Emprego da ferramenta CFD para representação da estrutura de escoamento de uma unidade de flotação em escala piloto tratando água para abastecimento

• Autor(a) principal: Pinto, Stephanie Iris Graciano
• Data de Publicação: 2013
• 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-27082014-143821/
• topic: Abastecimento; CFD; CFD; DAF; FAD; Tratamento de água; Water supply; Water treatment

A flotação por ar dissolvido é atualmente muito utilizada e reconhecida como uma técnica eficiente para o tratamento de águas para abastecimento. Diversos estudos vêm sendo realizados para aprimoramento desta técnica e das características físicas das unidades, dentre estes o estudo do emprego de ferramenta de simulação computacional do escoamento (CFD) para melhor compreensão da estrutura de escoamento dentro dos tanques e da influência de diversos parâmetros no processo, de modo a auxiliar nas etapas de projeto e melhorias das unidades. Neste contexto, o presente trabalho propôs a verificação do potencial de utilização da ferramenta computacional CFD para representação do escoamento em uma unidade piloto de flotação por ar dissolvido de grande porte. A pesquisa foi dividida em cinco etapas: as Etapas I e II compreenderam a validação dos modelos adotados através da variação do diâmetro de microbolhas e comparação com resultados experimentais de ADV de Escher (2011), na Zona de Separação, e de Patrizzi (2005), em ambas as zonas do reator; na Etapa III, foram realizadas quatro simulações com uma das configurações da Etapa I, variando a condição de contorno de superfície e de saída do flotador, de modo a calibrar o modelo; na Etapa IV, foram realizadas cinco simulações com um dos modelos da Etapa III, variando a geometria da unidade para análise da influência destas na estrutura de escoamento; e, finalmente, na Etapa V, uma mesma configuração de operação e geometria foi empregada em três variações do modelo, por meio de mudanças na condição de contorno de saída e na abordagem Eulerian-Eulerian ou Eulerian-Lagrangian. Nas Etapas I, II e V, a superfície d\'água foi modelada como parede porosa sem atrito (permitindo a saída do ar), nas Etapas III e IV, esta foi modelada como superfície livre. Além dos resultados experimentais de ADV das autoras citadas, foram utilizados como base para avaliação dos resultados numéricos, os valores de concentração de ar e gradiente de velocidade. Os resultados mostraram que as simulações com parede porosa subestimaram os vetores de velocidade próximos à superfície, porém apresentaram resultados de concentração de ar próximos ao esperado. Em contrapartida, as simulações com superfície livre foram capazes de reproduzir melhor a turbulência próxima à superfície d\'água, entretanto, não descreveram bem a concentração de microbolhas no meio líquido.