Representação da estrutura de escoamento bifásico água/ar em unidade de flotação com emprego de CFD

• Autor(a) principal: Altero, Henrique Rossi
• Data de Publicação: 2016
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18138/tde-21032017-141341/
• topic: ADV; ADV; CFD; CFD; DAF; DTR; FAD; Flotação; Flotation; Fluent; Fluent; RTD; Tratamento de água; Water treatment

O processo de flotação por ar dissolvido antecedendo a filtração, constitui hoje técnica já consolidada para clarificação de água para abastecimento. Apesar de apresentar elevada eficiência de remoção de partículas em suspensão e das diversas vantagens associadas a sua utilização, ainda existem particularidades deste processo pouco conhecidas. Visando compreender melhor a flotação por ar dissolvido e contribuir para a otimização das unidades existentes e também nos projetos de novas unidades, foram utilizadas técnicas de fluidodinâmica computacional para estudar as condições de escoamento entre água e ar observadas numa unidade piloto de flotação. A flotação foi investigada através de simulações em ambiente de CFD, acoplado a experimentos laboratoriais em instalação piloto de flotação por ar dissolvido. Estes últimos compreenderam a execução de ensaios com traçador para obtenção das curvas de distribuição de tempo de residência na unidade em questão e também por testes com sonda do tipo Micro ADV para levantamento do perfil de velocidades de escoamento no interior da unidade piloto. Os resultados das análises experimentais com sonda Micro ADV indicaram a presença de escoamento estratificado na região superior da zona de separação da unidade piloto. As curvas de distribuição do tempo de residência apontaram para escoamento do tipo pistonado. O tempo de detenção observado nos ensaios foi de 19,29 e 18,66 minutos respectivamente para escoamento somente de água e sem recirculação e escoamento entre água e ar. As simulações em CFD confirmaram a presença de escoamento estratificado na zona de separação e também a presença de uma manta de microbolhas de ar na mesma. Os resultados foram sensíveis ao diâmetro de microbolhas testado, com maior concentração de ar na zona de separação quando testados diâmetros de microbolhas menores que 60 µm. As curvas de distribuição de tempo de residência obtidas nas simulações em CFD foram capazes de representar o escoamento entre água e ar. O tempo de detenção hidráulico simulado foi de 14,24 e 18,90 minutos respectivamente para as mesmas condições experimentais testadas. De uma maneira geral, as simulações em CFD foram capazes de reproduzir as condições de escoamento entre ar e água observadas na unidade piloto de flotação, os resultados computacionais são condizentes com aqueles obtidos nos ensaios experimentais.