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Simulation of hydrocyclones for evaluating the flow of non-newtonian fluids
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Universidade Estadual de Ponta Grossa (UEPG)
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Resumo
Na indústria petroquímica, faz-se uso da hidrociclonagem na separação de material particulado, advindo da perfuração do poço, juntamente com fluido de perfuração, visto que a não retirada desse cascalho, gerado pelo processo, pode ocasionar o desgaste prematuro da broca ou entupimento do poço. Este estudo tem como objetivo realizar a simulação numérica, de um hidrociclone operando com fluido não-newtoniano, avaliando os parâmetros de eficiência total e razão de líquido e também comparação a diferença na utilização de um fluido não-newtoniano e um newtoniano de mesma densidade. Para isso, foram construídas cinco geometrias com diferentes diâmetros de underflow e, após a simulação das mesmas, obteve-se resultados de perfis de velocidade, viscosidade e pressão, posteriormente foi efetuada a injeção de partículas para obtenção dos valores de eficiência total. Os valores de eficiência total e razão de líquido foram comparados com a literatura. Em geral, para eficiência total, os resultados dos erros relativos obtidos, quando comparados com o trabalho de referência, apresentaram valores satisfatórios, com desvios menores ou iguais a 11%. Já para os valores de razão de líquido, foi possível obter dois resultados satisfatórios, no caso a geometria 4 e 5, que apresentaram erros relativos de 2,89% e 15,07%, respectivamente. E através da comparação entre a operação com fluidos não-newtoniano e newtonianos, foi possível observar a influência da variação da viscosidade no processo de separação. Os resultados encontrados permitiram concluir que a análise CFD comprovou ser eficaz para prever o escoamento de fluido não-newtonianos em hidrociclones.
Abstract
In the petrochemical industry, hydrocycloning is used to separate particulate material from the
well, together with drilling fluid, since not removing the gravel generated by the process can cause
premature wear of the drill bit or blockage of the well. This study aims to perform a numerical simulation,
of a hydrocyclone operating with non-Newtonian fluid, evaluating the parameters of total efficiency and
ratio fluid and comparing the difference in the use of a non-Newtonian fluid and a Newtonian fluid of the
same density. For this, five geometries with different underflow diameters were constructed and, after their
simulation, results of velocity, viscosity and pressure profiles were obtained, then the injection of particles
was carried out to obtain the values of total efficiency. The values of total efficiency and ratio fluid were
compared with the literature. In general, for total efficiency, the results of the relative errors obtained, when
compared with the reference work, presented satisfactory values, with deviations less than or equal to 11%.
For the values of fluid ratio, it was possible to obtain two satisfactory results, in the case of geometry 4 and
5, which presented relative errors of 2.89% and 15.07%, respectively. Moreover, by comparing the
operation with non-Newtonian and Newtonian fluids, it was possible to observe the influence of the
variation in viscosity in the separation process. The results found allowed the conclusion that the CFD
analysis proved to be effective in predicting the flow of non-Newtonian fluid in hydrocyclones.
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OLIVEIRA, A. G. de; COSTA, F. O. da; PETRI JÚNIOR, I. Simulation of hydrocyclones for evaluating the flow of non-newtonian fluids. Revista de Engenharia e Tecnologia, [S.l.], v. 13, n. 1, p. 1-12, mar. 2021.