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Computational simulation of centrifugal washer using discrete element method (DEM). Edy Merendino Nicolas Spogis José Roberto Nunhez L-CFD- FEQ - Unicamp

Computational simulation of centrifugal washer using ... · Potência dissipada por colisões 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Rotor 01 Rotor 02 Rotor 03 Rotor 04 [W] Sem chicanas

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Computational simulation of centrifugal washer

using discrete element method (DEM).

Edy Merendino

Nicolas Spogis

José Roberto Nunhez

L-CFD- FEQ - Unicamp

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TOPICS

• Aseptic carton packages;

• Recycling process;

• Model parameters set-up ;

• Simulation and e Results;

• Conclusions.

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Aseptic carton packages

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Recycling process

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Recycling process

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PE/Al composite

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Recycling process of PE/Al Composite

Pellets productionRoof tiles production Thermal separation

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Centrifugal washer

Static body

Rotor

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Centrifugal washer

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Starting centrifugal washer simulation

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Starting centrifugal washer simulation

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Starting centrifugal washer simulation

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Starting centrifugal washer simulation

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Starting centrifugal washer simulation

• Finding materials properties

• Finding static friction coefficient.

• Finding rolling friction coefficient

• Setting-up radius and density

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Setting-up parameters: Simulation vs. Real

Fitted Surface; Variable: Torque

2**(2-0) design

55 50 45 40

-1,2 -0,8 -0,4 0,0 0,4 0,8 1,2

Massa específica

-1,2

-0,8

-0,4

0,0

0,4

0,8

1,2

Ra

io

Fitted Surface; Variable: Potência

2**(2-0) design

7200 6800 6400 6000 5600 5200 4800

-1,2 -0,8 -0,4 0,0 0,4 0,8 1,2

Massa específica

-1,2

-0,8

-0,4

0,0

0,4

0,8

1,2

Ra

io

Real parameters

Dissipated power = 5800 W

Applied torque = 60 N.m

Simulated parameters

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Model parameters : Resume

Physical

propertyMaterial Value Unit

Shear Modulus Steel 10000 MPa

Poison Ratio Steel 0,3 -

Density Steel 7850 kg/m3

Shear ModulusPE/Al

Composite271 MPa

Poison RatioPE/Al

Composite0,3 -

DensityPE/Al

Composite500 kg/m3

Particle geometry Value Unit

Radius 0,1 [m]

Interaction Material Material Value

Coefficient of

restitutionSteel PE/Al Composite 0,45

Coefficient of

restitutionPE/Al Composite PE/Al Composite 0,45

Static friction

coefficientSteel PE/Al Composite 0,3

Static friction

coefficientPE/Al Composite PE/Al Composite 0,6

Rolling friction

coefficientSteel PE/Al Composite 0,3

Rolling friction

coefficientPE/Al Composite PE/Al Composite 0,3

Operational parameter Value Unit

Material per batch 6 [Kg]

Rotation frequency 927 [rpm]

Rotor extreme velocity 33 [m/s]

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Simulation: 4 rotors

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Simulation: 2 geometries

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Results :

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Results :

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Results: Dissipated power by collisions

Potência dissipada por colisões

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Rotor 01 Rotor 02 Rotor 03 Rotor 04

Po

tên

cia

[W

]

Sem chicanas Com chicanaswithout baffles with baffles

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Results: Average torque applied in rotor

Torque Médio no rotor

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

Rotor 01 Rotor 02 Rotor 03 Rotor 04

To

rqu

e [

N.m

]

Sem chicanas Com chicanas without baffles with baffles

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Results: Average particles velocity

Velocidade média das partículas

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

Rotor 01 Rotor 02 Rotor 03 Rotor 04

Velo

cid

ad

e [

m/s

]

Sem chicanas Com chicanas without baffles with baffles

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Results: Average relative velocity of collision between

particles and static body

Velocidade relativa média de colisão das

partículas com a parte estática

0,000,200,400,600,801,001,201,401,601,80

Rotor 01 Rotor 02 Rotor 03 Rotor 04

Ve

loc

ida

de

[m

/s]

Sem chicanas Com chicanaswithout baffles with baffles

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Results: Number of collision during 60 seconds

Número de colisões em 60 segundos

0

250000

500000

750000

1000000

1250000

1500000

Rotor 01 Rotor 02 Rotor 03 Rotor 04

me

ro d

e c

olisõ

es

Sem chicanas Com chicanas

without baffles with baffles

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Tipo de Colisão Rotor 01 Rotor 02 Rotor 03 Rotor 04

Partícula/

Partícula64,2% 64,8% 66,3% 64,7%

Partícula/

Parte Estática35,6% 35,0% 33,6% 35,0%

Partícula/

Rotor0,2% 0,1% 0,2% 0,2%

Tipo de Colisão Rotor 01 Rotor 02 Rotor 03 Rotor 04

Partícula/

Partícula74,8% 74,5% 73,7% 75,5%

Partícula/

Parte Estática21,4% 21,1% 22,5% 21,0%

Partícula/

Chicana3,3% 3,9% 3,4% 3,1%

Partícula/

Rotor0,5% 0,5% 0,4% 0,4%

Results: Types of collision

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Results: Distribution of collisions by particles

0

100

200

300

400

0 4000 8000 12000 16000

Número de colisões

me

ro d

e p

artí

cula

s

Rotor 01

Rotor 02

Rotor 03

Rotor 04

0

400

800

1200

1600

2000

0 4000 8000 12000 16000Número de colisões

me

ro d

e p

artí

cula

s

Rotor 01

Rotor 02

Rotor 03

Rotor 04

Without Baffles With Baffles

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Conclusions

• Baffles improve particles mixing but increase power

consumption and torque needed.

• Baffles decrease collision relative velocity and number of

collisions.

• No big difference between rotors will notice.

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Next steps

• Implement changes at static body and rotor in order to

validate simulation.

• Measure of new parameters in the real equipment and

compare with the simulations

• Improve setting-up parameters

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Thanks !

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Thanks !

EDY MERENDINO

[email protected]

+ 55 (19) 3345 2832