Modelagem e simulação da sedimentação e filtração utilizando o método de elementos discretos
| Autor(a) principal: | |
|---|---|
| Data de Publicação: | 2016 |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Idioma: | por |
| Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRRJ |
| Texto Completo: | https://rima.ufrrj.br/jspui/handle/20.500.14407/13378 |
Resumo: | Dentro do conjunto clássico das operações unitárias de separação sólido–líquido, as técnicas de sedimentação e filtração se destacam como etapas de processamento cruciais para um amplo espectro de atividades da indústria. Neste contexto, o conhecimento adequado das propriedades e características dos sistemas particulados diretamente envolvidos representa um aspecto importante para o projeto seguro e eficiente de equipamentos e processos. Ao longo dos últimos 20 anos, diversas metodologias foram desenvolvidas para estudar tais fenômenos, resultando em uma ampla biblioteca de modelos de sedimentação e filtração disponível na literatura. O presente trabalho apresenta um estudo baseado no uso da simulação numérica em escala de partícula, através do Método de Elementos Discretos ou DEM (do inglês “Discrete Element Method”), para descrever a deposição de sólidos particulados em suspensões. Foram realizadas simulações da sedimentação e filtração em três dimensões como forma de testar o funcionamento do código e a sua capacidade de reproduzir virtualmente tais processos. As propriedades da torta, tais como espessura, porosidade e permeabilidade foram quantificadas ao longo do tempo e comparadas qualitativa e quantitativamente com dados da literatura. A sensibilidade do modelo desenvolvido a variações nas condições operacionais de simulação e nas propriedades físicas do sólido e do líquido também foi analisada. Os dados de fração de sólidos obtidos nas simulações da sedimentação apresentaram uma concordância satisfatória, quando comparados aos valores encontrados na literatura em condições similares, apresentando desvios menores do que 12% para todos os pontos avaliados. |
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Alvim, João Márcio sutanaMeleiro, Luiz Augusto da Cruz814.559.447-00http://lattes.cnpq.br/0883486364645272Calçada, Luís Américo8290882887http://lattes.cnpq.br/5259178085279570Torres, Alexandre RodriguesMancini, Mauricio Cordeiro9218332619http://lattes.cnpq.br/77718515151576862023-12-22T02:45:57Z2023-12-22T02:45:57Z2016-12-21ALVIM, João Márcio Sutana. Modelagem e simulação da sedimentação e filtração utilizando o método de elementos discretos. 2016. 93 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica-RJ, 2016.https://rima.ufrrj.br/jspui/handle/20.500.14407/13378Dentro do conjunto clássico das operações unitárias de separação sólido–líquido, as técnicas de sedimentação e filtração se destacam como etapas de processamento cruciais para um amplo espectro de atividades da indústria. Neste contexto, o conhecimento adequado das propriedades e características dos sistemas particulados diretamente envolvidos representa um aspecto importante para o projeto seguro e eficiente de equipamentos e processos. Ao longo dos últimos 20 anos, diversas metodologias foram desenvolvidas para estudar tais fenômenos, resultando em uma ampla biblioteca de modelos de sedimentação e filtração disponível na literatura. O presente trabalho apresenta um estudo baseado no uso da simulação numérica em escala de partícula, através do Método de Elementos Discretos ou DEM (do inglês “Discrete Element Method”), para descrever a deposição de sólidos particulados em suspensões. Foram realizadas simulações da sedimentação e filtração em três dimensões como forma de testar o funcionamento do código e a sua capacidade de reproduzir virtualmente tais processos. As propriedades da torta, tais como espessura, porosidade e permeabilidade foram quantificadas ao longo do tempo e comparadas qualitativa e quantitativamente com dados da literatura. A sensibilidade do modelo desenvolvido a variações nas condições operacionais de simulação e nas propriedades físicas do sólido e do líquido também foi analisada. Os dados de fração de sólidos obtidos nas simulações da sedimentação apresentaram uma concordância satisfatória, quando comparados aos valores encontrados na literatura em condições similares, apresentando desvios menores do que 12% para todos os pontos avaliados.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESIn the classic set of unit operations of solid-liquid separation, sedimentation and filtration techniques stand out as critical processing steps for a broad spectrum of industrial activities. In this context, the proper knowledge of the properties and characteristics of the particulate systems directly involved represents an important aspect for the safe and efficient design of equipment and processes. Over the past 20 years, several methodologies were developed to study such phenomena, resulting in a huge library of sedimentation and filtration models available in the literature. This work presents a study based on the use of a particle-scale numerical simulation technique called Discrete Element Method (DEM), to describe the deposition of particulate solids in liquids. Tridimensional simulations of the sedimentation and filtration processes were carried out in a previously known flow field, as a way to test the applicability of the code and its capacity to virtually describe such processes. Cake properties, such as thickness, porosity and permeability were quantified over time and compared qualitatively and quantitatively with literature data. The effects of operational conditions, solids and liquid properties on the particulate model’s response were also investigated through a series of controlled numerical tests. The packing fraction values obtained in this work for the sedimentation process, when compared to the values found in the literature on similar conditions, showed a satisfactory agreement, with deviations smaller than 12% for all the points assessedapplication/pdfporUniversidade Federal Rural do Rio de JaneiroPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaUFRRJBrasilInstituto de TecnologiaDiscrete modelingParticle dynamicsGranular simulationModelagem discretaDinâmica de partículasSimulação granularEngenharia QuímicaModelagem e simulação da sedimentação e filtração utilizando o método de elementos discretosModeling and simulation of sedimentation and filtration using the discrete element methodinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisABREU, C.R.A.; TAVARES, F.W.; CASTIER, M. 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Dentro do conjunto clássico das operações unitárias de separação sólido–líquido, as técnicas de sedimentação e filtração se destacam como etapas de processamento cruciais para um amplo espectro de atividades da indústria. Neste contexto, o conhecimento adequado das propriedades e características dos sistemas particulados diretamente envolvidos representa um aspecto importante para o projeto seguro e eficiente de equipamentos e processos. Ao longo dos últimos 20 anos, diversas metodologias foram desenvolvidas para estudar tais fenômenos, resultando em uma ampla biblioteca de modelos de sedimentação e filtração disponível na literatura. O presente trabalho apresenta um estudo baseado no uso da simulação numérica em escala de partícula, através do Método de Elementos Discretos ou DEM (do inglês “Discrete Element Method”), para descrever a deposição de sólidos particulados em suspensões. Foram realizadas simulações da sedimentação e filtração em três dimensões como forma de testar o funcionamento do código e a sua capacidade de reproduzir virtualmente tais processos. As propriedades da torta, tais como espessura, porosidade e permeabilidade foram quantificadas ao longo do tempo e comparadas qualitativa e quantitativamente com dados da literatura. A sensibilidade do modelo desenvolvido a variações nas condições operacionais de simulação e nas propriedades físicas do sólido e do líquido também foi analisada. Os dados de fração de sólidos obtidos nas simulações da sedimentação apresentaram uma concordância satisfatória, quando comparados aos valores encontrados na literatura em condições similares, apresentando desvios menores do que 12% para todos os pontos avaliados. |
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