Análise do gradiente médio de velocidade em reator de floculação mecanizado com misturador de eixo vertical por meio de simulação de fluido dinâmica computacional.

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Marques, Rodrigo de Oliveira
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Average velocity gradient; Computational fluid dynamics; Dinâmica dos fluidos computacional; Flocculation; Floculação; Tratamento de água; Turbulence; Turbulência; Water treatment
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3147/tde-08042022-074049/

O objetivo desta pesquisa foi aplicar simulações de fluidodinâmica computacional (CFD) durante a concepção de reatores de floculação com misturador mecanizado de eixo vertical para o tratamento de águas de abastecimento. Buscou-se validar a hipótese de que não há um desvio significativo entre o valor do gradiente médio de velocidade adotado para projeto (GMP) e o valor do gradiente médio de velocidade calculado (GMC) via simulação de CFD. Foram analisados os resultados obtidos com 2 (dois) tipos de impelidor distintos: impelidor com 4 (quatro) pás inclinadas a 45º (Pitched-Blade Turbine 45°) e impelidor com 3 (três) pás inclinadas a 22,5° (Hydrofoil). Foram realizas simulações com 7 (sete) relações diferentes entre o diâmetro do impelidor (DI) e o diâmetro do reator (DR), denominada relação DI/DR (0,20; 0,30; 0,40; 0,45; 0,50; 0,60 e 0,70) e 7 (sete) valores distintos de GMP (20, 30, 40, 50, 60, 70 e 80 s-1). Os resultados obtidos indicaram que a hipótese central da tese foi parcialmente validada. No caso do impelidor do tipo Hydrofoil, os desvios absolutos entre os valores de GMC obtidos via simulações de CFD, e os valores de GMP, foram considerados aceitáveis do ponto de vista de controle operacional de uma ETA convencional (± 20% do valor de GMP). Entretanto, os desvios absolutos obtidos com o impelidor PBT 45° foram considerados significativos. A análise estatística simplificada indicou que a relação DI/DR não foi um fator influente nos desvios. Porém, a mesma análise indicou que tanto o tipo de impelidor, quanto o valor de GMP, foram. Durante a análise dos resultados, foram determinadas as microescalas de Kolmogorov (comprimento, tempo e velocidade) e os resultados indicam que estas seguiram uma tendência do tipo potência para ambos os impelidores, para todas as relações DI/DR e para todos os valores de GMP testados. Por fim, foram estimados valores de dimensão fractal teórica, em duas dimensões (D2), para flocos que poderiam ser formados no reator virtual. Esta análise foi realizada com ambos os impelidores, todas as relações DI/DR e todos os valores de GMP. Os valores teóricos obtidos de D2 foram considerados similares aos reportados na literatura.