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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.18.2008.tde-04052009-132725
Documento
Autor
Nome completo
Monique Toledo Salgado
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2008
Orientador
Banca examinadora
Zaiat, Marcelo (Presidente)
Freire, Jose Teixeira
Kellner, Erich
Marra Junior, Wiclef Dymurgo
Reis, Luisa Fernanda Ribeiro
Título em português
Modelo matemático para avaliação hidrodinâmica em reatores tubulares operando em regime não-permanente
Palavras-chave em português
Carga hidráulica
Distribuição tempo de residência (DTR)
Ensaios estímulo-resposta (pulso e degrau)
Modelação matemática
UASB
Variação cíclica da vazão afluente
Resumo em português
No meio científico são bastante utilizados os modelos matemáticos para avaliar as características hidrodinâmicas de reatores, porém a literatura é pobre em informações relativas à aplicação do equacionamento matemático em regime não-permanente. Neste trabalho foi aplicado um modelo matemático simulando a hidrodinâmica de reatores tubulares com dispersão para avaliar o efeito da variação de vazão afluente sobre os parâmetros hidrodinâmicos. As simulações foram efetuadas considerando vazão e volume constantes, vazão e volume variáveis e vazão variável e volume constante. Foi investigada a influência de dois tipos de ensaios estímulo-resposta, pulso e degrau, para aplicação de modelos matemáticos e determinação das curvas de distribuição do tempo de residência (DTR) experimentais. Teoricamente ambos devem fornecer os mesmos resultados embora o ensaio em pulso costume apresentar maior sensibilidade experimental. Conforme esperado, ambos os ensaios apresentaram os mesmos resultados finais. Também foram avaliados os traçadores empregados nos dois tipos de ensaios estímulo-resposta, pulso e degrau. Foram empregados três traçadores diferentes - verde de bromocresol, azul de bromofenol e eosina Y que proporcionaram curvas com diferentes características. Como ferramenta auxiliar da modelação foram estudas a determinação das curvas DTR experimentais com auxílio de duas técnicas distintas. Para calibrar o modelo matemático proposto foram utilizados dados de reatores em escala de bancada com diferentes configurações submetidas a variações de vazões afluentes. Os dados de um reator UASB em escala piloto - submetido a variações cíclicas de vazão afluente de 40 e 60% - foram empregados para calibrar e verificar o modelo matemático proposto. Os resultados encontrados com o modelo matemático proposto nesta pesquisa demonstraram que a variação de vazão afluente não deve ser negligenciada. O modelo utilizado representou adequadamente o reator UASB. Seus resultados, quando comparados aos modelos matemáticos que não consideram a variação de vazão, mostraram que para flutuações de vazão elevadas, vazões com valores até 60% maiores do que a vazão média, os valores dos coeficientes de difusão diferem significativamente em função das hipóteses empregadas no desenvolvimento do modelo matemático.
Título em inglês
Mathematical model for hydrodynamic evaluation of pipe reactors with diffusion operated in non-steady flow
Palavras-chave em inglês
Cyclical variation of influent flowrate
Hydraulic load
Mathematical model
Residence time distribution (RTD)
Stimulus-response assays (pulse and step)
UASB reactor
Resumo em inglês
Mathematical models for hydrodynamic characteristics evaluation of reactors are commonly used however there is a lack of information in the literature concerning the application of mathematical modeling for non-steady state flow. In this thesis, it is presented a non-steady mathematical model to simulate the hydrodynamic behavior of pipe flow reactors with diffusion in order to evaluate the effect of the variation of the influent flowrate in the hydrodynamic parameters. The simulations were performed considering constant flowrate and volume, variable flowrate and volume and, variable flowrate and constant volume. It was investigated the influence of two types of stimulus-response assays, pulse and step function, on the application of mathematical models and the determination of the experimental retention time distribution curves. Theoretically, both tests should provide the same results although the pulse stimulus assay usually presents higher experimental sensitivity. As it was expected, both tests presented the same final results. The tested tracers were also evaluated in relation to the pulse and step stimulus-response tests. Three tracers were tested (bromocresol green, bromophenol blue and eosin Y) and it was shown that they provided different curves. It was studied the construction of the experimental retention time distribution curves using two procedures as an auxiliary tool for modeling. The proposed mathematical model was calibrated with data of bench scale reactors submitted to different cyclical variations of flowrates. Moreover, data of UASB reactor in pilot scale - submitted to 40 and 60% of cyclical variations of flowrates were utilized to calibrate and verify the obtained mathematical model. The results found with the mathematical model proposed in this research showed that the variations in influent flow rate can not be neglected. The model adequately represented a pilot scale UASB reactor. The results showed that the diffusion coefficients differ significantly for high flowrate fluctuations, when compared to other mathematical models that do not incorporate variable flowrate, depending upon the hypothesis used to derive the model.
