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https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/8748| Tipo: | Tese |
| Título: | Drinking Water Storage Tank: Computational Fluid Dynamics Models and Disinfection Cost upon Different Flow Regimes |
| Autor(es): | Isabela Lampa Freire |
| Primeiro orientador: | Johannes Gerson Janzen |
| Resumo: | Projeto e operação inadequados de reservatórios do sistema de distribuição, combinados a elevados tempos de residência e baixa taxa de mistura, resultam na redução da concentração de cloro, o que por sua vez pode permitir o recrescimento microbiano, comprometendo a qualidade da água a ser distribuída no Sistema de Distribuição de Água (SDA). Esta tese apresenta uma revisão sistemática um compilado de publicações que investigaram o uso de modelagem CFD (fluido dinâmica computacional) em tanques de armazenamento de água potável. Um modelo CFD também foi desenvolvido e validado com base em dados de modelo de escala laboratorial para determinar os efeitos da escala, vazão e constante de decaimento do cloro no desempenho hidráulico e na qualidade da água de um reservatório. Uma investigação em relação ao tipo de fluxo predominante no reservatório e sua relação com o custo de desinfecção também foi realizada. Os resultados mostraram as principais características, métodos, conclusões e recomendações para estudos futuros de uma compilação de publicações, que podem contribuir para a consolidação do CFD na modelagem de tanques de armazenamento de água potável. O padrão de fluxo, o decaimento de cloro e o desempenho hidráulico foram notavelmente semelhantes entre as duas diferentes escalas analisadas. A vazão mostrou uma influência significativa na diminuição da concentração de cloro em valores de constante de decaimento de cloro (kr) mais elevados. As equações desenvolvidas que relacionam o custo do desinfetante com a taxa de decaimento do desinfetante e o tempo médio de residência comparados para três regimes de fluxo (mistura completa, fluxo tampão e fluxo disperso) mostraram que à medida que a taxa de decaimento ou o tempo médio de residência aumentava, o custo aumentou da ordem de 10 vezes para regime de escoamento disperso, e 100 vezes para escoamento em fluxo tampão, quando comparado ao escoamento de mistura completa. Embora os modelos sejam uma abstração simplificada de operações complexas de reservatórios do SDA, eles oferecem algumas informações úteis sobre a influência dos regimes de fluxo no custo da desinfecção. Uma modelagem CFD precisa pode ser capaz de prever e melhorar o comportamento hidrodinâmico e a qualidade da água dentro do tanque, podendo até contribuir para a diminuição dos custos de cloração, devido ao menor decaimento do cloro e, consequentemente, à menor quantidade de desinfetante utilizada na recloração da água. |
| Abstract: | Drinking water storage tanks' inadequate design and operation, combined with elevated hydraulic residence times and poor mixing, results in chlorine concentration reduction, which in turn can allow microbial regrowth, compromising the water quality to be distributed over the Water Distribution System (WDS). This thesis presents a systematic review with compilation publications that focus on using CFD (computational fluid dynamics) modeling in drinking water storage tanks. A CFD model was also developed and validated against scaled model data to determine the effects of scale, flow rate, and chlorine decay constant on hydraulic performance and water quality of a drinking water storage tank. An investigation concerning the flow regime of a water storage tank upon the disinfection cost was also assessed. The findings showed the main features, methods, conclusions and recommendations for future studies of a compilation of publications, which may contribute to CFD consolidation on drinking water storage tank modeling. Flow structure, chlorine loss, and hydraulic performance were remarkably similar between two different scales. The flow rate shows a significative influence on chlorine mass loss at higher chorine decay constant (kr) values. The developed equations relating disinfectant cost to the disinfectant’s decay rate and the mean residence time compared for three flow regimes (ideal mixed flow, ideal plug flow, and disperse flow) had shown that as the decay rate or the mean residence time increased, the cost went to the order of 10 times for dispersive flow regime, and 100 times for plug flow, when compared to mixed flow. Although the models were a simplified abstraction of complex operations of water storage tanks, they offer some useful insight into the influence of flow regimes upon the disinfection cost. An accurate CFD modeling may be able to predict and improve the hydrodynamic behavior and water quality inside the tank, may even contribute to diminishing chlorination costs, thanks to minor chlorine decay and consequently less disinfectant quantity using in re-chlorination. |
| Palavras-chave: | Computational Fluid |
| País: | Brasil |
| Editor: | Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul |
| Sigla da Instituição: | UFMS |
| Tipo de acesso: | Acesso Restrito |
| URI: | https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/8748 |
| Data do documento: | 2024 |
| Aparece nas coleções: | Programa de Pós-graduação em Tecnologias Ambientais |
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