Simulação da operação de sedimentadores contínuos

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2009

RESUMO

Sedimentadores são equipamentos que promovem a separação entre sólido e líquido, muito utilizados em indústrias químicas, indústrias de beneficiamento de minério, seja para o descarte ou para o aproveitamento do sólido e em estações de tratamento de água e efluentes. O estudo cada vez mais detalhado dos fenômenos que envolvem a separação sólido-líquido é de fundamental importância no projeto e avaliação de sedimentadores e filtros contínuos. Os processos de separação sólido-líquido, tais como sedimentação de partículas sólidas em meios aquosos, podem ser modelados através da introdução da Teoria das Misturas da Mecânica do Contínuo, com o uso das equações da continuidade e do movimento para os constituintes da mistura, além da incorporação de equações constitutivas apropriadas. Tais equações constitutivas relativas à pressão nos sólidos e permeabilidade do meio poroso devem ser obtidas empiricamente e são indispensáveis na avaliação do grau de liberdade do sistema para que equacionamento possa ser resolvido. Neste trabalho foi desenvolvido um modelo matemático para o fenômeno da sedimentação contínua, a partir da combinação de princípios intrínsecos de uma abordagem fenomenológica consistente fisicamente, com conceitos matemáticos utilizados para a resolução do problema da sedimentação, empregando métodos de resolução numérica que simplificaram consideravelmente a complexidade do problema, eliminando a necessidade da resolução por regiões de fronteiras móveis e condições de salto. Simulações numéricas para a sedimentação contínua são de grande importância no projeto de sedimentadores, e sendo assim, foram realizadas simulações do modelo proposto no presente trabalho, bem como a simulação de um modelo apresentado na literatura. A metodologia de discretização espacial MUSCL de segunda ordem foi aplicada às equações diferenciais parciais numa abordagem com o método das linhas (MOL), determinando-se um conjunto de equações algébrico-diferenciais. A resolução dos modelos matemáticos de sedimentação contínua em regime transiente foi realizada com o Software Scilab empregando-se o pacote computacional DASSL. Para a resolução dos modelos no estado estacionário os perfis de concentração resultam na solução de um problema de valor inicial, cuja resolução numérica foi realizada com o código LSODAR pertencente ao pacote ODEPACK, em uma variante que encontra as raízes de um conjunto de funções ao tempo que integra o sistema diferencial. Os resultados das simulações numéricas mostraram que o modelo misto hiperbólico-parabólico apresentado descreve qualitativamente o fenômeno físico em todo o seu domínio, sem que haja a necessidade do uso de condições de salto nas fronteiras móveis.

ASSUNTO(S)

continuous sedimentation solid-liquid separation separação sólido-líquido modeling separação (tecnologia) simulation sedimentação contínua engenharia quimica simulação modelagem

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