Submitted by Lucienne Costa (lucienneferreira@ufcg.edu.br) on 2018-03-23T18:34:30Z No. of bitstreams: 1 DANIEL CESAR DE MACEDO CAVALCANTE – TESE (PPGEP) 2017.pdf: 5981753 bytes, checksum: 7cb1bc84364b7e8874a0a5bd64ac28f9 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-23T18:34:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DANIEL CESAR DE MACEDO CAVALCANTE – TESE (PPGEP) 2017.pdf: 5981753 bytes, checksum: 7cb1bc84364b7e8874a0a5bd64ac28f9 (MD5) Previous issue date: 2017-08-24 / Capes / Os hidrociclones convencionais são equipamentos versáteis, devido a elevada capacidade de processamento, baixo custo de manutenção. Vários são os estudos que visam alterar a estrutura típica do hidrociclone convencional de modo alterar seu desempenho e objetivo. Assim surgiu os hidrociclones filtrantes no qual se diferencia do hidrociclone convencional pela substituição da parede cônica ou cilíndrica por uma membrana porosa. Durante o funcionamento desse separador, além das correntes tradicionalmente observadas (alimentação, underflow e overflow), há uma corrente líquida proveniente do processo de filtração, normalmente denominado filtrado. O presente trabalho propõe estudar hidrociclones filtrantes baseados no trabalho de Façanha (2012), a partir do estudo numérico do processo de separação água/partícula sólida realizado com auxílio do “software” comercial ANSYS CFX® Release 15.0. O modelo matemático usado considera escoamento tridimensional, turbulento, estacionário, baseado na abordagem Euleriana-Euleriana e modelo de turbulência SST “Shear Stress Transport”. Foram avaliados estudos da dinâmica do escoamento, Efeito da porosidade, efeito da permeabilidade e efeito da matriz porosa. Os resultados demonstram que a vazão do filtrado é menor em relação as outras saídas, altera o escoamento no interior do hidrociclone filtrante tanto em relação a porosidade, permeabilidade e efeito da posição do meio filtrante. O aumento da porosidade e permeabilidade alterou a distribuição de pressão, razão do líquido e eficiência total no interior do hidrociclo cilíndrico filtrante. / Conventional hydrocyclones are versatile equipment due to high processing capacity and low maintenance costs. Several studies are aimed at changing the typical structure of conventional hydrocyclone in order to alter its performance and purpose. In this way the hydrocyclones filtering in which it differs from the conventional hydrocyclone by the replacement of the conical or cylindrical wall by a porous membrane. During the operation of this separator, in addition to the traditionally observed currents (feed, underflow and overflow), there is a liquid stream coming from the filtration process, usually called filtrate. The present work proposes to study filtering hydrocyclones based on the work of Façanha (2012), based on the numerical study of the water / solid particle separation process performed with the commercial software ANSYS CFX® Release 15.0. The mathematical model used considers three-dimensional, turbulent, stationary flow, based on the Eulerian-Eulerian approach and SST turbulence model "Shear Stress Transport". Studies of flow dynamics, porosity effect, permeability effect and porous matrix effect were evaluated. The results show that the flow rate of the filtrate is lower in relation to the other outlets, it changes the flow inside the filter hydrocyclone in relation to the porosity, permeability and effect of the position of the filter medium. The increase in porosity and permeability altered the pressure distribution, liquid ratio and total efficiency inside the filter cylindrical hydrocyclones.

