Influência da vibração durante o tratamento da água de lastro por filtragem

Abstract

A preocupação com a introdução de espécies invasoras e exóticas no ecossistema de desague de água de lastro é constante, uma vez que isso afeta aspectos econômicos, geopolíticos e de segurança. Para mitigar os impactos dessa ameaça, diversos mecanismos foram desenvolvidos, incluindo a filtragem por membrana. A qualidade desses controles é avaliada e estudada constantemente pelas áreas responsáveis, pois não se tem um mecanismo certo para evitar a contaminação pela água de lastro. Um dos parâmetros de projeto da filtragem é a vibração mecânica induzida pelo equipamento em funcionamento, já que a vibração pode melhorar ou piorar a qualidade dessa filtragem. Neste contexto, foi modelado um filtro de quatro camadas, cujo material é o aço inox 254 SMO, no SolidWorks e analisado no Ansys sua vibração livre e sua resposta em regime permanente forçado, cujo força aplicada foi de 336 kN, para simular a bomba em 0,06 Mpa, para entender como essas vibrações influenciam a abertura dos furos e poros das camadas filtrantes. As análises modais das camadas 1 e 3 indicaram frequências naturais não amortecidas variando entre 75 e118 Hz para a camada externa e 90 e 162 Hz para a camada interna, já a resposta em regime permanente forçado, que se utiliza uma faixa em até 200 Hz, indicou que, que as vibrações expandem o tamanho dos furos e poros durante a operação: na camada 1 houve um crescimento de 60% em relação à abertura inicial de 3 mm, e na camada 3, responsável pela microfiltração, esse aumento chegou a 76%. Indicando a potencialidade da diminuição na efetividade do filtro durante o processo.

The concern with the introduction of invasive and exotic species into the ballast water discharge ecosystem is constant, since this affects economic, geopolitical, and safety aspects. To mitigate the impacts of this threat, several mechanisms have been developed, including membrane filtration. The quality of these controls is constantly evaluated and studied by the responsible areas, since there is no certain mechanism to avoid contamination by ballast water. One of the design parameters of filtration is the mechanical vibration induced by the equipment in operation, since vibration can either improve or worsen the quality of this filtration. In this context, a four-layer filter, made of 254 SMO stainless steel, was modeled in SolidWorks and its free vibration and forced steady-state response were analyzed in Ansys, with an applied force of 336 kN to simulate the pump at 0,06 Mpa, in order to understand how these vibrations influence the opening of the holes and pores of the filtering layers. The modal analyses of layers 1 and 3 indicated the frequencies ranging between 75 and 118 Hz for the outer layer and 90 and 162 Hz for the inner layer, while the forced steady-state response, using a range up to 200 Hz, indicated that the vibrations expand the size of the holes and pores during operation: in layer 1 there was a 60% increase relative to the initial 3 mm opening, and in layer 3, responsible for microfiltration, this increase reached 76%. This confirms the reduction of filter effectiveness during the process.