Modelagem e simulação da sedimentação e filtração utilizando o método de elementos discretos

Abstract

Dentro do conjunto clássico das operações unitárias de separação sólido–líquido, as técnicas de sedimentação e filtração se destacam como etapas de processamento cruciais para um amplo espectro de atividades da indústria. Neste contexto, o conhecimento adequado das propriedades e características dos sistemas particulados diretamente envolvidos representa um aspecto importante para o projeto seguro e eficiente de equipamentos e processos. Ao longo dos últimos 20 anos, diversas metodologias foram desenvolvidas para estudar tais fenômenos, resultando em uma ampla biblioteca de modelos de sedimentação e filtração disponível na literatura. O presente trabalho apresenta um estudo baseado no uso da simulação numérica em escala de partícula, através do Método de Elementos Discretos ou DEM (do inglês “Discrete Element Method”), para descrever a deposição de sólidos particulados em suspensões. Foram realizadas simulações da sedimentação e filtração em três dimensões como forma de testar o funcionamento do código e a sua capacidade de reproduzir virtualmente tais processos. As propriedades da torta, tais como espessura, porosidade e permeabilidade foram quantificadas ao longo do tempo e comparadas qualitativa e quantitativamente com dados da literatura. A sensibilidade do modelo desenvolvido a variações nas condições operacionais de simulação e nas propriedades físicas do sólido e do líquido também foi analisada. Os dados de fração de sólidos obtidos nas simulações da sedimentação apresentaram uma concordância satisfatória, quando comparados aos valores encontrados na literatura em condições similares, apresentando desvios menores do que 12% para todos os pontos avaliados.