Modelagem computacional da formação de torta de filtração em filtros de manga

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dc.contributor.advisor-co1Rocha, Sandra Mara Santana
dc.contributor.advisor-co1IDhttps://orcid.org/0000-0001-8787-7849
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9653853675618723
dc.contributor.advisor1Siqueira, Renato do Nascimento
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0002-8397-8180
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9791817633014124
dc.contributor.authorZanete, Hóliver Zambon
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0009-0007-9184-6210
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/3841315513918026
dc.contributor.referee1Sartim, Rafael
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0002-5678-2027
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0380809249444032
dc.contributor.referee2Fernandes, Leandro Marochio
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0003-4965-7233
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/5933630468428555
dc.date.accessioned2025-02-25T11:43:16Z
dc.date.available2025-02-25T11:43:16Z
dc.date.issued2024-10-25
dc.description.abstractThe growing concern about the impacts of atmospheric pollution on the environment has driven the development of efficient technologies for controlling particulate emissions. Among these technologies, bag filters stand out as effective devices for removing particles from gas streams. These filters consist of a set of filter bags, usually made of fabric or felt, that retain solid particles while clean air passes through the filtering medium. As particles deposit on the surface of the filtering medium, they form a layer known as the filtration cake. This cake increases the resistance to airflow, leading to a higher pressure drop in the system. In this context, a detailed understanding of cake formation is essential for the design and optimization of bag filters. In this work, the implementation of a subroutine based on CFD (Computational Fluid Dynamics) was proposed to predict the formation of the filtration cake in bag filters. Darcy’s law was modified to incorporate particle deposition’s effects on the filter media’s surface on its permeability. The developed subroutine was validated against experimental data available in the literature and subsequently applied to a real bag filter. Three different superficial filtration velocities (5, 10, and 15 cm/s) were evaluated. Initially, the simulations were conducted under singlephase flow conditions (without particle injection), allowing for the fluid dynamics analysis at the beginning of the filtration process. Higher filtration velocities resulted in greater pressure drop. Additionally, the effect of the energy equation on the distribution of flow along the filter surface was observed. After the convergence of the single-phase simulations, particles with a diameter of 5,7 µm and a density of 2,79 g/cm3 were injected at a rate of 0,00127 kg/s for 250 seconds. The results indicated that the formation of the cake redistributed the airflow through the bags, promoting uniformity of the flow along the section of the filter element. It was found that the filling of the filtration chamber alters the pressure drop profile at the beginning of filtration and that, after the stabilization of the particle deposition rate, the increase in pressure drop begins to exhibit linear behavior. The identification of preferential zones for cake formation can significantly contribute to the optimization of bag filter designs
dc.description.resumoA crescente preocupação com os impactos da poluição atmosférica no meio ambiente tem impulsionado o desenvolvimento de tecnologias eficientes para o controle de emissões de particulados. Entre essas tecnologias, os filtros de mangas se destacam como dispositivos eficazes na remoção de partículas de correntes gasosas. Esses filtros consistem em um conjunto de mangas filtrantes, geralmente feitas de tecido ou feltro, que retêm as partículas sólidas enquanto o ar limpo passa através do meio filtrante. À medida que as partículas se depositam na superfície do meio filtrante, formam uma camada conhecida como torta de filtração. Esta torta aumenta a resistência ao fluxo de ar, aumentando a queda de pressão no sistema. Neste contexto, a compreensão detalhada da formação da torta é essencial para o projeto e a otimização de filtros de mangas. Neste trabalho, foi proposta a implementação de uma sub-rotina baseada em CFD (Dinâmica dos Fluidos Computacional) para prever a formação da torta de filtração em filtros de mangas. A equação de Darcy foi modificada para incorporar os efeitos da deposição de partículas na superfície do meio filtrante sobre sua permeabilidade. A sub-rotina desenvolvida foi validada com base em dados experimentais disponíveis na literatura e posteriormente aplicada a um filtro de mangas real. Três diferentes velocidades superficiais de filtração (5, 10 e 15 cm/s) foram avaliadas. Inicialmente, as simulações foram conduzidas em condições de escoamento monofásico (sem injeção de partículas), permitindo a análise da fluidodinâmica no início do processo de filtração. As maiores velocidades de filtração resultaram em maior perda de carga. Além disso, o efeito da equação da energia na distribuição do fluxo ao longo da superfície do filtro foi observado. Após a convergência das simulações monofásicas, partículas com diâmetro de 5,7 µm e densidade de 2,79 g/cm3 foram injetadas a uma taxa de 0,00127 kg/s durante 250 segundos. Os resultados indicaram que a formação da torta redistribuiu o fluxo de ar através das mangas, promovendo a uniformização do escoamento ao longo da seção do elemento filtrante. Foi constatado que o preenchimento da câmara de filtração altera o perfil de queda de pressão no início da filtração e que, após a estabilização da taxa de deposição de partículas, o incremento na perda de carga passa a apresentar um comportamento linear. A identificação de zonas preferenciais de formação da torta pode contribuir significativamente para a otimização dos projetos de filtros de mangas
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/18361
dc.languagepor
dc.language.isopt
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseMestrado em Engenharia Mecânica
dc.publisher.departmentCentro Tecnológico
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
dc.rightsopen access
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subjectFiltros de mangas
dc.subjectTorta de filtração
dc.subjectDinâmica dos fluidos computacional
dc.subjectBag filters
dc.subjectFiltration cake
dc.subjectComputational fluid dynamics
dc.subject.cnpqEngenharia Mecânica
dc.titleModelagem computacional da formação de torta de filtração em filtros de manga
dc.typemasterThesis
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