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Ciclones são equipamentos destinados à separação de partículas sólidas em suspensão num fluido. São vastamente utilizados, nos mais diversos ramos da indústria, devido ao seu baixo custo de produção, manutenção e simplicidade. O seu princípio básico de funcionamento decorre do balanço entre as forças gravitacional, de arrasto e de inércia que efetuam a separação das partículas através da formação de um vórtice ciclónico. O interesse no seu estudo foi reforçado nas últimas décadas com a crescente diligência com a emissão de partículas e consequente efeito no meio ambiente. O presente trabalho começa por apresentar uma revisão de alguns modelos de dimensionamento de Ciclones. Esta revisão serve para introduzir os conceitos teóricos necessários ao correto dimensionamento dos separadores ciclónico e correta utilização da aplicação informática desenvolvida. A aplicação, após ser alimentada com as variáveis que descrevem o escoamento bifásico, dimensiona o Ciclone, permite a seriação e consequente comparação dos modelos através de valores de rendimento, perda de carga e números adimensionais. A aplicação admite o dimensionamento por oito modelos de configuração geométrica, o cálculo de rendimento teórico é realizado por dez modelos, e o de perda de carga por dez. São ainda calculados o número de Euler, o número de Reynolds, as razões entre o diâmetro de corte e o diâmetro central do Ciclone, e entre a massa volúmica do fluido pela do material em suspensão. Após a avaliação dos resultados obtidos, pode ser feita a exportação da modelação 3D destes dispositivos, para posterior impressão pelo método de fabricação aditiva e/ou simulação CFD. É, também, disponibilizada a ferramenta que possibilita a criação de Ciclones com as variáveis geométricas livres, i.e., permitindo ao utilizador a possibilidade de as definir, todas, de forma independente. Os resultados de dimensionamento são concordantes com a literatura. A modelação produzida permite a impressão dos modelos. ABSTRACT: Cyclones are devices designed to separate solid particles in suspension from fluids. They are vastly used in the most different industry branches, due to their low cost of production, maintenance, and simplicity. The basic principle of operation depends on the gravitational, drag and inertial forces. The particle separation is accomplished by these forces through the formation of a cyclone vortex. This dissertation begins with a theoretical review of Cyclone sizing models. This revision has the purpose of presenting the theoretical concepts behind the sizing of a Cyclone separator and therefore the correct utilization of the developed informatic application in this work. After the input of the variables that describe the biphasic flow, the application computes the Cyclone sizing and allows the seriation and subsequent comparison of the models through the efficiency, pressure drop and dimensionless numbers. The application makes available eight geometrical configurations, ten different models can estimate efficiency, and nine different models can assess the pressure drop. The Euler number, the Reynolds number, the ratios between the cut-size diameter and the central diameter of the cyclone, and the density of the fluid and particles in suspension are still calculated by the application. After the results' evaluation, the user can export the 3D models of these devices for subsequent printing by additive manufacturing and/or CFD simulation. It has also made available a tool for creating cyclones with free geometrical variables. This way, the user has the possibility to define all of them in an independent way. The sizing results agree with the literature. The produced modulation enables a way to print the 3D models. |
