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Estudo da fluidodinâmica da dessalinização das águas salobras via osmose reversa: modelagem e simulação

Resumo

Nas últimas décadas, vem se acentuando ainda mais a preocupação com a escassez hídrica, ocasionada pelo aumento da população mundial e pela mudança climática drástica do planeta. A partir dessa problemática, foram intensificados inúmeros estudos para desenvolvimento de técnicas e/ou tecnologias com o objetivo principal de aumentar a quantidade de água potável no mundo. Dentre essas técnicas destaca-se a dessalinização por processo de separação de membranas via osmose reversa. Com o auxílio e a evolução da computação, tornou-se viável a realização de simulações numéricas com modelos complexos capazes de compreender o real comportamento dos fenômenos presente nesse processo, assim será possível otimizá-lo e torná-lo mais eficiente. Neste contexto, o presente trabalho visa apresentar um estudo de modelagem computacional com foco na otimização do processo de separação por membrana via osmose reversa por meio da análise da geometria do módulo de permeação e dos efeitos dos promotores de turbulência. A modelagem computacional foi realizada pelo software ANSYS FLUENT através do método de volumes finitos, com o emprego de UDFs (User Defined Function). A modelagem matemática foi baseada nas equações de conservação de massa, movimento e de transporte de espécie, além disso, o modelo de Spiegler e Kedem foi utilizado para caracterizar os efeitos da membrana no fluxo de permeação. Os resultados nas simulações obtidos pelo modelo proposto proporcionaram uma análise detalhada dos comportamentos hidrodinâmicos do escoamento e da formação da camada limite de concentração por polarização sob efeitos dos promotores de turbulência, em que, ao comparar com resultados reportados pela literatura, foi observado discrepâncias inferiores a 7%. Ao analisar o efeito dos promotores de turbulência, constatou-se um efeito benéfico na redução de soluto ao longo da superfície da membrana e que havia variação de desempenho do processo quando se tinha alterações geométricas dos espaçadores, em que foi possível quantificar suas eficiências através do uso de parâmetros, como SPMP (Razão de Performance do Espaçador), SPMPmod, a perda de pressão por unidade de comprimento e quantidade de fluxo permeado. Baseado nesses parâmetros e nas geometrias estudadas, foi observado que os espaçadores circulares tiveram melhores performances de processo, apresentando o melhor equilibro dentre perda de carga e capacidade de produção do produto final, que é a água potável. Quanto às geometrias tridimensionais utilizadas, verificou-se alterações na formação da camada de concentração por polarização quando se modificava geometria dos canais e que os filamentos transversais ao escoamento são mais efetivos no combate da camada polarizada do que os filamentos longitudinais.

Introdução

Este capítulo introdutório inicia contextualizando a situação da sociedade mundial perante a escassez de recursos hídricos e apresenta possíveis soluções para resolver esse problema. Um deles apresentado é o uso da técnica de dessalinização de águas salobras via Osmose reversa, que é o tema principal deste trabalho. Assim, este capítulo está estruturado da seguinte forma: contextualização, em que o objetivo é nortear o leitor sobre o tema a ser estudado, buscando apresentar a motivação e a justificativa para a realização desse estudo; exposição de um breve resumo da metodologia a ser empregada e do que se planeja alcançar no fim deste estudo; apresentação do objetivo geral e específicos do trabalho e, por fim, é mostrado como está estruturada e organizada a parte escrita desta tese.

Autor: Diego David Silva Diniz.

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