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Autor: João Victor Barbosa Alves.
Orientador: Ricardo de Andrade Medronho
O presente trabalho teve por objetivo otimizar, com o auxílio de CFD e técnicas de planejamento de experimentos, as proporções geométricas de um hidrociclone para minimizar a fração volumétrica de óleo na corrente diluída, com altos valores de eficiência de separação água/óleo de águas oleosas oriundas de refinaria.
O sistema estudado é multifásico, composto por pequenas gotas de óleo residual oriundas dos processos de separação, tais como vasos separadores. Pretende-se que este hidrociclone venha a ser mais uma ferramenta utilizada no processo de tratamento de águas oleosas para as refinarias. A simulação numérica foi validada com os resultados experimentais de dois hidrociclones, com geometrias diferentes obtidos na literatura, os quais tiveram boa concordância quanto ao perfil de velocidades e queda de pressão. Nas simulações numéricas empregou-se o programa de CFD Ansys 13.0. A malha hexaédrica utilizada foi construída no ICEM e obtida com base em teste de independência de malha.
A solução numérica do problema utilizou o programa Ansys Fluent, através das abordagens Lagrangeana e Euleriana e RSM como modelo de turbulência. Os efeitos de quebra e coalescência foram desprezados neste estudo pelo sistema ser diluído.
Com o planejamento de experimentos foi possível se obter equações das principais características de desempenho do hidrociclone, eficiência granulométrica, razão de fluidos, eficiência granulométrica reduzida, queda de pressão, fração volumétrica de óleo na saída concentrada e a fração volumétrica de óleo na saída diluída, em função dos diâmetros do diluído e do concentrado. Estas equações mostraram, através da ANOVA, significância estatística. Três distribuições de tamanhos de gotas de óleo (mediana das distribuições de 28, 45 e 130 µm) foram utilizadas para verificar o desempenho do hidrociclone otimizado, produzindo eficiências totais de separação de 45%, 83% e 99%, respectivamente.
A concentração de óleo na saída de diluído foi de 58 ppm, para uma alimentação com 5000 ppm. Apesar da alta eficiência obtida, testou-se um arranjo de hidrociclones em série que forneceu uma eficiência total reduzida do conjunto de 99,5% e concentração de óleo na saída de diluído de 43 ppm. Estes resultados mostram que o hidrociclone estudado possui um bom potencial para a separação de dispersões óleo/água.