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Estudou-se a aplicação de uma modelagem RANS, com a utilização do modelo de turbulência k-? na modelagem do escoamento no interior de um sistema de lavagem de gases, composto por um lavador Venturi e uma coluna de spray, por técnicas de fluidodinâmica computacional (CFD), com a fase líquida resolvida pela abordagem Lagrangiana e a atomização secundária dessas por diferentes modelos de quebra. Utilizou-se o pacote comercial de CFD da ANSYS CFX 15.0 com as simulações realizadas em estado transiente. Verificaram-se os resultados obtidos pelo simulador para um lavador Venturi em escala piloto com dados da literatura, obtendo-se boa adequação para a perda de pressão ao longo do equipamento. Comparou-se a influência do tamanho das gotas de líquido da injeção na distribuição de tamanho de gotas ao longo do equipamento utilizando o modelo de quebra CAB (Cascade Atomization and drop Breakup), obtendo-se uma melhor dispersão das gotas de líquido na secção transversal do lavador ao se utilizar na injeção, uma distribuição de tamanho de gotas ao invés de gotas com mesmo diâmetro. Simularam-se diferentes condições de vazão de líquido e gás em um lavador Venturi em escala industrial e compararam-se os resultados de perda de pressão obtidos com correlações da literatura, obtendo-se boa adequação para as regiões iniciais do equipamento. Utilizando o modelo de quebra CAB e a abordagem Euler-Lagrange, comparou-se a distribuição de tamanho de gotas ao longo do lavador Venturi industrial para diferentes vazões de gás. Com a simulação do lavador Venturi, utilizou-se os resultados obtidos neste e simulou-se o sistema de lavagem de gases completo (coluna de Spray e lavador Venturi). Comparou-se ao final a retirada de poluentes por meio da impactação inercial e da difusão, obtendo-se uma melhor probabilidade de retirada de poluentes com o aumento da vazão de líquido. / The flow field inside a wet scrubber was simulated with a RANS model using Computational Fluid Dynamics (CFD) in which the multiphase flow was solved by an Euler-Lagrange approach. Turbulence was modeled by the k-? model and droplet breakup was assumed to occur. The transient flow equations were solved using a commercial CFD package (ANSYS CFX 15.0). Simulations of a pilot plant Venturi scrubber were compared with literature data, in which a good agreement level was achieved for pressure loss through the scrubber. Droplet size distribution was evaluated throughout the scrubber by changing droplet diameter of injected liquid and using a Cascade Atomization and drop Breakup model (CAB). A better liquid dispersion inside the scrubber was achieved for a droplet size distribution injection when compared with a single diameter droplet liquid injection. After the results verification by comparing with data from a pilot scale Venturi, pressure loss for different flow conditions was compared between numerical simulations and literature correlations in an industrial size Venturi scrubber, achieving a good agreement for the entrance section of the scrubber. Droplet size distribution throughout the industrial Venturi scrubber for different gas mass flow conditions were also compared using the CAB model and Euler-Lagrange approach. Removal of contaminants was evaluated by two parameters, being inertial impaction of particulate and diffusion to droplet surface, by which a better contaminant removal was achieved for higher liquid flow rates.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseAPRAR.pdf: 1123678 bytes, checksum: 08006e46754054a6402b0499737e23ca (MD5) Previous issue date: 2005-04-04 / Universidade Federal de Sao Carlos / This work had for objective to study the influence of the variables liquid flow, throat length, number of orifices and gas velocity in the throat in the collection efficiency of a Venturi scrubber. As particulate matter to be removed from the gas, a phosphate concentrate of density 2.9 g/cm3 was used, fed at a mass flow rate of 3.16 g/min. The experimental system used in this work consisted of a Venturi scrubber of rectangular geometry operating horizontally, with liquid injection through 1 to 5 orifices with 1 diameter mm each, distributed in the scrubber throat. For the experiments, two experimental planning were used, with three factors in three different levels. In the first planning was studied the influence of the variables liquid flow in the range from 300 to 900 cm3/min, throat length in the range from 6.5 to 18.5 cm and number of orifices in the range from 1 to 5 holes; the gas velocity in the throat was kept constant at value of 69.33 m/s. In the second planning was studied the influence of the variable gas velocity in the throat in the range from 58.66 to 69.33 m/s, with the liquid injected by a single orifice. It was verified that the overall collection efficiency of the Venturi scrubber varied within the range from 50 to 91%, for the studied conditions in the first