 
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salgadousp.pdf (2.09 Mbytes)
Data de Publicação
2009-05-13
 
AVISO: O material descrito abaixo refere-se a trabalhos decorrentes desta tese ou dissertação. O conteúdo desses trabalhos é de inteira responsabilidade do autor da tese ou dissertação.
  • CARVALHO, Karina Querne de, et al. Avaliação hidrodinâmica de reator UASB submetido à variação cíclica de vazão. Engenharia Sanitária e Ambiental, 2008, vol. 13, p. 226-235.
  • CARVALHO, Karina Querne de, et al. Avaliação do comportamento hidrodinâmico de reator UASB submetido à variação cíclica de vazão. In 25 Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, Recife, 2009. Anais.Rio de Janeiro : ABES, 2009.
  • CARVALHO, Karina Querne de, et al. Avaliação hidrodinâmica de reator UASB submetido à variação cíclica de vazão. In IX Taller y Simposio Latinoamericano de Digestión Anaerobia, Isla de Pascua, Chile, 2008. Memorias.Valparaiso : PUC de Valparaiso, 2008. Resumo.
  • CARVALHO, Karina Querne de, et al. Estudo hidrodinâmico em reator UASB submetido à variação cíclica da vazão afluente. In Taller y Simposio Latinoamericano sobre Digestión Anaerobia, Puntal del Este, 2005. Proceedings - VIII Taller. : IWA, 2005. Resumo.
  • CARVALHO, Karina Querne de, et al. Proposta de modelo matemático simplificado para avaliar a resposta dinâmica de reator UASB submetido a cargas hidráulicas cíclicas. In 25 Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, Recife, 2009. Anais.Rio de Janeiro : ABES, 2009.
  • CARVALHO, Karina Querne de, et al. Resposta dinâmica de reator UASB submetido a cargas orgânicas e hidráulicas cíclicas. In 25 Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, Recife, 2009. Anais.Rio de Janeiro : ABES, 2009.
  • CARVALHO, Karina Querne de, et al. Resposta dinâmica de reator UASB submetido a cargas orgânicas e hidráulicas cíclicas: modelo matemático simplificado. In IX Taller y Simposio Latinoamericano de Digestión Anaerobia, Isla de Pascua, Chile, 2008. Memorias.Valparaiso : PUC de Valparaiso, 2008. Resumo.
  • CARVALHO, Karina Querne de, et al. Resposta dinâmica de reatores UASB submetido a cargas orgânicas e hidráulicas cíclicas: resultados experimentais. In IX Taller y Simposio Latinoamericano de Digestión Anaerobia, Isla de Pascua, Chile, 2008. Memorias.Valparaiso : PUC de Valparaiso, 2008.
  • CARVALHO, Karina Querne de, SALGADO, Monique Toledo, e PIRES, E. C. Influência da variação cíclica de carga hidráulica no comportamento do reator UASB. In 23 Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, Campo Grande, 2005. Anais.Rio de Janeiro : ABES, 2005.
  • SALGADO, Monique Toledo, CARVALHO, Karina Querne de, e PIRES, E. C. Avaliação da recirculação do percolado na degradação anaeróbia dos resíduos sólidos urbanos (RSU) e obtenção de parâmetros cinéticos aparentes por meio de modelo matemático simplificado. In 23 Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, Campo Grande, 2005. Anais.Rio de Janeiro : ABES, 2005.
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