Relação entre parâmetros hidrodinâmicos e segregação de fases em floculadores tubulares helicoidais

dc.contributor.advisor1Teixeira, Edmilson Costa
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0001-7535-8689
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2223526989758235
dc.contributor.authorVaneli, Bruno Peterle
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/
dc.contributor.referee1Libanio, Marcelo
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0002-0978-7474
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5168671769851394
dc.contributor.referee2Pires, Eduardo Cleto
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0001-6943-3988
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/7268822661862275
dc.contributor.referee3Moreira, Davidson Martins
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000000209025218
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/2331953711858907
dc.contributor.referee4Coelho, Edumar Ramos Cabral
dc.contributor.referee4IDhttps://orcid.org/0000000292205737
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/2276795519317927
dc.contributor.referee5Reis, Jose Antonio Tosta dos
dc.contributor.referee5Latteshttp://lattes.cnpq.br/7828468159099998
dc.date.accessioned2024-05-30T01:41:08Z
dc.date.available2024-05-30T01:41:08Z
dc.date.issued2022-03-22
dc.description.abstractModels for estimation of Efficiency of Turbidity Removal (ETR) in Helically Coiled Tube Flocculators (Portuguese acronym: FTHs) have been developed to support the understanding of the relationship between hydrodynamics and flocculation efficiency in FTHs. Nevertheless, in the context of developing such models there were no biphasic flow modelling, and, therefore, it was not possible visualizing and analyzing the solid-liquid flow behavior and phase segregation in the FTHs, generating scarcity of information about what is occurring inside of these units in terms of fluid-particle and particle-particle interaction. This scarcity leaves ETR estimation models with “black box” aspects regarding flocculation. In this context, this study sought to clarify the relationship between hydrodynamic parameters and phase segregation in FTHs, aiming to advance the understanding of flocculation in these units. For this, several configurations of FTHs were evaluated through computational fluid dynamics (CFD) modelling. In total, there were modeled 84 configurations considering single-phase flow and 54 configurations considering biphasic flow (solid-liquid). The hydrodynamic parameters studied were the Mean Velocity Gradient, the Mean Pressure Gradient and the Mean Specific Kinetic Energy. The solid phase was evaluated through the distribution of its volumetric concentration in the FTHs. Among the results, existing relationships between the hydrodynamic parameters, the volumetric concentration distribution of the solid phase and the ETR in the studied flocculators were identified and evaluated; it was verified a tendency that the greater the intensity of the secondary flow in the FTH, the greater the magnitude of the maximum volumetric concentration of the solid phase (CMax), which is close to the internal side of the curvature. Regarding the hydrodynamic parameters, there was a positive relationship between them and CMax; for the FTHs studied, it was verified that lower values of ETR were associated with higher values of the CMax. As a result of the acquired knowledge, it was proposed a new model for ETR estimative in FTHs. This model, in addition to producing fit statistics similar to the best performance available models, it is more parsimonious and all its parameters can be obtained through physical modeling, among other advantages.
dc.description.resumoModelos para estimativa da Eficiência de Remoção de Turbidez (ERT) em Floculadores Tubulares Helicoidais (FTHs) têm sido desenvolvidos para subsidiar o entendimento da relação entre hidrodinâmica e a eficiência da floculação em FTHs. Todavia, no âmbito do desenvolvimento de tais modelos não houve modelagem do escoamento bifásico e, portanto, não foi possível visualizar e analisar o comportamento do escoamento sólido-líquido e da segregação de fases nos FTHs, gerando carência de informações sobre o que está ocorrendo no interior dessas unidades, em termos da interação fluido-partícula e partícula-partícula. Essa carência deixa os modelos de estimativa de ERT com aspectos de “caixa-preta” no que tange à floculação. Nesse contexto, este trabalho buscou elucidar a relação entre parâmetros hidrodinâmicos e a segregação de fases em FTHs, visando avançar no entendimento da floculação nessas unidades. Para isso, avaliaram-se diversas configurações de FTHs por meio de modelagem fluidodinâmica computacional (CFD). Ao todo foram modeladas 84 configurações considerando escoamento monofásico e 54 configurações considerando escoamento bifásico (sólido-líquido). Os parâmetros hidrodinâmicos estudados foram o Gradiente Médio de Velocidade, o Gradiente Médio de Pressão e a Energia Cinética Específica Média. A fase sólida foi avaliada por meio da distribuição de sua concentração volumétrica nos FTHs. Entre os resultados, identificaram-se e avaliaram-se relações existentes entre os parâmetros hidrodinâmicos, a distribuição de concentração volumétrica da fase sólida e a ERT nos floculadores estudados; verificou-se que quanto maior a intensidade do escoamento secundário no FTH, maior tende ser a magnitude da concentração volumétrica máxima da fase sólida (CMax), que se situa próxima ao lado interno da curvatura; em relação aos parâmetros hidrodinâmicos, constatou-se tendência de relação positiva entre eles e CMax; para os FTHs estudados, averiguou-se que menores valores de ERT estavam associados a maiores valores de CMax. Em decorrência dos conhecimentos adquiridos, foi proposto novo modelo para estimativa da ERT em FTHs. Esse modelo além de produzir estatísticas de ajuste semelhantes aos modelos de melhor desempenho disponíveis, é mais parcimonioso e todos os seus parâmetros podem ser obtidos via modelagem física, entre outras vantagens.
dc.description.sponsorshipFundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.formatText
dc.identifier.urihttps://dspace5.ufes.br/handle/10/16561
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseDoutorado em Engenharia Ambiental
dc.publisher.departmentCentro Tecnológico
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental
dc.rightsopen access
dc.subjectFloculadores Tubulares Helicoidais
dc.subjectCFD
dc.subjectEficiência de Remoção de Turbidez
dc.subjectParâmetros Hidrodinâmicos
dc.subjectSegregação de Fases
dc.subject.br-rjbnsubject.br-rjbn
dc.subject.cnpqEngenharia Sanitária
dc.titleRelação entre parâmetros hidrodinâmicos e segregação de fases em floculadores tubulares helicoidais
dc.title.alternativeRelationship between hydrodinamic parameters and phase segregation in helically coiled tube flocculators
dc.typedoctoralThesis

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