planning. A tendency of increase of the efficiency was observed with the increase of the liquid flow and of the throat length. As for the number of orifices, a better performance of the scrubber was verified when only 1 orifice was used. It was verified that the overall collection efficiency of the Venturi scrubber varied within the range from 52 to 93%, for the studied conditions in the second planning. Was observed that the increase in the gas velocity in the throat resulted in an increase in the overall collection efficiency. The predictions of the classical equations for collection efficiency of Johnstone et al. (1954), Calvert et al. (1972) and Leith and Cooper (1980) were compared to the experimental values. It was observed that both for the experimental results and for the models that the global efficiency increases with the increase of the liquid flow. However, it was verified that the models of Johnstone et al. and Calvert et al. underestimated the values of global efficiency obtained experimentally while the model of Leith and Cooper overestimated them. Therefore, it became necessary to adjust a model to the experimental points. It was taken as departure point the model of Calvert et al., for being a classic model and because it is widely used industrially. An adjustment equation for the empiric factor f using the experimental data was then performed. As it was verified in previous tests that the variable throat length is relevant in the collection efficiency and the same does not appear in the equation proposed by Calvert et al., it was decided to adjust an equation of f in function as a function of LG as f= 3005 , 0 . 5161 , 0 G L . The validity of the adjustment was verified by the good agreement of the experimental values of efficiency observed experimentally with the predicted values by the modified Calvert model. / Este trabalho teve por objetivo estudar a influência das variáveis vazão de líquido, comprimento da garganta, número de orifícios e velocidade do gás na garganta na eficiência de coleta de um lavador Venturi. Como material particulado a ser removido de uma corrente gasosa utilizou-se um concentrado fosfático de densidade 2,9 g/cm3 na vazão mássica de 3,16 g/min . O sistema experimental utilizado neste trabalho consistiu de um lavador Venturi de geometria retangular operando horizontalmente e com injeção de líquido através de 1 a 5 orifícios de 1 mm de diâmetro distribuídos na garganta do mesmo. Para a realização dos experimentos utilizou-se dois planejamentos experimentais do tipo completo, com três fatores em três diferentes níveis. No primeiro planejamento foi estudada a influência das variáveis vazão de líquido na faixa de 300 a 900 cm3/min, comprimento da garganta na faixa de 6,5 a 18,5 cm e número de orifícios na faixa de 1 a 5 orifícios, mantendo-se constante a velocidade do gás na garganta com um valor de 69,33 m/s. No segundo planejamento foi estudada a influência da variável velocidade do gás na garganta na faixa de 58,66 a 69,33 m/s, utilizando-se apenas 1 orifício para injeção de líquido. Verificou-se que os percentuais de eficiência de coleta no lavador Venturi ficaram na faixa de 50 a 91% para o primeiro planejamento. Observou-se uma tendência de aumento da eficiência de remoção de partículas com o aumento da vazão de líquido e do comprimento da garganta. Quanto ao fator número de orifícios verificou-se um melhor desempenho do lavador quando utilizou-se apenas 1 orifício. Verificou-se que os percentuais de eficiência de coleta no lavador Venturi ficaram na faixa de 52 a 93% para o segundo planejamento. Observou-se que o aumento da velocidade do gás na garganta provocou um aumento na eficiência de coleta. Comparou-se as predições das clássicas equações de eficiência de Johnstone et al. (1954), Calvert et. al. (1972) e Leith e Cooper (1980) com os valores experimentais. Observou-se que para os resultados experimentais e para os modelos avaliados que a eficiência global é crescente com o aumento da vazão de líquido. No entanto, verificou-se que os modelos de Johnstone et al. e Calvert et al. subestimaram os valores de eficiência global obtidos experimentalmente enquanto o modelo de Leith e Cooper superestimou os mesmos. Com isso, tornou-se necessário ter um modelo para ajustar aos pontos experimentais. Tomou-se como base o modelo de Calvert et al. por ser um modelo clássico e ser amplamente utilizado na indústria. Propôs-se então uma equação de ajuste para o fator empírico f utilizando os dados experimentais. Como verificou-se em testes anteriores que a variável comprimento de garganta é relevante na eficiência de coleta e a mesma não aparece na equação proposta por Calvert et al., decidiuse ajustar uma equação de f em função de LG da forma f= 3005 , 0 . 5161 , 0 G L . Verificou-se a validade do ajuste pela boa concordância dos valores experimentais de eficiência observados experimentalmente com os valores estimados pelo modelo de Calvert modificado.

