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https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/8643| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Comportamento fluidodinâmico em lagoas de alta taxa |
| Autor(es): | ISMAIL ABDALLAH ISMAIL HASSAN |
| Primeiro orientador: | Marc Arpad Boncz |
| Resumo: | O tratamento de efluentes com microalgas está sendo amplamente estudado atualmente em razão de vantagens, como por exemplo, a grande produção de biomassa para geração de bioenergia, e maior eficiência na remoção de nutrientes, se comparado aos processos tradicionais. Entretanto, o processo necessita de condições adequadas para seu funcionamento. Dentro das condições, temos a transferência de calor, oxigênio e dióxido de carbono, e a entrada de luz solar, sendo estes todos processos de transporte, resultando na necessidade da otimização da sua fluidodinâmica. Logo, é proposto um estudo com o objetivo de modelar a fluidodinâmica em lagoas de alta taxa (High Rate Algal Ponds; HRAPs), um tipo de biorreator costumeiramente usado para processos com microalgas, e analisar sua eficiência, através de simulação computacional, comparando com modelos de estudos existentes. Esta análise deve permitir a seleção de um modelo que pode proporcionar a melhor autenticidade e, como consequência, contribuir para futuros estudos adicionais visando outros parâmetros. Com a modelagem computacional também é possível analisar os efeitos do paddlewheel na fluidodinâmica do HRAP e extrair dados sobre a termodinâmica do mesmo. Fazendo o uso do software FLUENT e aplicando noções da Fluidodinâmica Computacional (Computational Fluid Dynamics, CFD) foi construido um modelo de um biorreator tipo HRAP, simulando a fluidodinâmica dentro do mesmo, validando os resultados com um reator HRAP em escala de bancada, de forma a manter valores próximos a realidade. Comparando as medições neste reator, com as simulações feitas no modelo Transition SST (Shear Stress Transport Transition; modelo de transporte transiente de tensão de cisalhamento), obtémos um erro percentual máximo de 8,6%. Logo, usando a ferramenta computacional e quantificando a influência dos diferentes parâmetros que envolvem a fluidodinâmica do HRAP, é possível construir um modelo válido e com melhor eficiência que modelos existentes, e usar este modelo para otimizar a configuração do reator. |
| Abstract: | The treatment of effluents using microalgae is currently being extensively studied due to several advantages. For instance, it allows for significant biomass production for bioenergy generation and offers greater efficiency in nutrient removal compared to traditional processes. However, this treatment process requires specific conditions for optimal functioning. Among these conditions are heat transfer, oxygen and carbon dioxide exchange, and exposure to sunlight. All of these involve transport processes, emphasizing the need for fluid dynamics optimization. To address this, a study aims to model the fluid dynamics in High Rate Algal Ponds (HRAPs), a type of bioreactor commonly used for microalgae processes. Through computational simulations, this study compares the efficiency of HRAPs with existing models. The goal is to select an authentic model that can contribute to future studies involving other parameters. Additionally, the study investigates the impact of paddlewheel effects on HRAP fluid dynamics and extracts thermodynamic data. Using the FLUENT software and principles of Computational Fluid Dynamics (CFD), a model of an HRAP bioreactor was constructed. The simulation validated the results by comparing them with measurements from a bench-scale HRAP reactor, maintaining close alignment with real-world values. Specifically, when comparing measurements in the reactor with simulations using the Transition SST model (Shear Stress Transport Transition, a transient shear stress transport model), the maximum percentage error was 8.6%. In summary, leveraging computational tools and quantifying the influence of various parameters related to HRAP fluid dynamics allows for the development of a valid model that outperforms existing ones. This model can then be used to optimize reactor configurations |
| Palavras-chave: | HRAP CFD |
| País: | Brasil |
| Editor: | Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul |
| Sigla da Instituição: | UFMS |
| Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/8643 |
| Data do documento: | 2021 |
| Aparece nas coleções: | Programa de Pós-graduação em Tecnologias Ambientais |
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| Arquivo | Tamanho | Formato | |
|---|---|---|---|
| Dissertacao_Ismail_vFinal.pdf | 2,99 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
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