Resumo

As lagoas de algas de alta taxa, High Rate Algal Ponds (HRAP), podem ser utilizadas na produção de compostos de valor econômico, tratamento de efluentes e produção de biodiesel, dentre outras aplicações. A performance destas depende da mistura adequada a fim de que as algas recebam a radiação necessária para seu crescimento, não sedimentem e haja disponibilidade uniforme de nutrientes. O objetivo desse trabalho foi analisar a hidrodinâmica dessas lagoas a fim de se otimizar a eficiência e produção de biomassa algal. Para isso, foram realizadas simulações computacionais do fluido na lagoa, utilizando-se o modelo k-ε para examinar as características de turbulência. Foi analisado o comportamento hidrodinâmico em diferentes geometrias, inclusive com o uso de defletores, e o percentual de zonas mortas. Os modelos foram satisfatórios para analisar os efeitos hidrodinâmicos de diferentes aspectos geométricos e configurações de HRAP.

Introdução

As lagoas de algas de alta taxa, High Rate Algal Ponds (HRAP), têm sido usadas para o crescimento de algas para produção de nutracêuticos e tratamento de efluentes desde o final da década de 70 (LIFFMAN et al., 2013) e, mais recentemente, tem sido objeto de estudos visando a produção de biomassa algal para captura de CO2 e transformação em biodiesel, com capacidade de produção de combustível estimada em 17.000 a 28.000 L/(ha.ano) (PUTT et al., 2011). Tipicamente, são construídas de canais, longos e rasos, em loop simples ou múltiplos com circulação promovida por impulsionadores mecânicos do tipo paddle wheel (Figura 1).

A radiação solar é a fonte de energia para a ocorrência de reações fotossintéticas que levam ao crescimento das algas e produção de substâncias com valor econômico, sendo o principal fator que determina a produtividade. Dessa forma, uma mistura adequada e uniforme na lagoa garante a exposição frequente das células algais à radiação solar, homogeneíza os nutrientes, aumenta a utilização de CO2 e evita a deposição das algas no fundo da lagoa (HADIYANTO et al., 2013).

O objetivo desse trabalho foi analisar a hidrodinâmica de lagoas de alta taxa utilizando mecânica dos fluidos computacional, a fim de se otimizar a produção de biomassa algal, seguindo as seguintes etapas:

• desenvolver modelos 2D e 3D para simulação do fluxo em lago de alta taxa com software COMSOL Multiphysics;

• avaliar a influência da geometria das lagoas de alta taxa, correlacionando parâmetros hidrodinâmicos com a produção de biomassa algal e eficiência energética do sistema;

• comparar modelos hidrodinâmicos com resultados encontrados na literatura.

Autores: Carlos Adller Saraiva Paiva; Taís Maria Nunes Carvalho; André Bezerra dos Santos;  Iran Eduardo Lima Neto e  Silvano Porto Pereira.