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Estudo numérico do processo de tratamento de água oleosa via membrana cerâmica proveniente da indústria petroquímica

Resumo

O presente trabalho tem como objetivo aplicar a fluidodinâmica computacional no processo de separação água/óleo através de um dispositivo do tipo duplo tubo de 22,1cm de comprimento, sendo o tubo externo o meio poroso (membrana cerâmica) de espessura de 3,5cm, que funciona como barreira a passagem das gotículas de óleo e o tubo interno impermeável. As simulações foram realizadas utilizando o pacote comercial Ansys CFX 12.0 adotando-se o modelo de partículas para descrever o escoamento da fase contínua (água) e da fase dispersa (óleo), utilizando uma malha numérica estruturada formada por 87403 elementos hexaédricos. O modelo matemático definido para descrever o processo de separação água/óleo com auxílio de um meio poroso é baseado na generalização das equações (Navier-Stokes) de conservação de massa e quantidade de movimento adotando a abordagem Euleriana-Euleriana, auxiliado ao modelo de turbulência RNG k-ε padrão. Através dos campos de fração volumétrica, campos de pressão e velocidade superficial da água sobre os planos longitudinal e transversal pôde-se concluir que a modelagem matemática proposta foi capaz de predizer os fenômenos físicos envolvidos do processo em estudo.

Introdução

Durante o processo de produção de petróleo ocorre geralmente a produção simultânea de óleo, água, gás e areia. Inicialmente a separação líquido-gasosa é realizada através de separadores bifásico-trifásicos em série. A corrente de gás dependendo da quantidade segue para uma UPGN (Unidade de Processamento de Gás natural) ou pode ser queimado devido à inviabilidade econômica de tratamento. O óleo na saída do tanque de lavagem está misturado com água na forma de gotículas dispersas, segue para tratadores eletrostáticos para retirada da água e outros contaminantes (SILVEIRA, 2006). E a água oleosa segue para unidade de tratamento para ser reutilizada ou descartada. Nesta etapa utilizam-se flotadores, hidrociclones, membranas, dentre outros.

Os processos de separação por membranas vêm se destacando por ocorrerem, normalmente, sem que haja mudança de fase, economizando energia, e as propriedades das membranas podem ser ajustadas de acordo com a aplicação em questão (THOMAS et al., 2001). Durante o processo de separação as membranas dividem os componentes das suspensões baseando-se no tamanho, carga, forma e interações moleculares entre soluto e sua superfície. Nesses processos, uma corrente de alimentação é fracionada em duas, o concentrado, corrente que contém os contaminantes inicialmente presentes na corrente de alimentação, e o permeado, fração de líquido que passou através da membrana.

Baseado no exposto, o presente trabalho é motivado pela crescente importância dos processos de separação usando membranas, em especial as cerâmicas (classe especial das membranas) e pelo fato de que a maioria dos trabalhos reportados na literatura empregam membranas poliméricas, tanto experimentais como numéricos, tem como objetivo avaliar numericamente o processo de separação água/óleo utilizando um modulo do tipo duplo tubo com uma entrada e uma saída tangencial, sendo o tubo externo uma membrana cerâmica.

Autores: Helton Gomes Alves, Hortência Luma Fernandes Magalhães, Veruska do Nascimento Simões, Wanessa Raphaella Gomes dos Santos, Danielle Alves Ribeiro da Silva, Antônio Gilson Barbosa de Lima e Severino Rodrigues de Farias Neto.

 

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