Estudou-se a aplicação de uma modelagem RANS, com a utilização do modelo de turbulência k-? na modelagem do escoamento no interior de um sistema de lavagem de gases, composto por um lavador Venturi e uma coluna de spray, por técnicas de fluidodinâmica computacional (CFD), com a fase líquida resolvida pela abordagem Lagrangiana e a atomização secundária dessas por diferentes modelos de quebra. Utilizou-se o pacote comercial de CFD da ANSYS CFX 15.0 com as simulações realizadas em estado transiente. Verificaram-se os resultados obtidos pelo simulador para um lavador Venturi em escala piloto com dados da literatura, obtendo-se boa adequação para a perda de pressão ao longo do equipamento. Comparou-se a influência do tamanho das gotas de líquido da injeção na distribuição de tamanho de gotas ao longo do equipamento utilizando o modelo de quebra CAB (Cascade Atomization and drop Breakup), obtendo-se uma melhor dispersão das gotas de líquido na secção transversal do lavador ao se utilizar na injeção, uma distribuição de tamanho de gotas ao invés de gotas com mesmo diâmetro. Simularam-se diferentes condições de vazão de líquido e gás em um lavador Venturi em escala industrial e compararam-se os resultados de perda de pressão obtidos com correlações da literatura, obtendo-se boa adequação para as regiões iniciais do equipamento. Utilizando o modelo de quebra CAB e a abordagem Euler-Lagrange, comparou-se a distribuição de tamanho de gotas ao longo do lavador Venturi industrial para diferentes vazões de gás. Com a simulação do lavador Venturi, utilizou-se os resultados obtidos neste e simulou-se o sistema de lavagem de gases completo (coluna de Spray e lavador Venturi). Comparou-se ao final a retirada de poluentes por meio da impactação inercial e da difusão, obtendo-se uma melhor probabilidade de retirada de poluentes com o aumento da vazão de líquido. / The flow field inside a wet scrubber was simulated with a RANS model using Computational Fluid Dynamics (CFD) in which the multiphase flow was solved by an Euler-Lagrange approach. Turbulence was modeled by the k-? model and droplet breakup was assumed to occur. The transient flow equations were solved using a commercial CFD package (ANSYS CFX 15.0). Simulations of a pilot plant Venturi scrubber were compared with literature data, in which a good agreement level was achieved for pressure loss through the scrubber. Droplet size distribution was evaluated throughout the scrubber by changing droplet diameter of injected liquid and using a Cascade Atomization and drop Breakup model (CAB). A better liquid dispersion inside the scrubber was achieved for a droplet size distribution injection when compared with a single diameter droplet liquid injection. After the results verification by comparing with data from a pilot scale Venturi, pressure loss for different flow conditions was compared between numerical simulations and literature correlations in an industrial size Venturi scrubber, achieving a good agreement for the entrance section of the scrubber. Droplet size distribution throughout the industrial Venturi scrubber for different gas mass flow conditions were also compared using the CAB model and Euler-Lagrange approach. Removal of contaminants was evaluated by two parameters, being inertial impaction of particulate and diffusion to droplet surface, by which a better contaminant removal was achieved for higher liquid flow rates.