Na agricultura irrigada, a qualidade da água utilizada é de fundamental importância para o perfeito funcionamento dos sistemas de irrigação e de seus componentes. A utilização de água contendo sedimentos em suspensão tem sido a causa de sérios problemas em sistemas de irrigação, reduzindo a vida útil de seus componentes, promovendo o entupimento de tubulações e emissores, ocasionando como conseqüência, irrigações não uniformes e queda na eficiência dos mesmos. A escolha do tipo e capacidade do sistema de filtragem é de fundamental importância, evitando-se assim, aumento nos custos de operação e manutenção do sistema de irrigação, devido a necessidade de limpeza e trocas freqüentes de seus componentes. Pré-filtros, como os hidrociclones, desempenham importante papel, pois se caracterizam por significativo poder de separação de partículas, maiores do que 100 mm, presentes na água; mantendo constante a perda de carga ao longo do tempo, o que não ocorre com os outros tipos de filtros normalmente utilizados nos sistemas de irrigação. Apesar de algumas referências feitas aos hidrociclones em literatura internacional, não se dispõe, no Brasil, de dados do desempenho dos hidrociclones, quando empregados em pré-filtragem da água utilizada nos sistemas de irrigação. Assim, um experimento conduzido no Laboratório de Hidráulica do Departamento de Engenharia Rural da ESALQ/USP, compreendeu a construção de quatro hidrociclones do tipo Rietema, com diâmetro de 50 mm, um com bocal de alimentação circular e os demais com bocais de seção retangular, cujas seções foram decrescentes. A avaliação do desempenho dos mesmos foi realizada utilizando-se suspensões de areia fina e solo argiloso, sob diferentes diferenciais de pressão, adotando-se como critério de comparação, a capacidade de vazão e o poder de separação, medido pela eficiência total e eficiência total reduzida. Os resultados obtidos mostraram que o hidrociclone dotado com bocal de alimentação circular apresentou os maiores índices nos critérios de comparação, tanto para a suspensão de areia, quanto para a de solo. / Good water quality is uppermost in irrigated agriculture for the perfect functioning of irrigation systems and their components. The use of water containing suspended sediments has caused serious problems to irrigation systems, reducing the useful life of their components, clogging pipes and emitters, consequently causing non-uniform irrigations and low efficiency. Choosing the right filtering system type and capacity is essential to avoid increases in operational and maintenance costs of irrigation systems due to the need for cleaning and frequent replacing of their components. Pre-filters, such as hydrocyclones, are important for their significant capability to retain particles larger than 100 mm present in water, keeping the head loss constant with the time, unlike other filters normally used in irrigation systems. Despite being present in the international literature, data on the performance of hydrocyclones used for pre-filtering irrigation water in Brazil are not available. Therefore, four Rietema type hydrocyclones (50 mm diameter) were construction in the Hydraulics Laboratory of the Rural Engineering Department - ESALQ/USP- one presenting circular-end feeding tube and the other three presenting rectangular-end feeding tubes with decreasing sections. The evaluation of the hydrocyclones performance was conducted by using suspensions of fine sand and clay soil under various pressure differentials. The comparison criteria used were the discharge and the separation capability, given by total efficiency and reduced total efficiency. Results showed that the hydrocyclone with circular-end feeding tube presented the highest indexes for the comparison criteria adopted, considering sand and soil suspensions.

Na agricultura irrigada, a qualidade da água utilizada é de fundamental importância para o perfeito funcionamento dos sistemas de irrigação e de seus componentes. A utilização de água contendo sedimentos em suspensão tem sido a causa de sérios problemas em sistemas de irrigação, reduzindo a vida útil de seus componentes, promovendo o entupimento de tubulações e emissores, ocasionando como conseqüência, irrigações não uniformes e queda na eficiência dos mesmos. A escolha do tipo e capacidade do sistema de filtragem é de fundamental importância, evitando-se assim, aumento nos custos de operação e manutenção do sistema de irrigação, devido a necessidade de limpeza e trocas freqüentes de seus componentes. Pré-filtros, como os hidrociclones, desempenham importante papel, pois se caracterizam por significativo poder de separação de partículas, maiores do que 100 mm, presentes na água; mantendo constante a perda de carga ao longo do tempo, o que não ocorre com os outros tipos de filtros normalmente utilizados nos sistemas de irrigação. Apesar de algumas referências feitas aos hidrociclones em literatura internacional, não se dispõe, no Brasil, de dados do desempenho dos hidrociclones, quando empregados em pré-filtragem da água utilizada nos sistemas de irrigação. Assim, um experimento conduzido no Laboratório de Hidráulica do Departamento de Engenharia Rural da ESALQ/USP, compreendeu a construção de quatro hidrociclones do tipo Rietema, com diâmetro de 50 mm, um com bocal de alimentação circular e os demais com bocais de seção retangular, cujas seções foram decrescentes. A avaliação do desempenho dos mesmos foi realizada utilizando-se suspensões de areia fina e solo argiloso, sob diferentes diferenciais de pressão, adotando-se como critério de comparação, a capacidade de vazão e o poder de separação, medido pela eficiência total e eficiência total reduzida. Os resultados obtidos mostraram que o hidrociclone dotado com bocal de alimentação circular apresentou os maiores índices nos critérios de comparação, tanto para a suspensão de areia, quanto para a de solo. / Good water quality is uppermost in irrigated agriculture for the perfect functioning of irrigation systems and their components. The use of water containing suspended sediments has caused serious problems to irrigation systems, reducing the useful life of their components, clogging pipes and emitters, consequently causing non-uniform irrigations and low efficiency. Choosing the right filtering system type and capacity is essential to avoid increases in operational and maintenance costs of irrigation systems due to the need for cleaning and frequent replacing of their components. Pre-filters, such as hydrocyclones, are important for their significant capability to retain particles larger than 100 mm present in water, keeping the head loss constant with the time, unlike other filters normally used in irrigation systems. Despite being present in the international literature, data on the performance of hydrocyclones used for pre-filtering irrigation water in Brazil are not available. Therefore, four Rietema type hydrocyclones (50 mm diameter) were construction in the Hydraulics Laboratory of the Rural Engineering Department – ESALQ/USP- one presenting circular-end feeding tube and the other three presenting rectangular-end feeding tubes with decreasing sections. The evaluation of the hydrocyclones performance was conducted by using suspensions of fine sand and clay soil under various pressure differentials. The comparison criteria used were the discharge and the separation capability, given by total efficiency and reduced total efficiency. Results showed that the hydrocyclone with circular-end feeding tube presented the highest indexes for the comparison criteria adopted, considering sand and soil suspensions.

