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Dissertações de Mestrado Defendidas: 2008

Estudo do Hidrociclone Cilíndrico de uma Unidade de Flotação Centrífuga com Auxílio de Fluidodinâmica Computacional.

Autor: Frederico Carvalho de Almeida Rego.
Orientadores: Ricardo de Andrade Medronho, Marcel Vasconcelos Melo.

Resumo

A poluição por óleos representa um percentual elevado nos problemas gerados por contaminantes orgânicos. Na indústria do petróleo, um dos grandes desafios é o condicionamento dos grandes volumes de água produzida, para posterior descarte, dentro dos limites da legislação ambiental.

Em ambiente offshore, onde a questão do espaço é crítica, os sistemas de tratamento de água oleosa precisam ser cada vez mais compactos, além de necessariamente ter que manter o compromisso entre eficiência e capacidade de tratamento. Seguindo esta tendência, no presente trabalho, empregou-se Fluidodinâmica Computacional (CFD) para estudar a performance e otimizar a geometria de um hidrociclone cilíndrico, integrante de uma unidade experimental de flotação centrífuga, em escala piloto, para tratamento de águas oleosas.

As geometrias e malhas do hidrociclone foram construídas no Workbench 10.0 e as simulações conduzidas no CFX 10.0, ambos da ANSYS. Foram estudadas as alturas do hidrociclone e do vortex finder e a forma do duto de alimentação. Outro foco de estudo foi a previsão de desempenho da unidade após extrapolação de escala. Na etapa de validação dos resultados simulados obtidos após a otimização da malha, os valores de eficiência de remoção do óleo e da fração de água pura obtida (90,7% e 95,4%, respectivamente) apresentaram erros inferiores a 1,0%, quando comparados com os valores experimentais obtidos no CENPES.

Posteriormente, com os resultados das simulações dos hidrociclones de geometrias otimizadas, pode-se concluir que é possível reduzir a altura total do hidrociclone para 1/5 de seu valor original e o vortex finder para aproximadamente 1/3 do valor original, mantendo-se altas eficiências de remoção do óleo disperso. Esta redução sugerida representaria uma redução de volume global do hidrociclone de 72,2% em relação ao volume original.

Outra conclusão foi que a forma do tubo de alimentação do hidrociclone tem pouca influência na eficiência de separação, sendo mais simples empregar um duto de seção reta circular. Nos resultados da extrapolação de escala, obteve-se performance semelhante (eficiências de separação acima de 90%) simulando-se um hidrociclone geometricamente similar, porém com fator de extrapolação de escala igual a 3,3.