Simulação hidrodinâmica usando CFD visando otimização geométrica de reator fotoeletrocatalítico para tratamento avançado de efluentes : Hydrodinamic simulation using CFD aiming geometric optimization of photoelectrocatalytic reactor for advanced wastewater treatment

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Brugnera, Gustavo Aurélio, 1996-
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/16869
Resumo: Orientador: Peterson Bueno de Moraes
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Entretanto, tratamentos de efluentes baseados em processos eletroquímicos que utilizam cátodos de aço inoxidável e ânodos de titânio são capazes de destruir complexos metálicos e recuperar os metais agregados, de modo a contribuir para a melhoria da relação custo-benefício no tratamento deste efluente. Neste trabalho, foi realizado o estudo de Computacional Fluid Dynamics (CFD), utilizando o software COMSOL MULTIPHYSICS 5.6 para o desenvolvimento de um reator Fotoeletrocatalitico para tratamento de efluente da indústria de galvanoplastia ornamental. Visando otimizar a geometria, foram projetados e simulados três modelos: Modelo 1: Reator tubular de dois anodos e um catodo; Modelo 2: Reator tubular de dois anodos e um catodo, com correções geométricas e sem alterar capacidade volumétrica; Modelo 3: Possui o mesmo design do modelo 2, porém com redução no tamanho do catodo e anodo de 3,34%. Os testes foram realizados nas condições de contorno: Tipo de Simulação Estacionário, Fluído Água, Temperatura 20 ºC, Pressão de referência 1 atm, Modelo de turbulência K-?/Turbulento, Escoamento Monofásico, submetidos a pressão de entrada de 150 PSI e velocidade de entrada de 1,0 m/s. As simulações em CFD indicaram que o modelo 2 apresentou ganhos de velocidade em aproximadamente 30%, menor número de locais com baixa velocidade dentro do reator e redução da perda de carga à valores próximo a zero. Assim, o modelo 2 é o modelo recomendado para possível construção em escala real utilizando-se o diâmetro simulado para este modelo e com possíveis comprimentos de reatores comerciais. Este reator foi projetado para operar com densidade de corrente de 9,4 mA/cm2, posicionado verticalmenteAbstract: The city of Limeira (state of São Paulo, Brazil) is reference in decorative electroplating (production of semi-fine-jewelry and fashion jewelry) and electroplating. The effluents generated by decorative electroplating have high concentrations of metals, which have high value-added. However, treatment techniques of effluent based on electrochemical processes that use stainless-steel cathodes and titanium anodes are capable of destroying metallic complexes and recovering metals, in order to contribute to the improvement of the cost-benefit ratio in the treatment of this type of effluent. In this work, the study of Computational Fluid Dynamics was carried out using the COMSOL MULTIPHYSICS 5.6 software for the development of a Photoelectrocatalytic reactor for the treatment of effluent from the decorative electroplating industry. In order to optimize the geometry, three models were designed and simulated: Model 1: Tubular reactor with two anodes and one cathode; Model 2: Tubular reactor with two anodes and one cathode, with adjustments on geometric design without changing volumetric capacity; Model 3: the same design as Model 2, but with reduction in cathode and anode lengths of 3.34%. The tests were performed under the boundaries conditions: Type of Simulation Stationary, Fluid Water, Temperature 20 ºC, Reference Pressure 1 atm, Turbulence Model K-?/Turbulent, Single-Phase Flow, submitted to an inlet pressure of 150 PSI and input speed of 1.0 m/s. The simulations using CFD indicated that model 2 presented speed improvement of approximately 30%, smaller number of low-speed sites inside the reactor and reduction of the pressure-drop next to zero. Thus, model 2 is the recommended for possible full-scale construction, using the simulated diameter for this model and with possible lengths dimensions of the lengths of commercial reactors. This reactor designed to operate with current density of 9.4 mA/cm2, positioned verticallyAbertoMestradoAmbienteMestre em TecnologiaCAPES001[s.n.]Moraes, Peterson Bueno de, 1972-Ribeiro, Lubienska Cristina Lucas JaquiêKellner, ErichUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de TecnologiaPrograma de Pós-Graduação em TecnologiaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASBrugnera, Gustavo Aurélio, 1996-20222022-12-16T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (80 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/16869BRUGNERA, Gustavo Aurélio. Simulação hidrodinâmica usando CFD visando otimização geométrica de reator fotoeletrocatalítico para tratamento avançado de efluentes: Hydrodinamic simulation using CFD aiming geometric optimization of photoelectrocatalytic reactor for advanced wastewater treatment. 2022. 1 recurso online (80 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Tecnologia, Limeira, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/16869. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1379089Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2024-04-23T11:43:42Zoai::1379089Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2024-04-23T11:43:42Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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