Made available in DSpace on 2015-03-03T15:07:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AndreFOAD_DISSERT.pdf: 2002320 bytes, checksum: 0ebf2e7fb75a8ce59284dc72a43ef7ba (MD5) Previous issue date: 2012-05-18 / The separation methods are reduced applications as a result of the operational costs, the low output and the long time to separate the uids. But, these treatment methods are important because of the need for extraction of unwanted contaminants in the oil production. The water and the concentration of oil in water should be minimal (around 40 to 20 ppm) in order to take it to the sea. Because of the need of primary treatment, the objective of this project is to study and implement algorithms for identification of polynomial NARX (Nonlinear Auto-Regressive with Exogenous Input) models in closed loop, implement a structural identification, and compare strategies using PI control and updated on-line NARX predictive models on a combination of three-phase separator in series with three hydro cyclones batteries. The main goal of this project is to: obtain an optimized process of phase separation that will regulate the system, even in the presence of oil gushes; Show that it is possible to get optimized tunings for controllers analyzing the mesh as a whole, and evaluate and compare the strategies of PI and predictive control applied to the process. To accomplish these goals a simulator was used to represent the three phase separator and hydro cyclones. Algorithms were developed for system identification (NARX) using RLS(Recursive Least Square), along with methods for structure models detection. Predictive Control Algorithms were also implemented with NARX model updated on-line, and optimization algorithms using PSO (Particle Swarm Optimization). This project ends with a comparison of results obtained from the use of PI and predictive controllers (both with optimal state through the algorithm of cloud particles) in the simulated system. Thus, concluding that the performed optimizations make the system less sensitive to external perturbations and when optimized, the two controllers show similar results with the assessment of predictive control somewhat less sensitive to disturbances / Os m?todos de separa??o de ?leo e ?gua possuem, em sua maioria, aplica??es reduzidas devido ao custo operacional, a baixa efici?ncia de separa??o e ao alto tempo de processamento da separa??o. Por?m, Esses m?todos de tratamento s?o importantes devido a necessidade de extra??o dos contaminantes mais indesejados no processo de produ??o do petr?leo, a ?gua, e ao mesmo tempo, a concentra??o de ?leo na ?gua deve ser m?nima (da ordem de 40 a 20ppm) para o descarte regular da fase aquosa ao mar. A partir dessa necessidade de tratamento prim?rio objetiva-se, neste trabalho, estudar e implementar algoritmos de identifica??o para modelos polinomiais NARX em malha fechada, detectando a estrutura dos modelos, e comparar estrat?gias de controle PI e preditivo utilizando os modelos NARX (Nonlinear Auto-Regressive with Exogenous Input) atualizados online em uma combina??o de separador trif?sico em s?rie com tr?s baterias de hidrociclones. Os objetivos principais deste trabalho s?o obter um processo otimizado de separa??o trif?sica que regule o sistema, mesmo na presen?a de golfadas; mostrar que e poss?vel obter sintonias otimizadas para os controladores analisando a malha como um todo; e, avaliar e comparar as estrat?gias de controle PI e preditivo aplicadas ao processo. Para cumprir estes objetivos foi utilizado um simulador para representar o separador trif?sico e os hidrociclones, al?m de desenvolvidos algoritmos de identifica??o de sistemas (NARX) utilizando MQR (M?nimos Quadrados Recursivo), aliados a m?todos de detec??o de estrutura de modelos. Tamb?m foram implementados algoritmos de controle preditivo com modelos NARX atualizados online, e algoritmos de otimiza??o que utilizam PSO (Particle Swarm Optimization). O trabalho finaliza com a compara??o de resultados obtidos a partir da utiliza??o dos controladores PI e preditivo no sistema simulado ambos com par?metros otimizados atrav?s do algoritmo de nuvem de part?culas, e concluindo que as otimiza??es realizadas tornam o regulat?rio menos sens?vel a perturba??es externas (golfadas) e quando otimizados os dois controladores apresentam resultados similares, sendo os resultados do preditivo um pouco menos sens?vel as perturba??es