Otimização de hidrociclones para separação de rocha fosfática via CFD

Resumo

Hidrociclones são equipamentos utilizados para a separação de sólido-líquido e líquido-líquido, através do fluxo centrífugo. A rocha fosfática é uma matéria-prima essencial para as indústrias de fertilizantes fosfatados, sendo que uma das etapas do beneficiamento desse minério é a concentração desse material utilizando os hidrociclones, devido a sua robustez e baixo custo de operação. Este trabalho utilizou da fluidodinâmica computacional para estudar modelos multifásicos para representar o escoamento multifásico do hidrociclone e possíveis modificações na geometria deste equipamento para otimizá-lo. Três modelos multifásicos foram estudados: Euleriano-Lagrangiano, Euleriano-Euleriano, e Modelo Mixture. Para otimizar o processo de separação e reduzir custos operacionais, foram propostas 11 modificações na geometria do HC11, denominadas B1, B2, B3, C1, C2, C3, D1, D2, E1, E2 e E3, sendo as 8 primeiras mudanças no vortex finder e as 3 últimas a adição de uma parede na região de formação do air core. A geometria e a malha foram geradas no software GAMBIT^® e a simulação foi realizado no software FLUENT^® 19.2. Para comparar a eficiência dos modelos multifásicos foram utilizadas as eficiências individuais e globais de coleta e valores experimentais da literatura. O modelo Mixture apresentou o menor erro relativo, e foi utilizado nas simulações seguintes. Os parâmetros avaliados para medir a otimização do HC11 foram a queda de pressão (?P), a razão de líquido (R_L) e a eficiência global (?). Os resultados foram comparados com o valor encontrado nas simulações do HC11 para avaliar a otimização. Verificou-se que as modificações B2. B3 e D1 melhoraram todos os parâmetros avaliados, otimizando o processo de separação e reduzindo os custos de energéticos envolvidos na operação.