Modelagem e simulação do tratamento de água oleosa usando hidrociclones

The increase of the industrial pollution has been carrying the organs of environmental control to review the legislation in force and to limit in a more rigorous form the discards of industrial effluent. As opposed, the companies have been improving the treatment systems of their effluent, applying new technologies. In the petroleum industry, in the oil-water separation, are used floatation chamber and hydrocyclones. The floatation seeks to recover the oil residue through gravitational separation, while the hydrocyclones try to accelerate this process with the use of the centrifugal force. The hydrocyclones in study are equipment constituted of a cylindrical part and two conic parts joint, in which the supply is constituted by two entrances involute, diametrically opposite, presenting a normal axis to the equipment and positioned tangentially to the lateral wall of the cylinder. The separator has two openings for exit, axis positioned to the equipment, one of them, called overflow, placed near to the supply section and to another, called underflow, placed near to the vertex of the conic body of the hydrocyclone. The analysis of the fluid-dynamic behavior of the hydrocyclone was led through the numeric simulation of the treatment of water produced, applying methods of Computational Fluid-dynamic (CFD). In the used computational tool, CFX, it is possible to build the geometry, draw the numeric mesh, adjust the simulation parameters, solve and to analyze the results, being able to be applied for several kinds of flow. It accomplished an experimental planning with the goal of analyzing the influence of the geometry in the separation efficiency of the hydrocyclone, in other words, know which variables were more important for the separation efficiency. To evaluate the performance of the equipment were calculated the Flow Ratio (Rf) and the Reduced Grade Efficiency (G ), for each geometry. Due to the great number of tested variables, whatever Dc, Do, Du, Hc, VF e L1 it opted to not analyze the effect of each one in separated, but the interactions of these. The different numeric simulations were considered as computational experiments. In all the 19 computational experiments, the simulations were initiated with the turbulence model k-e, these last used as initial values for the simulations with the turbulence model SSG, because this last is what best represents the flow in the hydrocyclone. The analyses done in the Essential Regression show that the variables which the most influence the separation efficiency are the overflow and underflow diameters. The reduced grade efficiencies stayed well distributed in the range 0-96%, what shows that the choice of the size of tried drop (250 mm) was adequate. The greatest reason values of fluid were obtained for Do/Du @ 1.0 and the minors, excluding Rf = 0, for Do/Du @ 0.2. In the studied intervals, the greatest Reduced Grade Efficiency values are obtained with the biggest values of Do and the smallest of Du. The smallest results of Flow Ratio are obtained with the smallest values of Do and the biggest values of Du.O aumento da poluição industrial tem levado os órgãos de controle ambiental a rever a legislação em vigor e a limitar de forma mais rigorosa o descarte de efluentes industriais. Em contrapartida, as empresas têm melhorado os sistemas de tratamento de seus efluentes, aplicando novas tecnologias. Na indústria de petróleo, na separação óleo-água, são usados flotadores e hidrociclones. A flotação procura recuperar o resíduo de óleo através de separação gravitacional, enquanto que os hidrociclones procuram acelerar este processo com o uso da força centrífuga. Os hidrociclones em estudo são equipamentos constituídos de uma parte cilíndrica e duas partes cônicas justapostas, nas quais a alimentação é constituída por duas entradas em voluta, diametralmente opostas, apresentando um eixo normal ao do equipamento e posicionada tangencialmente à parede lateral do cilindro. O separador tem duas aberturas para saída, posicionadas axialmente ao equipamento, uma delas, chamada overflow, situada próxima à seção de alimentação e a outra, chamada underflow, situada próxima ao vértice do corpo cônico do hidrociclone. A análise do comportamento fluidodinâmico do hidrociclone foi conduzida através da simulação numérica do tratamento da água produzida, aplicando-se métodos de Fluidodinâmica Computacional (CFD). Na ferramenta computacional utilizada, CFX, é possível construir a geometria, desenhar a malha numérica, ajustar os parâmetros de simulação, resolver e analisar os resultados, podendo ser aplicado para diversos tipos de escoamento. Realizou-se um planejamento experimental com o objetivo de analisar a influência da geometria na eficiência de separação do hidrociclone, ou seja, saber quais variáveis eram mais relevantes para a eficiência de separação. Para avaliar o desempenho do equipamento foram calculadas a Razão de Fluido (Rf) e a Eficiência Granulométrica Reduzida (G ), para cada geometria. Devido ao grande número de variáveis testadas, quais sejam Dc, Do, Du, Hc, VF e L1 optou-se por não analisar o efeito de cada uma em separado, mas a interações destas. As diferentes simulações numéricas foram consideradas como experimentos computacionais. Em todos os 19 experimentos computacionais, as simulações foram iniciadas com o modelo de turbulência k-, estas últimas utilizadas como valores iniciais para as simulações com o modelo de turbulência SSG, pois este último é o que melhor representa o escoamento no hidrociclone. As análises feitas no Essential Regression mostram que as variáveis que mais influenciam a eficiência de separação são os diâmetros de overflow e de underflow. As eficiências granulométricas reduzidas ficaram bem distribuídas na faixa 0-96%, o que mostra que a escolha do tamanho de gota testado (250 mm) foi adequada. Os maiores valores de razão de fluido foram obtidos para Do/Du @ 1,0 e os menores, excluindo-se Rf = 0, para Do/Du @ 0,2. Nos intervalos estudados, os maiores valores de Eficiência Granulométrica Reduzida são obtidos com os maiores valores de Do e os menores de Du. Os menores resultados de Razão de Fluido são obtidos com os menores valores de Do e os maiores valores de Du