Processo de separação água/óleo usando sistema modular de membranas cerâmicas: modelagem avançada e simulação via CFD. - OLIVEIRA NETO, Guilherme Luiz de. (2020)
O petróleo é a principal fonte de energia no mundo. Durante sua extração e purificação, é liberada uma grande quantidade de água residual, com elevada carga de óleo e outros compostos químicos altamente tóxicos ao meio ambiente e ao ser humano. Atualmente, o processo de separação água/óleo através de membranas é um dos principais métodos utilizados para o tratamento desta água produzida, devido ao seu custo-benefício, longa vida útil das membranas e baixo consumo de energia. Assim, este trabalho apresenta uma revisão aprofundada sobre os principais processos de tratamento de água produzida, destacando as membranas cerâmicas, o atual avanço dessa tecnologia e a aplicação da Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) no processo de filtração por membranas. Adicionalmente, um estudo numérico do processo de separação de água/óleo através de membranas cerâmicas porosas foi realizado com o auxílio de uma malha estruturada usando o software comercial ANSYS FLUENT® 15.0. Um modelo numérico em regime permanente, aplicado a um fluido incompressível, escoando em regime turbulento e/ou laminar no interior do módulo de separação, baseado na abordagem Euleriana-Euleriana e no modelo de turbulência 𝑘-𝜔 SST (Shear-Stress Transport). O objetivo principal foi estudar numericamente o comportamento do processo de separação água/óleo no módulo de filtração em função da variação no fluxo mássico (ṁ), concentração de óleo na entrada (𝐶0), diâmetro das partículas de óleo (𝑑𝑝), permeabilidade (𝐾) e porosidade (𝜀) das membranas. Os resultados indicam que o modelo gerado e aplicado simulou adequadamente o processo de filtração. O aumento de 0,5 para 1,5 kg/s do ṁ influenciou significativamente a pressão transmembrânica (Δ𝑃), elevando-a em aproximadamente 6,71 vezes. Esse alto gradiente de pressão entre as superfícies externas e internas favoreceu maior fluxo de filtração. Ambas as variações em 𝑑𝑝 e 𝜀 das membranas não influenciaram nas características de filtração do módulo. Por sua vez, quanto maior a 𝐾 das membranas, menor a Δ𝑃, maior a concentração média de óleo nas saídas dos permeados e do concentrado, maior o fluxo médio de óleo nas saídas dos permeados, bem com, maior velocidade média do fluxo da mistura nas saídas dos permeados e menor o fluxo médio de óleo nas saídas dos permeados. Esses resultados mostraram que o separador filtrante possui um bom potencial para a separação de água/óleo.