masterThesis
Concepção e dimensionamento de microbolhas para um processo de flotação de água oleosa com a adição de surfactantes
Autor
BRASILEIRO, Pedro Pinto Ferreira
Institución
Resumen
A utilização de óleo combustível na indústria é fundamental para a geração de energia térmica, no entanto é um processo que gera resíduos tóxicos ao meio ambiente e dificulta a recomercialização do óleo utilizado. Um dos processos de separação desses resíduos é a flotação com ar empregando microbolhas para efetuar uma eficiente separação. Nesse sentido, um estudo sobre a concepção do processo de produção de microbolhas e o dimensionamento do tamanho de microbolhas foi realizado, empregando opcionalmente um surfactante químico e um biossurfactante para possibilitar a distinção do processo sem e com o efeito de agentes coadjuvantes na redução do tamanho das microbolhas. O propósito, pois, foi a aplicação das microbolhas em um sistema de flotação conhecido como Torre de Saturação Induzida. Esse estudo foi desenvolvido com a construção de um protótipo denominado de Unidade de Medição de Microbolhas com as medições da Vazão de Ar e da Vazão de Líquido no sistema, utilizando o controlador Arduino UNO R3 para operação e uma associação de uma GoPro Hero 6 com lentes de microscópio para a medição das microbolhas. Na etapa experimental, 3 planejamentos fatoriais do tipo Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) foram realizados a fim de perceber os efeitos estatisticamente significativos para futuros planejamentos experimentais. Os planejamentos foram denominados de Fluidodinâmico para os parâmetros de Vazão de Ar e Vazão de Líquido; Químico com as semelhantes variáveis independentes do Planejamento Fluidodinâmico, mas com a variação do potencial hidrogeniônico e da concentração do surfactante dodecilsulfato de sódio (SDS) e Biológico, semelhante ao Químico, mas com a concentração de extrato metabólico do biossurfactante produzido pela bactéria Pseudomonas cepacia. Ao melhor ensaio de cada planejamento, foi adicionada uma concentração de 200 mg·L⁻¹ de óleo lubrificante para averiguar a influência do composto hidrofóbico nas respostas estudadas. Em todos os ensaios, foram medidas manualmente as variáveis dependentes Diâmetro de Sauter Dinâmico, Diâmetro de Sauter Estático e Altura de Neblina de Microbolhas. As análises resultaram em: diâmetros de microbolhas médios entre 14 e 74 µm durante 10 min de processo de produção de microbolhas e com uma estabilidade de medição e de produção; alturas de até 20 cm de coluna d’água de produção de microbolhas; considerações físicas e estatísticas possíveis sobre a variação dos parâmetros de entrada em relação às respostas analisadas e percepções sinergéticas da importância da aplicação do óleo como parâmetro essencial na produção de microbolhas. O presente trabalho, portanto, foi desenvolvido com as finalidades de estimar os diâmetros de microbolhas e estimular a aplicação de surfactantes no processo de flotação, principalmente os biotecnologicamente produzidos diante da baixa toxicidade e da elevada biodegradabilidade desses biocompostos, visando à separação água/óleo no sistema de Torre de Saturação Induzida. Instituto Avançado de Tecnologia e Inovação IATI The fuel oil is a fundamental parameter for the thermal generation, however the toxic wastes that are spilled by this process damage the environment and hamper the sale of the refurbished oil. One of the efficient separation processes of these wastes is the air flotation through the microbubbles. In this sense, a study about the comprehension of the microbubble production and the measurement of the microbubbles size was developed, utilizing optionally 1 chemical surfactant and 1 biosurfactant to distinguish the influence of the auxiliary compounds in the reduction of microbubble size. The aim of this work, therefore, is the application of the microbubbles into a flotation system called Induced Saturation Tower. Besides, this study was performed by the building of a prototype called Microbubble Sizing Unit with the measurement of Air and Liquid Flows in the system, utilizing the Arduino UNO R3 board to control and a combination of a GoPro Hero 6 and microscope lens. In the experimental step, 3 factorial designs as Central Composed Rotate Design (CCRD) were made to understand which effects are statiscally significant for future factorial designs. These designs were named as Fluidynamic for the parameters Air and Liquid Flows; Chemical with the same variables of the the Fluidynamic Design, but with the variation of the hydrogenionic potential and the surfactant concentration of sodium dodecylsulfate (SDS), and Biological, same as the Chemical, however with the biosurfactant produced by the bacterium Pseudomonas cepacia. For the best assays in each design, there was addicted an oil concentration of 200 mg·L⁻¹ to investigate the influence of the hidrofobic compound. In every assay, there were measured manually the dependent variables Dynamic Sauter’s Diamenter, Static Sauter’s Diameter, and Microbubble Mist Height. The responses resulted in: microbubbles average diameters between 14 and 74 µm during 10 min of microbubbles production and with a stability of measurement and production; heights until 20 cm of water column of microbubbles production; physical and statistical possible considerations about the variation of the entrance parameters, and synergetic perceptions from the importance of the oil application as an independente variable. The work, therefore, was delevoped with the aims of estimation of the microbubbles diameters and promote the surfactant application in air flotation systems, mainly the biotechnological produced according to the low toxicity and the high biodegradability of these biocompounds, looking for the water/oil separation in the Induced Saturation Tower.