Please use this identifier to cite or link to this item: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/14284
Title: Processo de separação água/óleo usando sistema modular de membranas cerâmicas: modelagem avançada e simulação via CFD.
Other Titles: Water/oil separation process by using modular ceramic membrane system: advanced modeling and CFD simulation.
???metadata.dc.creator???: OLIVEIRA NETO, Guilherme Luiz de.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: FARIAS NETO, Severino Rodrigues de.
???metadata.dc.contributor.advisor2???: LIMA, Antonio Gilson Barbosa de.
???metadata.dc.contributor.referee1???: TAVARES, Daniela Passos Simões de Almeida.
???metadata.dc.contributor.referee2???: SOUZA, Josedite Saraiva de.
???metadata.dc.contributor.referee3???: FARIAS, Fabiana Pimentel Macedo.
???metadata.dc.contributor.referee4???: VIEIRA, Fernando Fernandes.
Keywords: Desenvolvimento de Processos;Água Produzida;Filtração por Membranas;Fluidodinâmica Computacional;Ansys Fluent;Process Development;Produced Water;Membrane Filtration;Computational Fluid Dynamics
Issue Date: 27-Feb-2020
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: OLIVEIRA NETO, G. L. de. Processo de separação água/óleo usando sistema modular de membranas cerâmicas: modelagem avançada e simulação via CFD. 2020. 113 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Processos) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Processos, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2020.
???metadata.dc.description.resumo???: O petróleo é a principal fonte de energia no mundo. Durante sua extração e purificação, é liberada uma grande quantidade de água residual, com elevada carga de óleo e outros compostos químicos altamente tóxicos ao meio ambiente e ao ser humano. Atualmente, o processo de separação água/óleo através de membranas é um dos principais métodos utilizados para o tratamento desta água produzida, devido ao seu custo-benefício, longa vida útil das membranas e baixo consumo de energia. Assim, este trabalho apresenta uma revisão aprofundada sobre os principais processos de tratamento de água produzida, destacando as membranas cerâmicas, o atual avanço dessa tecnologia e a aplicação da Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) no processo de filtração por membranas. Adicionalmente, um estudo numérico do processo de separação de água/óleo através de membranas cerâmicas porosas foi realizado com o auxílio de uma malha estruturada usando o software comercial ANSYS FLUENT® 15.0. Um modelo numérico em regime permanente, aplicado a um fluido incompressível, escoando em regime turbulento e/ou laminar no interior do módulo de separação, baseado na abordagem Euleriana-Euleriana e no modelo de turbulência 𝑘-𝜔 SST (Shear-Stress Transport). O objetivo principal foi estudar numericamente o comportamento do processo de separação água/óleo no módulo de filtração em função da variação no fluxo mássico (ṁ), concentração de óleo na entrada (𝐶0), diâmetro das partículas de óleo (𝑑𝑝), permeabilidade (𝐾) e porosidade (𝜀) das membranas. Os resultados indicam que o modelo gerado e aplicado simulou adequadamente o processo de filtração. O aumento de 0,5 para 1,5 kg/s do ṁ influenciou significativamente a pressão transmembrânica (Δ𝑃), elevando-a em aproximadamente 6,71 vezes. Esse alto gradiente de pressão entre as superfícies externas e internas favoreceu maior fluxo de filtração. Ambas as variações em 𝑑𝑝 e 𝜀 das membranas não influenciaram nas características de filtração do módulo. Por sua vez, quanto maior a 𝐾 das membranas, menor a Δ𝑃, maior a concentração média de óleo nas saídas dos permeados e do concentrado, maior o fluxo médio de óleo nas saídas dos permeados, bem com, maior velocidade média do fluxo da mistura nas saídas dos permeados e menor o fluxo médio de óleo nas saídas dos permeados. Esses resultados mostraram que o separador filtrante possui um bom potencial para a separação de água/óleo.
Abstract: Petroleum is the main source of energy in the world. During its extraction and refining, a large amount of residual water is released, with a high percentage of oil and other chemical compounds highly toxic to the environment and humans. Currently, the water/ oil separation process through membranes is one of the main methods used to treat this produced water, due to its cost-benefit, long working life of the membranes and low energy consumption. In this sense, this work presents an in-depth review of the main processes for treating produced water, highlighting ceramic membranes, the current advancement of this technology and the application of Computational Fluid Dynamics (CFD) in the membrane filtration process. Additionally, a numerical study of the water/oil separation process using porous ceramic membranes was performed with the aid of a structured mesh using the commercial software ANSYS FLUENT® 15.0. A numerical model in steady state, applied to an incompressible fluid, flowing in a turbulent and/or laminar regime inside the separation module, based on the Eulerian-Eulerian approach and the 𝑘�-𝜔� SST (Shear-Stress Transport) turbulence model. The main objective was to numerically study the behavior of the water/oil separation process in the filtration module as a function of the variation in mass flow (ṁ), oil concentration at the entrance (𝐶�0), diameter of the oil particles (𝑑�𝑝�), permeability (𝐾�) and porosity (𝜀�) of the membranes. The results indicate that the model generated and applied adequately simulated the filtration process. The increase from 0.5 to 1.5 kg/s of ṁ significantly influenced transmembrane pressure (Δ𝑃�), raising it approximately 6.71 times. This high-pressure gradient between the external and internal surfaces led to a greater filtration flow. Both variations in 𝑑�𝑝� and 𝜀� of the membranes did not influence the module filtration characteristics. In turn, the higher the 𝐾� of the membranes, the lower the Δ𝑃�, the greater the average oil concentration in the permeate and concentrate outlets, the greater the average oil flow in the permeate outlets, as well as, the greater the average velocity of the permeate flow mixture at the permeate outlets and lower the average oil flow at the permeate outlets. These results showed that the filter separator has a good potential for water/oil separation process.
Keywords: Desenvolvimento de Processos
Água Produzida
Filtração por Membranas
Fluidodinâmica Computacional
Ansys Fluent
Process Development
Produced Water
Membrane Filtration
Computational Fluid Dynamics
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharias
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/14284
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia de Processos.

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
GUILHERME LUIZ DE OLIVEIRA NETO – TESE (PPGEP) 2020.pdf5.54 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.