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Avaliação de modelos matemáticos para a simulação do escoamento água – ar na flotação por ar dissolvido utilizando fluidodinâmica computacional
dc.contributor.author | Rodrigues, João Paulo | |
dc.date.accessioned | 2018-05-14T18:56:23Z | |
dc.date.available | 2018-05-14T18:56:23Z | |
dc.date.issued | 2018-02-21 | |
dc.identifier.citation | RODRIGUES, João Paulo. Avaliação de modelos matemáticos para a simulação do escoamento água – ar na flotação por ar dissolvido utilizando fluidodinâmica computacional. 2018. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2018. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/9999. | * |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/9999 | |
dc.description.abstract | The concern with the future of water on the planet has increased in past years, mainly due to the recent water crisis suffered throughout the country. The dissolved air flotation (DAF) operation is an example of the resumption of studies in the application and optimization of classic industry operations and has its potential for water treatment confirmed in the literature. It is characterized by using air microbubbles for the removal of suspended particles in liquid mixtures and has already been presented as an useful operation for treatment steps, however, with a high operating cost. In the study of flows in equipment, the Computational Fluid Dynamic (CFD) technique has been highlighted. This technique can aid in analyzing and obtaining information on constructive equipment configurations, scaling parameters and optimized operating conditions. In this work, the Ansys Fluent 14.5 software was used for the CFD simulation of the DAF process in horizontal tank, seeking to fit a representative mathematical model (set of equations) and numerical procedure based on experimental data from the literature. Initially, for the definition of the computational mesh, the GCI test was applied, capable of quantifying the mesh discretization error. Then, different multiphase models that consider the Euler-Euler approach were compared through the qualitative behavior for the diameters of 30-50-70 μm. With the diameter of 50 μm, the influence of the turbulence, trawling and contour conditions for the tank surface used by the literature to represent the FAD process was verified. After adjusting the fluid dynamics model, the population balance equations (EBP) for the microbubble size distribution was applied and the influence of models describing the phenomena interaction like coalescence (turbulent and Luo model) and breakage (Luo model) in the structure of the air flow and air distribution was verified. A greater influence of the coalescence phenomenon was observed. | eng |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) | por |
dc.language.iso | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
dc.rights.uri | Acesso aberto | por |
dc.subject | FAD | por |
dc.subject | Flotação | por |
dc.subject | CFD | por |
dc.subject | Balanço populacional | por |
dc.subject | Distribuição diâmetros de bolhas | por |
dc.subject | DAF | eng |
dc.subject | Flotation | eng |
dc.subject | Populational balance equation | eng |
dc.subject | Distribution bubble diameters | eng |
dc.title | Avaliação de modelos matemáticos para a simulação do escoamento água – ar na flotação por ar dissolvido utilizando fluidodinâmica computacional | por |
dc.title.alternative | Evaluation of mathematical models for the simulation of water - air flow in dissolved air flotation using computational fluid dynamics | eng |
dc.type | Dissertação | por |
dc.contributor.advisor1 | Béttega, Rodrigo | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/1379682125857376 | por |
dc.description.resumo | A preocupação com o futuro da água no planeta tem aumentado nos últimos anos, principalmente pela recente crise hídrica sofrida em todo o país. Um ponto que se deve salientar é que a preocupação deve abranger todo o ciclo, iniciando na proteção de nascentes e chegando ao maior controle no descarte de efluentes em corpos d’água. No contexto da busca por práticas mais eficientes no tratamento de águas residuárias, pode-se dizer que, atualmente, há duas diferentes estratégias: a primeira é o desenvolvimento de novos processos; e a segunda é a retomada de estudos na aplicação e otimização de operações clássicas da indústria, antes com pouca, ou nenhuma, aplicação na área de tratamento de água. A operação de flotação por ar dissolvido (FAD) é um exemplo disto, e tem seu potencial para tratamento de água confirmado na literatura. Ela é caracterizada por utilizar microbolhas de ar para a remoção de partículas suspensas em misturas líquidas e já se apresentou como uma operação útil para etapas de tratamento, entretanto, com elevado custo de operação. No estudo de escoamentos em equipamentos de engenharia a técnica de fluidodinâmica computacional (CFD- Computational Fluid Dynamic) vem se destacando. Utilizando CFD, as equações de conservação de quantidade de movimento, energia e massa são resolvidas a fim de se descrever a fluidodinâmica do processo. Esta técnica pode auxiliar na análise e obtenção de informações sobre configurações construtivas do equipamento, parâmetros de aumento de escala e condições de operação otimizadas. Neste trabalho, o software Ansys Fluent 14.5 foi utilizado para a simulação CFD do processo de FAD em tanque horizontal, buscando-se ajustar um modelo matemático (conjunto de equações) e um procedimento numérico representativo com base em dados experimentais da literatura. Inicialmente, para a definição da malha computacional aplicou-se o teste GCI, capaz de quantificar o erro de discretização de malha. Em seguida, buscou-se comparar diferentes modelos multifásicos que consideram a abordagem Euler – Euler através do comportamento qualitativo para os diâmetros de 30-50-70 µm. Com o diâmetro de 50 µm verificou-se a influência dos modelos de turbulência, de arrasto e condições de contorno para a superfície do tanque utilizados pela literatura para representar o processo FAD. Após o ajuste do modelo fluidodinâmico, inseriram-se as equações de balanço populacional (EBP) para a distribuição de tamanho de microbolha e influência de modelos que descrevem os fenômenos de interação de coalescência (modelo turbulento e o de Luo) e quebra (modelo de Luo) na estrutura do escoamento e distribuição de ar, observando-se a maior influência do fenômeno de coalescência. | por |
dc.publisher.initials | UFSCar | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ | por |
dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA | por |
dc.ufscar.embargo | Online | por |
dc.publisher.address | Câmpus São Carlos | por |
dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/6535753640293709 | por |