Desenvolvimento de modelo fluidodinâmico para reatores de coluna de bolhas: aplicação em sistema de desgaseificação a vácuo para tratamento de metal líquido.

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Carvalho, Fabia Bocayuva
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Área interfacial de troca; Bubble columns; Coluna de bolhas; Computational Fluid Dynamics (CFD); Desgaseificação a vácuo; Dinâmica dos fluidos computacional; Hidrogênio; Hydrogen; Interfacial area distribution; Metais; Metal; Numerical modeling; Vacuum degassing
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-10022022-151124/

Os sistemas agitados a gás são de grande importância para a indústria em geral, com uma série de aplicações de relevância industrial dentre as quais está o processamento de metais, em sistemas envolvendo o ajuste de composição pela interação entre gás e metal fundido. Além de promover a homogeneização da temperatura e da composição do metal fundido, a injeção de gás é utilizada para reações químicas e eliminação de compostos químicos indesejados. Na desgaseificação a vácuo do aço fundido, o gás argônio inserido ao sistema é responsável pela remoção de hidrogênio e nitrogênio presentes no metal. Tais gases provocam efeitos prejudiciais à qualidade do produto final, afetando sua resistência e vida útil. Apesar de serem reatores de simples operação, as colunas de bolhas apresentam escoamento muito complexo e pouco compreendido. Sendo o líquido um metal fundido a altas temperaturas, outras limitações são agregadas ao estudo do processo, como condições de temperatura e dificuldades relacionadas à coleta de amostras e visualização do escoamento. Dito isto, a modelagem por Fluidodinâmica Computacional (CFD) se mostra um recurso de grande potencial para simular o escoamento multifásico envolvido no processo. O presente trabalho tem por finalidade desenvolver um modelo numérico por Fluidodinâmica Computacional para o tratamento do aço fundido por desgaseificação a vácuo, usado como meio de estudo da distribuição da área interfacial de troca de massa e concentração de gases indesejados no aço. Foram investigados os efeitos sobre a eficiência do processo e os perfis de velocidade e pressão do escoamento através da implementação do modelo multifásico Euler-Euler, modelo de turbulência -, com contribuição de modelos BIT de Troshko-Hassan e Simonin-Viollet, e modelo de transferência de massa com adição da correlação de Besagni et. al (2018) para a área interfacial. O campo de velocidade foi previsto com precisão, em regiões longe do injetor de gás, para ambos os modelos BIT, entretanto, nenhum dos modelos apresentou melhoria significativa na acurácia em relação ao modelo - padrão. O modelo Simonin-Viollet mostrou ser altamente dependente dos valores do seu coeficiente. A correlação de Besagni et. al (2018) no modelo de transferência de massa mostrou ter efeito positivo na acurácia do modelo, 98,86% comparado a 93,65% do modelo inicial.