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2023.

Resumo: Os hidrociclones são equipamentos industriais que realizam a separação sólido-líquido envolvendo materiais particulados. São compostos por uma parte cilíndrica acoplada a uma parte cônica, sem partes móveis, possuindo uma entrada e duas saídas. Como sua eficiência de separação depende diretamente de vários fatores geométricos, como o diâmetro do corpo cilíndrico e é um fator crítico no desempenho do equipamento, a mesma pode ser ajustada a fim de atender necessidades específicas de cada aplicação. O hidrociclone de três produtos possui três correntes de saída e vem sendo estudado por ter melhor desempenho. A simulação computacional via fluidodinâmica computacional (CFD) é largamente utilizada na resolução de problemas complexos como o caso da análise do escoamento de fluidos. Este trabalho tem como objetivos a modelagem tridimensional do hidrociclone convencional e de três produtos, bem como a análise da qualidade das malhas geradas, dos resultados pelos perfis de velocidade e pressão, do Número de Euler, Razão de Líquido e Eficiência, de ambos equipamentos. A construção das geometrias, malhas e as simulações foram feitas utilizando o pacote estudantil ANSYS® e a partir disso foram avaliados os vetores de velocidade por magnitude, bem como os contornos de velocidade por magnitude e axial, de pressão e de fração volumétrica da água, em ambos hidrociclones. As malhas geradas obtiveram bom refinamento com baixas distorções, contribuindo para simulações com elementos de qualidade excelente, para ambos equipamentos. Os perfis de velocidade apresentaram resultados condizentes com a literatura, de modo a comprovar que as mudanças na geometria do hidrociclone podem melhorar a eficiência de separação. Os perfis de pressão mostraram que o hidrociclone de três produtos apresentou uma maior queda de pressão e ao avaliar os contornos de fração volumétrica, comprovou-se a presença de zonas de ar, comprovando a formação de air core. Por fim, pelos resultados dos cálculos do Número de Euler e Razão de Líquido, reafirmaram que o separador não-convencional apresenta melhor escoamento, otimizando a operação e melhorando a eficiência do equipamento. As simulações obtiveram resultados satisfatórios, para ambos hidrociclones, e ressaltou a importância da fluidodinâmica computacional para análise fiel do escoamento em hidrociclones, sendo uma ferramenta viável para auxílio na aplicação de novas tecnologias na indústria.

Abstract: Hydrocyclones are industrial equipment that perform solid-liquid separation involving particulate materials. They are composed of a cylindrical part coupled to a conical part, with no moving parts, with one inlet and two outlets. As its separation efficiency depends directly on several geometric factors, such as the diameter of the cylindrical body, and is a critical factor in the equipments performance, it can be adjusted to meet the specific needs of each application. The three-product hydrocyclone has three outlet streams and has been studied in result of a better performance. Computational simulation via computational fluid dynamics (CFD) is widely used in solving complex problems such as fluid flow analysis. This work has as objectives the three-dimensional modeling of the conventional and three-product hydrocyclone, as well as the analysis of the quality of the generated meshes, the results by the velocity and pressure profiles, the Euler Number, Liquid Ratio and Efficiency, of both equipments. The construction of the geometries, meshes and the simulations were done using the student package ANSYS® and from this the results of the velocity vectors by magnitude, as well as the velocity by magnitude and axial, pressure and water volume fraction contours, in both hydrocyclones, were evaluated. The generated meshes obtained good refinement with low distortions, contributing to simulations with excellent quality elements for both equipments. The velocity profiles showed results consistent with the literature, so that changes in the hydrocyclone geometry improved the separation efficiency. The pressure profiles showed that the three-product hydrocyclone presented a higher pressure drop, and by evaluating the volume fraction contours, the presence of air zones was proven, proving the formation of air core. Finally, the results of the Euler Number and Liquid Ratio calculations reaffirmed that the nonconventional separator presents better flow, optimizing the operation and improving the efficiency of the equipment. The simulations obtained satisfactory results, for both hydrocyclones, and highlighted the importance of computational fluid dynamics for a faithful analysis of the flow in hydrocyclones, being a viable tool to aid in the application of new technologies in the industry.

URI: sip.prg.ufla.br/publico/trabalhos_conclusao_curso/acessar_tcc_por_curso/
engenharia_quimica/20222201710538

URI alternaviva: sem URI do Repositório Institucional da UFLA até o momento.

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: Isabela Tavares Pinto e Universidade Federal de Lavras

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