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Título: Aplicação da fluidodinâmica computacional no estudo hidrodinâmico de um sedimentador com membranas
Título(s) alternativo(s): Application of computational fluid dynamics in the hydrodynamic study of a sedimentator with membranes
Autor(es): Ribeiro, Domingos Tavela
Orientador(es): Arantes, Eudes José
Palavras-chave: Inovações tecnológicas
Resíduos industriais
Águas residuais
Technological innovations
Factory and trade waste
Sewage
Data do documento: 16-Set-2025
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Campo Mourao
Citação: RIBEIRO, Domingos Tavela. Aplicação da fluidodinâmica computacional no estudo hidrodinâmico de um sedimentador com membranas . 2025. Dissertação (Mestrado em Inovações Tecnológicas) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campo Mourão, 2025.
Resumo: As membranas funcionais representam uma inovação promissora no tratamento de efluentes, unindo múltiplas tecnologias em um único equipamento. Para explorar essa tecnologia, realizou-se um estudo utilizando simulação computacional. O objetivo foi analisar o desempenho de membranas submersas em um sedimentador hidrodinâmico por vórtice (SHV). Foram realizadas simulações para vazões de 10, 15 e 20 L.s-1 , buscando identificar a configuração mais eficiente com base em parâmetros pré-estabelecidos. Os limites dos parâmetros analisados foram obtidos: As velocidades verticais para vazão de 10 L.s-1 de -0,433 a 0,557 m.s-1 , 15 L.s-1 de -0,212 a 0,422 m.s-1 e 20 L.s-1 , de 1,033 a 0.972 m.s-1 . As velocidades totais máximas foram de 5,320 m.s-1 , para vazão de 10 L.s-1 , 7,509 m.s-1 para vazão de 15 L.s-1 e 16,269 m.s-1 para vazão de 20 L.s-1 . Os tempos de sedimentação da partícula foram de 20 s para vazão de 10 L.s-1, 16 s para 15 L.s-1 e 8 s para 20 L.s-1. A análise do fluxo de fluido dentro do SHV revelou quatro regiões distintas, cada uma com um padrão de escoamento particular; região de acúmulo (Ra); região de separação (RSe); região de entrada (RE); região de saída (RS), delimitadas a partir das velocidades estudadas e dos vetores gerados nas simulações. Os resultados das simulações mostram que a inclusão das membranas submersas não altera as características fundamentais dos sedimentadores por vórtice já documentadas na literatura. Isso sugere que a integração de membranas funcionais é viável sem comprometer o funcionamento básico do equipamento. Através das variáveis estudadas concluiu-se que a vazão de 20 L.s-1 se mostrou mais eficiente.
Abstract: Functional membranes represent a promising innovation in wastewater treatment, combining multiple technologies in a single device. To explore this technology, a study using computer simulation was conducted. The objective was to analyze the performance of submerged membranes in a hydrodynamic vortex settler (SHV). Simulations were performed for flow rates of 10, 15, and 20 L.s-1, seeking to identify the most efficient configuration based on pre-established parameters. The limits of the analyzed parameters were obtained: vertical velocities for flow rates of 10 L.s-1 from -0.433 to 0.557 m.s-1, 15 L.s-1 from -0.212 to 0.422 m.s-1, and 20 L.s-1 from 1.033 to 0.972 m.s-1. The maximum total velocities were 5,320 m.s-1 for a flow rate of 10 L.s-1, 7,509 m.s-1 for a flow rate of 15 L.s-1, and 16,269 m.s-1 for a flow rate of 20 L.s-1. The particle settling times were 20 s for a flow rate of 10 L.s-1, 16 s for 15 L.s-1, and 8 s for 20 L.s-1. The analysis of the fluid flow within the SHV revealed four distinct regions, each with a particular flow pattern: accumulation region (Ra); separation region (RSe); inlet region (RE); and outlet region (RS), delimited from the studied velocities and the vectors generated in the simulations. The simulation results show that the inclusion of submerged membranes does not alter the fundamental characteristics of vortex settlers already documented in the literature. This suggests that the integration of functional membranes is feasible without compromising the basic functionality of the equipment. Based on the variables studied, we concluded that a flow rate of 20 L.s-1 was more efficient.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/39004
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