Estudo da hidrodinâmica em canais de alimentação de uma membrana semipermeável de dessalinização

• Autor(a) principal: Silva, João Manuel Costa
• Data de Publicação: 2016
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10348/6959
• topic: Dessalinização; Membrana; Espaçadores em ziguezague; Escoamento estacionário; Escoamento não estacionário

A escassez de água para consumo humano é um problema cada vez mais atual. Deste modo, existe uma necessidade de aprimorar as técnicas para a obtenção de água potável. A dessalinização, que consiste na remoção de sais dissolvidos na água do mar ou água salobra, é considerada uma técnica viável para este processo. Dentro dos processos de dessalinização destacam-se os métodos de separação por membrana, onde a osmose inversa é o processo de separação por membrana mais utilizado. O principal desafio que, atualmente, esta indústria enfrenta é a produção de água potável com elevada qualidade gastando a menor energia possível no processo, diminuindo o fenómeno de polarização por concentração. Este fenómeno é o principal problema inerente aos processos de separação por membrana, pois promove a acumulação de resíduos na parede da membrana e consequentemente reduz o fluxo permeado. Nesta dissertação, usaram-se técnicas de Dinâmica dos Fluidos Computacional (DFC), para estudar a hidrodinâmica em canais de alimentação de uma membrana semipermeável de dessalinização com espaçadores dispostos em ziguezague e transversais ao escoamento. As soluções numéricas foram obtidas através do FLUENT, para escoamentos laminares em canais preenchidos com quatro tipos diferentes de filamentos, para quatro comprimentos de células distintos. Foi investigada a hidrodinâmica para dois regimes de escoamento distintos; regime estacionário e regime não estacionário. Em regime estacionário estudou-se de que forma a existência da permeabilidade afeta a hidrodinâmica no interior das células que constituem os canais de alimentação. Os resultados para este regime mostram a distribuição das velocidades, as isolinhas da função corrente, a queda de pressão e as tensões de corte na parede impermeável da membrana, para diferentes números de Reynolds (10 ≤ Re ≤200). Para o escoamento em regime não estacionário, foi utilizada uma função sinusoidal e uma função com a forma característica de um batimento cardíaco, de modo a estudar a influência da variação temporal da velocidade de entrada na célula no comportamento da hidrodinâmica. Os resultados apresentados, para este regime de escoamento, mostram a distribuição da velocidades, a velocidade média no interior do canal, as isolinhas da função corrente, a queda de pressão e as tensões de corte na parede impermeável da membrana, para números de Reynolds a oscilar entre 50 e 150. A diminuição da distância entre os filamentos conduz ao aparecimento de zonas de recirculação mais ativas, que poderão promover a transferência de massa e a diminuição da camada de concentrações. Em contrapartida esta diminuição aumenta a queda de pressão, e consequentemente, a energia gasta no processo, além de diminuir a área útil da membrana. A utilização da função característica do batimento cardíaco demonstra ter resultados promissores, no que diz respeito ao gasto de energia no processo e na otimização das zonas de recirculação, em comparação com a função sinusoidal.