Modelagem e simulação da hidrodinâmica e transferência de oxigênio em um biorreator utilizando CFD

• Autor(a) principal: Almeida, Thiago Roberto
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da FURG (RI FURG)
• Texto Completo: http://repositorio.furg.br/handle/1/8873
• topic: Fluidodinâmica computacional; Modelagem matemática; Transferência de massa; Computational fluid dynamics; Mathematical modeling; Mass transfer

Este trabalho tem como objetivo apresentar um estudo da hidrodinâmica e da transferência de massa envolvidos no processo de aeração promovido em um biorreator de escala laboratorial, através da utilização de ferramentas computacionais e modelagem matemática. Tal estudo se justifica ao apresentar modelos para o aprimoramento do processo de aeração, com ênfase nos fenômenos hidrodinâmicos do cenário proposto, assim como na transferência de oxigênio. Fez-se uso de ferramentas e conhecimentos da Fluidodinâmica Computacional (CFD), ramo da ciência que busca o aperfeiçoamento e melhor compreensão da relação entre as variáveis de um sistema, através da predição quantitativa e/ou qualitativa, fazendo-se uso de softwares computacionais baseados em modelagem matemática. A modelagem foi realizada utilizando a formulação VOF (Volume of Fluid), com a adição de equações extras de transporte de grandezas escalares e relações adicionais para o cálculo do coeficiente local de transferência de massa. Para a solução do conjunto de equações do modelo matemático foi utilizado o software FLUENT 14.5, este presente no conjunto de ferramentas de simulação e modelagem ANSYS Workbench. Foram utilizadas funções (denominadas UDFs - User Defined Function) para incorporar o cálculo do coeficiente de transferência de massa entre os meios líquido e gasoso, bem como a área interfacial, além da análise de diferentes correlações para o cálculo de tal coeficiente. Os resultados obtidos através da modelagem foram comparados com dados obtidos de maneira experimental e mostraram-se promissores para a previsão do comportamento hidrodinâmico do cenário, assim como para a previsão das taxas de transferência de oxigênio no biorreator.