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Título: Eficiência hidrodinâmica de um decantador de fluxo ascendente modelado matematicamente com curvas braquistócronas
Título(s) alternativo(s): Hydrodynamic efficiency of a mathematically shaped upflow decanter with brachistochrones curves
Autor(es): Morais, Fellipe José de
Orientador(es): Lobeiro, Adilandri Mércio
Palavras-chave: Fluidodinâmica computacional
Escoamento
Sedimentação e depósitos
Sustentabilidade
Computational fluid dynamics
Runoff
Sedimentation and deposition
Sustainability
Data do documento: 24-Jun-2019
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Campo Mourao
Citação: MORAIS, Fellipe José de. Eficiência hidrodinâmica de um decantador de fluxo ascendente modelado matematicamente com curvas braquistócronas. 2019. Dissertação (Mestrado em Inovações Tecnológicas) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campo Mourão, 2019.
Resumo: A utilização dos recursos ambientais de forma sustentável tem sido tema relevante em debates que tratam do desperdício de água. Melhorar a eficiência no tratamento de água segue como um dos fatores primordiais quando se trata de fornecedores de água, como a Sanepar. Essa melhoria abrange o comportamento hidrodinâmico de um decantador utilizado para separar sólidos grosseiros em suspensão em uma mistura. O tanque de decantação utilizado pela Sanepar é de fluxo ascendente e são necessárias lavagens constantes para retirar os sólidos sedimentados, gerando gastos de água e afetando os recursos naturais. Assim, o objetivo deste trabalho foi propor uma nova geometria com base na braquistócrona para o tanque de decantação, a fim de avaliar seu comportamento hidrodinâmico e suas características de sedimentação e lavagem. Para tanto, buscou-se uma modelagem calculando as dimensões do modelo atual e, posteriormente, utilizando curvas braquistócronas nesse modelo, a fim de desenvolver um novo tanque com a diminuição de zonas mortas, ocasionando uma periodicidade de lavagem menor e consequentemente um menor gasto com água a ser descartada. Foi utilizado o Maple® para obter a representatividade do projeto, além de estudar o comportamento dos tanques (atual e proposto) por meio de uma simulação fluidodinâmica computacional aplicando as características operacionais da Sanepar, verificando de forma precisa e detalhada seus desempenhos hidrodinâmicos. Os resultados obtidos evidenciaram uma amplitude menor de fluxo de massa nas regiões internas no novo modelo devido a sua maior abrangência comportamental, com valor de 1,821 kg/s enquanto no modelo atual e de 2,701 kg/s. Ao analisar outras características como a velocidade, mesmo com a velocidade máxima aproximada de ambos ser de 0,09 m/s, foi constatada uma movimentação mais abrangente do lodo na parte inferior do tanque, diminuindo os caminhos preferenciais de deslocamento, além de diminuir a intensidade de passagem desse material com maior turbidez para a próxima etapa de tratamento, que no modelo atual atinge 0,021 m/s e no proposto apenas 0,008 m/s. Desta forma, foi possível concluir sobre a eficiência e viabilidade do modelo obtido tomando por base esses dados hidrodinâmicos, permitindo uma comparação sobre um potencial melhor aproveitamento dos recursos hídricos.
Abstract: The use of environmental resources in a sustainable way has been a relevant topic in debates that deal with water waste. Improving efficiency in water treatment is one of the key factors when it comes to water suppliers, such as Sanepar. This improvement encompasses the hydrodynamic behavior of a decanter used to separate coarse solids in suspension in a mixture. The settling tank used by Sanepar is an upflow and constant washes are required to remove sedimentated solids, generating water expenses and affecting natural resources. Thus, the objective of this work was to propose a new geometry based on the brachistochrone for the settling tank, in order to evaluate its hydrodynamic behavior and its sedimentation and washing characteristics. For this, a modeling was sought by calculating the dimensions of the current model and, later, using brachistochrones curves in this model, in order to develop a new tank with the reduction of dead zones, causing a less wash periodicity and consequently a lower expense with water to be discarded. Maple® was used to obtain the representativeness of the project, besides studying the behavior of the tanks (current and proposed) by means of a computational fluid dynamics simulation applying the operational characteristics of Sanepar, verifying precisely and in detail their hydrodynamic performances. The results obtained evidenced a smaller amplitude of mass flow in the internal regions of the new model due to its greater behavioral range, with a value of 1.821 kg/s, while in the current model it is 2,701 kg/s. When analyzing other characteristics such as velocity, even with the approximate maximum velocity of both them being 0,09 m/s, it was observed a more extensive movement of the sludge in the lower part of the tank, reducing the preferred paths of displacement, besides to decrease the intensity of passage of this material with greater turbidity to the next stage of treatment, which in the current model reaches 0,021 m/s and in the proposed only 0,008 m/s. In this way, it was possible to conclude on the efficiency and viability of the obtained model based on these hydrodynamic data, allowing a comparison on a potential better use of water resources.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4437
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