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

Processo: 19/08850-0
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Mestrado
Vigência (Início): 01 de junho de 2019
Vigência (Término): 30 de setembro de 2020
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Química - Processos Industriais de Engenharia Química
Pesquisador responsável:Roberto Guardani
Beneficiário:Fabia Bocayuva Carvalho
Instituição-sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:17/50343-2 - Plano de desenvolvimento institucional na área de transformação digital: manufatura avançada e cidades inteligentes e sustentáveis (PDIp), AP.PDIP
Assunto(s):Modelos matemáticos   Dinâmica dos fluidos computacional

Resumo

Os sistemas agitados a gás são de grande importância para a indústria em geral, com uma série de aplicações importantes na indústria química, em bioprocessos, e no tratamento de efluentes. Uma das aplicações de relevância industrial consiste no 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 por adicionarem uma porosidade ao aço solidificado e, consequentemente, afetarem 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 fluido escoado um metal fundido, outras limitações são agregadas ao estudo do processo, como condições de temperatura e dificuldades relacionadas à coleta de amostras e visibilidade do escoamento. Dito isto, a modelagem por Fluidodinâmica Computacional (CFD) se mostra um método necessário 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. O modelo será usado como meio de estudo da heterogeneidade do sistema em termos de distribuição do tamanho de bolhas de argônio e concentração dos gases indesejados no aço (hidrogênio e/ou nitrogênio). Serão determinados os efeitos sobre a eficiência do processo e os perfis de velocidade e pressão do escoamento. O modelo será validado através de dados extraídos do trabalho de Nunis et al. (2015), realizado no Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo (IPT), colaborador da pesquisa. Esta pesquisa constitui parte do projeto "Plano de Desenvolvimento Institucional na Área de Transformação Digital: Manufatura Avançada e Cidades Inteligentes e Sustentáveis (PDIP)" do Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo (Processo Fapesp 2017/50348-2), na linha de pesquisa Modelagem de Processos Bio-Físico-Químicos.