Modelagem e simulação para transferência de oxigênio em aeração forçada por bolhas utilizando os métodos MAC e Crank-Nicolson

• Ano de defesa: 2013
• Autor(a) principal: Falanca, Nayara
• 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: Aeração; Aeration; Bolhas; Bubbles; MAC; Modelagem; Modeling
• Link de acesso: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18138/tde-27082014-111536/

A aeração artificial em meio líquido visa suprir a baixa concentração de oxigênio dissolvido em ambientes deficientes deste, sendo um processo comumente aplicado na área de tratamento de efluentes por processos aeróbios. Uma forma de produzir aeração artificial é através de difusores submersos no fundo de um tanque com formação de bolhas, que ascendem e transferem seu oxigênio ao longo da coluna dágua. Para simular e melhor entender este processo e sua fluidodinâmica, um modelo inicial simplificado foi proposto, baseado em conceitos teóricos e equações que representem o fenômeno, como a de dispersão de bolhas, velocidades médias e concentração de oxigênio dissolvido. Foi considerado para realização dos cálculos um tanque retangular, com entrada de água a esquerda e saída de água a direita, com superfície sólida ao fundo e superfície livre acima, em contato com o ar. As equações de transporte de massa foram discretizadas no tempo, utilizando a técnica de Crank-Nicolson e no espaço segundo metodologia de diferenças centrais, solucionadas posteriormente por meio de técnicas iterativas do tipo Gauss-Seidel. As equações de transporte de quantidade de movimento foram resolvidas com o método MAC, explícito nas velocidades do fluido e implícito na pressão, para fornecer o campo de velocidade e pressão. A equação de que fornece o perfil de espalhamento das bolhas foi tomada como uma Equação Gaussiana de dispersão bidimensional. A implementação computacional necessária para aplicação das abordagens foi no ambiente de programação MATLAB. O método MAC e a técnica Crank-Nicolson apresentaram resultados satisfatórios para simulações rápidas e noção do comportamento do fluido e da concentração de oxigênio dissolvido.