Abstract:
Este trabalho desenvolve um estudo acerca do sistema de separação via elutriação de
sedimento de dragagem do Porto do Rio Grande, sedimento este que é destinado ao uso
em células combustíveis microbianas. Na primeira etapa da pesquisa, o sedimento de
um ponto de amostragem específico foi caracterizado fisicamente, então foi estudada a
influência da geometria de dois elutriadores (o elutriador 1 com 25 cm de altura e 2,5 cm
de diâmetro, e o elutriador 2 com 97 cm de altura e 2 cm de diâmetro) e de três modelos
de velocidade terminal (modelo de Stokes, Dietrich e Ferguson-Church). Tal análise foi
realizada comparando cada combinação com a distribuição granulométrica obtida via
dispersão de laser. A melhor performance foi obtida com o uso do elutriador de 97 cm
de altura e 2 cm de diâmetro em conjunto com o modelo de Ferguson-Church. Obtida a
melhor combinação experimental, cada ponto de dragagem foi caracterizado, analisando
a distribuição granulométrica e o(s) diâmetro(s) com maior fração. Paralelo ao trabalho
experimental, foi realizada uma análise numérica do processo de elutriação utilizando
como ferramenta a modelagem e simulação via CFD, através do software Fluent 14.5
(ANSYS R). Foram modelados e simulados os dois elutriadores através das equações
de escoamento multifásico eulerianas-eulerianas e de teoria cinética granular. Avaliou-
se, então, o melhor modelo de transferência de movimento entre as fases (modelo de
Gidaspow e modelo de Symlal-Obrien), quando comparado à validação experimental.
Concluiu-se então que o modelo de Gidaspow representa melhor o processo de elu-
triação de sedimento de dragagem, pois apresentou menor desvio quando comparado
ao procedimento experimetal. Este mesmo modelo foi aplicado ao elutriador grande,
desviando-se de forma aceitável (<1%) da elutriação experimental.
This work develops a study of the separation system by elutriation of the dredging sediment of the Rio Grande Harbor; this sediment is intended for use in microbial fuel cells. In the first step of the research, the sediment of a specific sampling point was characterized physically, so the influence of the geometry of two elutriators (the first 25 cm height and 2.5 cm diameter, the second with 97 cm height and 2 cm in diameter) and three types of terminal velocity (Stokes, Dietrich and Ferguson-Church model) was studied. Such analysis was performed comparing each combination with the particle size distribution obtained by laser scattering. The best performance was obtained with the use of the 97 cm high and 2 cm in diameter elutriator together with Ferguson- Church model. Obtained the best experimental combination, every point of dredging was characterized by analyzing the particle size distribution and diameter fractions more abundant. Parallel to the experimental work, a numerical analysis of the elutriation process using as modeling and simulation a CFD tool was held by 14.5 Fluent software (ANSYS ®). The two elutriators were modeled and simulated through the eulerian-eulerian multiphase approach and the granular kinetic theory. It evaluated, that the best model of momentum exchange between the phases (Gidaspow and Symlal-Obrien model) compared to experimental validation. It was therefore concluded that the Gidaspow model best represents the process of dredging sediment elutriation because of the fact that this model generated less error if compared to the experimental procedure. This same model was applied to the bigger elutriator, and it also generated an acceptable error (<1%) when compared to the experimental elutriation.
