Aplicação de modelagem multifásica para estudo de biorreatores anaeróbios
Resumo
Buscando compreender o comportamento hidrodinâmico de um reator anaeróbio de fluxo ascendente (UASB), o presente trabalho teve por objetivo desenvolver um modelo numérico utilizando ferramentas de Fluidodinâmica Computacional (CFD) para a simulação do comportamento do escoamento trifásico (líquido, gás e sólido) em um reator UASB utilizado na produção de biogás a partir da vinhaça, e validar este modelo utilizando técnicas de Velocimetria de Partículas por Imagem (PIV). Para tanto, inicialmente foi projetado o reator UASB e em seguida foram desenvolvidas a geometria e a malha. As simulações foram executadas no software Fluent, utilizando uma malha com 528.000 volumes de controle. Foram inicialmente realizadas simulações do escoamento monofásico do líquido e em seguida simulações bifásicas gás/líquido e sólido/líquido foram realizadas adotando-se uma abordagem Euleriana-Euleriana, isotérmica, transiente e tridimensional. Por fim, os modelos bifásicos já validados foram associados em um modelo trifásicos. Técnicas de PIV foram utilizadas na validação dos modelos bifásicos e do trifásico. Na etapa de validação dos modelos numéricos, foi verificada uma diferença máxima entre resultados experimentais e computacionais menor de 4% para todos os casos. Foi verificado que a força de arraste é a que exerce a maior influência no perfil do escoamento gás/líquido. Com relação ao escoamento sólido/líquido, o modelo de Gidaspow foi escolhido para o cálculo do coeficiente de arraste, após comparação com resultados experimentais. Nas simulações trifásicas, verificou-se o gás foi o principal responsável pela qualidade da mistura dentro do reator, reduzindo de 44% o percentual de zonas mortas no reator no caso sólido/líquido para 0,02% no caso trifásico e aumentando em cerca de oito vezes a magnitude da velocidade das fases sólida e líquida. O sistema de distribuição de gás exerceu forte influência no perfil do escoamento, tendo induzido recirculação interna no reator. A compreensão do escoamento permitirá otimizações no processo e no reator de forma a buscar o aumento da eficiência de tratamento bem como da geração de biogás.