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Title: Modelagem e simulação do tratamento de água produzida usando um separador ciclônico filtrante.
Other Titles: Modeling and simulation of water treatment produced using a cyclonic filter separator.
???metadata.dc.creator???: NUNES, Sirlene Alves.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: FARIAS NETO, Severino Rodrigues de.
???metadata.dc.contributor.referee1???: LIMA, Antonio Gilson Barbosa de.
???metadata.dc.contributor.referee2???: FARIAS, Fabiana Pimentel Macêdo.
???metadata.dc.contributor.referee3???: VIEIRA, Fernando Fernandes.
???metadata.dc.contributor.referee4???: SOUSA, Josedite Saraiva de.
Keywords: Separação água/óleo;Hidrociclone;Membrana Cerâmica;Escoamento Multifásico;Fluidodinâmica Computacional;Water / oil separation;Hydrocyclone;Ceramic Membrane;Multiphase Flow;Computational Fluid Dynamics
Issue Date: 11-Apr-2019
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: NUNES, S. A. Modelagem e simulação do tratamento de água produzida usando um separador ciclônico filtrante. 2019. 192 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Processos) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Processos, Centro de Ciência e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2019.
???metadata.dc.description.resumo???: As industrias petrolíferas, em geral, trabalham com elevados volumes de águas produzidas, as quais, apresentam grande complexidade na sua composição, podendo apresentar altas concentrações de óleo, o que as tornam potencialmente perigosas ao meio ambiente. O processo de separação água/óleo que utiliza hidrociclones vêm sendo uma alternativa para atender as exigências dos órgãos ambientais. Contudo, tal equipamento não é eficiente no tratamento de águas oleosas bastante diluídas. Neste sentido, o presente trabalho propõe a utilização de um equipamento, denominado separador ciclônico filtrante, com princípios de funcionamento semelhante ao hidrociclone tradicional e possui a parede cônica formada por uma membrana cerâmica e duas saídas (concentrado e diluído) na base do equipamento. Para o estudo do escoamento água/óleo no separador ciclônico filtrante foi utilizado o pacote comercial Ansys CFX® 15 adotando a abordagem euleriana-euleriana para a resolução das equações diferenciais de conservação de massa e movimento. Foram adotadas as equações constitutivas pertinentes para o fechamento das equações com as fases envolvidas. Adotou-se o modelo de turbulência SST. Foi utilizado o Índice de Convergência de Malha para analisar a independência dos resultados numéricos com a malha utilizada. Foi avaliada a dinâmica de escoamento, bem como a influência da variação da velocidade de alimentação, da fração volumétrica de óleo da mistura, a influência da camada de concentração polarizada e o coeficiente de rejeição da membrana no processo de separação. Os resultados numéricos ratificam o comportamento tridimensional do escoamento multifásico no interior do separador ciclônico filtrante. A formação da polarização por concentração mostrou-se influenciada pelo comportamento hidrodinâmico do escoamento, propriedades da mistura e do meio poroso. Os altos níveis de turbulência no interior do separador ciclônico filtrante favorecem substancialmente a transferência de massa e uma dispersão da camada limite de concentração. Estes resultados mostraram que o separador ciclônico filtrante possui um bom potencial para a separação de água/óleo.
Abstract: The oil industry, in general, function with elevated produced water volumes, which, present great complexity in its composition, presenting high oil content, which makes it potentially damaging to the environment. The oil/water separation process that utilizes hydro-cyclones has been being an alternative to attend the requirements of the environmental agencies. However, such equipment is not efficient for the treatment of very diluted oily waters. In this sense, the present work proposes the use of an equipment, denominated as a filtrating cyclone separator, which has functioning principles similar to a hydro-cyclone, which has a conical wall formed by a ceramic membrane, and two outlets (concentrate and dilute) at the bottom of the equipment. For the study of the oi/water flow in the filtrating cyclone separator, the computational package ANSYS CFX® 15 was used, adopting an eulerian-eulerian approach for the solution of the mass and momentum conservation differential equations. The constitutive equations pertinent to the closure of the involved phases were adopted. The SST turbulence model was adopted. The Grid Convergence Index was used to analyze the independence of the numerical results from the utilized mesh. The dynamics of the flow, as well as the influence of the variation of the inlet velocity, the mixture’s oil volume fraction, the influence of the concentration polarization layer and the membrane rejection coefficient in the separation process were analyzed. The numerical results confirm the three dimensional behavior of the multi-phase flow at the interior of the filtrating cyclone separator. The formation of a concentration polarization layer was shown to be influenced by the hydrodynamic behavior of the flow, mixture properties and the porous media. The high levels of turbulence at the interior of the filtrating cyclone separator substantially favor the mass transport and the dispersion of the concentration boundary layer. These results have shown that the filtrating cyclone separator has good potential for oil/water separation.
Keywords: Separação água/óleo
Hidrociclone
Membrana Cerâmica
Escoamento Multifásico
Fluidodinâmica Computacional
Water / oil separation
Hydrocyclone
Ceramic Membrane
Multiphase Flow
Computational Fluid Dynamics
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharias.
Engenharias.
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/10554
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