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Publicação
Estudo numérico do escoamento num hidrociclone utilizando as equações RANS
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Orientador(es)
Resumo(s)
Na indústria a separação de partículas sólidas dos líquidos requer normalmente processos com baixos custos energéticos e baixos custos de instalação, operação e de manutenção. Adicionalmente, requer-se processos rápidos e eficientes do ponto de vista da separação. De entre os vários processos existentes, os hidrociclones são os equipamentos que apresentam as características descritas. Estes equipamentos são basicamente constituídos por uma câmara cónica, um localizador de vórtice, uma entrada e duas saídas. No entanto, os efeitos destas componentes na eficiência de separação ainda não se encontram estabelecidas.
O objetivo principal desta dissertação é estudar numericamente os efeitos do ângulo da câmara cónica, caudais mássicos e o comprimento do localizador de vórtice na eficiência do escoamento no interior de um hidrociclone. A simulação numérica é feita recorrendo ao programa FLUENT que resolve numericamente as equações médias de Navier-Stokes (RANS). A modelação da turbulência é feita usando o modelo k-ε.
A validação do modelo é feita através da comparação dos resultados numéricos com dados experimentais de outros autores do escoamento rotacional no interior de um tubo. O modelo revelou-se capaz de reproduzir os perfis de velocidade axial e tangencial.
Posteriormente, o modelo numérico validado é aplicado para o estudo do escoamento num hidrociclone. Os resultados numéricos permitiram concluir que o ângulo da câmara cónica, caudais mássicos e o comprimento do localizador de vórtice têm uma grande influência na eficiência de separação. Verificou-se que a alteração do ângulo da câmara cónica permite aumentar a eficiência do hidrociclone. A eficiência máxima ocorre para o ângulo de 25º. A partir deste valor o aumento do ângulo não traduz um aumento do rendimento. O aumento do caudal mássico permite também aumentar o rendimento de separação. No entanto, para valores elevados existe uma redução do rendimento, sendo o valor ótimo de 1,55 kg/s. Para finalizar o uso do localizador de vórtice também influencia o rendimento destes equipamentos. Através das simulações efetuadas é possível concluir que com o aumento do comprimento do localizador de vórtice até este atingir o comprimento de 70 mm o seu rendimento vai aumentar. A partir deste valor o rendimento começa a diminuir.
Descrição
Palavras-chave
hidrociclone movimento de vórtice eficiência modelação numérica