Estudo numérico de colisões entre partículas em leito fluidizado líquido

Resumo

Tratamento de águas residuárias utilizando biorreatores anaeróbios de leito fluidizado é uma tecnologia efetiva e auto-sustentável. O desempenho desse tipo de equipamento é frequentemente melhor que outras tecnologias, como o leito de lama e o leito fixo, por causa do aumento da transferência de massa entre fases. Todavia, determinar como as partículas e o fluido se comportam dentro do equipamento é uma tarefa complexa, e essa falta de compreensão leva a incertezas no projeto e otimização dos processos. Nesse sentido, o acoplamento entre a Fluidodinâmica Computacional e o Método dos Elementos Discretos (CFD-DEM, do inglês Computational Fluid Dynamics-Discrete Element Methods) se apresenta como uma ferramenta para simular variações no processo de fluidização devido mudanças nas propriedades das partículas e fluidos, permitindo a avaliação não só de efeitos globais, como a queda de pressão dentro do equipamento, mas também variabilidades locais, como as velocidades de partículas das partículas individuais. Contudo, a aplicação de CFD, DEM e o seu acoplamento depende de conhecimento em fluidodiâmica, escoamentos granulares, métodos numéricos e programação computacional; para obter resultados confiáveis e fisicamente consistentes. Durante a execução da etapa numérica do presente projeto, numerosos problemas, principalmente relacionados a proporção entre o tamanho da malha e da partícula, foram identificados. Como a coluna simulada é estreita e as partículas grosseiras, as simulações necessitam de uma malha grosseira para calcular a fração de vazios por célula da malha. Isso leva a uma representação irreal da fase fluida. O principal objetivo do estágio é superar o problema apresentado, determinando o comportamento de um biorreator de leito fluidizado líquido com o método numérico-computacional de acoplamento CFD-DEM, aplicando diferentes modelagens, modelos de turbulência e malhas numéricas. Ainda é pretendido comparar os desempenhos dos pacotes abertos CFDEM coupling e o novo Lethe na representação numérica do leito fluidizado. (AU)