ESTUDO DO COMPORTAMENTO FLUIDODINÂMICO DE CICLONES

Resumo

Objetiva-se avaliar o comportamento fluidodinâmico de ciclones através do uso de técnicas numéricas utilizadas em CFD (Computational Fluid Dynamics). Utilizou-se como variáveis de entrada dados experimentais conhecidos. Adotou-se os seguintes modelos de turbulência para compará-los entre si:modelo k-ε; modelo RSM (Reynolds Stress Model). O fluido utilizado nas simulações foi o ar e as partículas adicionadas foram de carbonato de cálcio (CaCo3). Os parâmetros estudados foram queda de pressão,  perfis de velocidade e a eficiência de coleta do ciclone. O modelo de turbulência adotado que apresentou melhores resultados foi o RSM. A queda de pressão para o RSM foi da ordem 868,6 Pa e para o k-ɛ de 758 Pa, para o modelo misto (k-ɛ/ RSM) de 836 Pa e para os resultados experimentais realizados por Patterson e Munz de 1100 Pa. Os perfis de distribuição de velocidade (tangencial, axial e radial) e de pressão apresentaram boa concordância com os dados da literatura, maiores velocidades encontram-se entre a parede do equipamento e seu eixo de simetria. Para os perfis de pressão, eles apresentaram maiores pressões nas paredes e menores próximas ao eixo. Utilizou-se o modelo de distribuição de Rosin- Rammler para avaliar a eficiência de coleta do ciclone, observando-se que, para partículas de diâmetro superior ao Diâmetro de Corte das Partículas (dpc) do equipamento, a eficiência tende a ser superior a 50%, aumentando à medida que estes aumentam, e para diâmetros inferiores, inferior a 50%. A utilização das técnicas de CFD para caracterização do escoamento gasoso em ciclones permitiu obter resultados bastante coerentes quando comparados com dados experimentais da literatura.

Palavras-chave: Ciclones. Separação gás-sólido. CFD.

STUDY OF CYCLONE FLUID DYNAMIC BEHAVIOR

Abstract: The objective is to evaluate the fluid dynamic behavior of cyclones through the use of numerical techniques used in CFD (Computational Fluid Dynamics). It is used as input variables known experimental data. We adopted the following turbulence models to compare them to each other: k-ε model; model RSM (Reynolds Stress Model). The fluid used in the simulations was the air and the particles added were calcium carbonate (CaCo3). The parameters studied were pressure drop, velocity profiles and the collection efficiency of the cyclone. The turbulence model adopted that showed the best results was the RSM. The pressure drop for the RSM was approximately 868.6 Pa and the k-ɛ of 758 Pa for the mixed model (k-ɛ / RSM) to 836 Pa and the experimental results performed by Patterson and Munz 1100 Pa. distribution profiles of velocity (tangential, axial and radial) and pressure were in good agreement with the literature data, higher speeds lying between the wall of the equipment and the symmetry axis thereof, the pressure profiles for the they showed higher pressures and lower walls near the axis. We used the model Rosin-Rammler distribution to evaluate the collection efficiency of the cyclone, observing that for particles of diameter greater than the cutting diameter (dpc) equipment efficiency tends to be higher than 50%, increasing as these increases, and smaller diameters of less than 50%. In general, the use of CFD techniques for characterizing the gas flow in cyclone yielded fairly consistent results when compared to experimental data in the literature.

Keywords: Cyclones. Gas-solid separation. CFD.

ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO FLUIDODINÁMICO DE LOS CICLONES

Resumen: El objetivo es evaluar el comportamiento dinámico de fluido de los ciclones a través del uso de técnicas numéricas utilizadas en CFD (Computational Fluid Dynamics). Se utiliza como variables de entrada los datos experimentales conocidos. Hemos adoptado los siguientes modelos de turbulencia para compararlos entre sí: k-ε modelo, modelo RSM (Modelo Reynolds Stress). El fluido utilizado en las simulaciones era el aire y las partículas añadidas fueron de carbonato de calcio (CaCo3). Los parámetros estudiados fueron la caída de presión, velocidad y perfiles de la eficiencia de recogida del ciclón. El modelo de turbulencia adoptado, y que mostró los mejores resultados fue la RSM. La caída de presión para el RSM fue de aproximadamente 868,6 Pay el k-ɛ de 758 Pa para el modelo mixto (k-ɛ / RSM) a 836 Pa y los resultados experimentales realizados por Patterson y Munz 1100 Pa. Los perfiles de distribución de velocidad (tangencial, radial y axial) y la presión estuvieron en buen acuerdo con los datos de la literatura, velocidades más altas situadas entre la pared del equipo y el eje de simetría de los mismos, los perfiles de presión para la mostraron altas presiones y bajas paredes cerca del eje. Se utilizó el modelo de distribución de Rosin-Rammler para evaluar la eficacia de recogida del ciclón, la observación de que para las partículas de diámetro mayor que el diámetro de corte (dpc) la eficiencia del equipo tiende a ser mayor que 50%, aumentando también cuando ellos aumentan y para diámetros más pequeños, de menos de 50%. En general, el uso de técnicas de CFD para la caracterización del flujo de gas en el ciclón dió resultados bastante consistentes cuando se compara con los datos experimentales en la literatura.

Palabras clave: Ciclones. Separación gas-sólido. CFD.