| dc.description.abstract | Os separadores gravitacionais de misturas dispersas de dois líquidos estão presentes em várias áreas da indústria. Contudo, a previsão da dinâmica da separação desses equipamentos é complexa, visto que envolve os mecanismos concomitantes e de influência mutua (por meio da distribuição do tamanho de gotas (DTG)) de cremagem (ou sedimentação) e coalescência. Logo, é importante conhecer os fenômenos e os modelos disponíveis para a sua representação antes da implementação do modelo. O objetivo desta dissertação é modelar por meio da Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) a zona de cremagem laminar de uma separação gravitacional em batelada no regime de Stokes. Para tal, os resultados numéricos (com auxílio do software Ansys Fluent® 15.0 e 18.2) foram comparados com os resultados experimentais de Jeelani, Hosig e Windhab (2005). Para modelar a influência da fração volumétrica da fase dispersa na taxa de cremagem, o modelo de arrasto de Schiller e Naumann (1935) foi empregado com o modificador de arrasto de Richardson e Zaki (1954). A DTG foi discretizada com o método de integração numérica de Gauss-Legendre e a previsão do tamanho das gotas nascidas do processo de coalescência foi estimada com o modelo de Wang e Davis (1996). Tanto a representação da DTG quanto os modelos de arrasto se mostraram adequados para modelar o processo de separação, contudo, a determinação dos limites da zona de cremagem se mostrou fator relevante, especialmente em relação da determinação da interface de coalescência, que parece ser função do fator de empacotamento das gotas. Os modelos de coalescência avaliados foram o de eficiência de coalescência constante, velocidade de aproximação crítica e tempo de drenagem do filme de uma gota deformável com interface parcialmente móvel. Os três modelos apresentaram resultados similares no regime de escoamento modelado, no entanto, o modelo de drenagem do filme foi empregado com o seu coeficiente padrão e não precisou ser calibrado, isto porque esse modelo é mais completo, pois além da velocidade relativa entre as gotas leva em conta a viscosidade das fases, a tensão superficial e o diâmetro das gotas. Os modelos de coalescência foram calibrados para uma condição experimental e depois empregados com o mesmo parâmetro de ajuste para os outros experimentos com diferentes DTGs e fração volumétrica, sugerindo os parâmetros de ajuste dos modelos são funções das propriedades do líquidos apenas. O erro máximo médio entre as posições das interfaces de cremagem e coalescência experimentais e numéricas foi de 5,03%. Além disso, o perfil de fração volumétrica das fases também foi estimado com razoável precisão modelos numéricas. | |
