Clogging processes caused by calcium carbonate scaling an solid particles : simulation, experimentation and performance of drippers prototypes

Autor: Muniz, Gustavo Lopes, 1993
Přispěvatelé: Camargo, Antônio Pires de, 1986, Colen, Fernando, Frizzone, Jose Antonio, Batista, Rafael Oliveira, Coelho, Rubens Duarte, Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Agrícola, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola, UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2022
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron:UNICAMP
Popis: Orientador: Antônio Pires de Camargo Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola Resumo: A obstrução de emissores em sistemas de irrigação por gotejamento é comumente relatada como um dos principais impasses para o uso deste sistema. A obstrução de emissores é influenciada pelas características da água e pelas configurações geométricas do labirinto. Agentes de natureza física, química e biológica são os principais responsáveis pelo entupimento de emissores e, muitas vezes, esses agentes podem se combinar levando à interrupção do fluxo de água, tornando mais complexo o entendimento dos processos de obstrução. Nesta pesquisa, objetivou-se estudar os processos de obstrução provocados por partículas de pequena granulometria (< 125 ?m) e precipitados de carbonato de cálcio (CaCO3), de modo isolados e combinados em diferentes condições. Protótipos de labirintos de gotejadores com diferentes configurações geométricas foram utilizados nos ensaios. Entre esses protótipos, nove apresentam configuração geométrica que favorecem a formação de zonas de vórtices de diferentes magnitudes durante o escoamento, e seis apresentam configuração geométrica que favorece escoamento uniforme no canal. Os ensaios foram conduzidos em laboratório sob condições controladas utilizando-se água calcária sintética com dureza de 200 e 300 mg L-1 em CaCO3 e concentração de partículas sólidas (PS) de 125 e 500 mg L-1. O tempo de ensaio foi de 200 h e, a cada 40 h, foi determinada a vazão relativa de cada modelo. Imagens do interior do labirinto foram obtidas utilizando-se uma câmera de alta resolução a fim de verificar os padrões de deposição. Testes de precipitação em béquer foram realizados a fim de esclarecer os mecanismos envolvidos na interação entre PS, solução e cristais de CaCO3. A influência da concentração de PS no período de indução, taxa de precipitação e massa de CaCO3 formada foi estudada. Difração de raios-x e microscopia eletrônica de varredura foram empregadas a fim de analisar as fases cristalinas do material precipitado e as mudanças na morfologia do CaCO3 na presença de PS. Simulações de fluidodinâmica computacional foram realizadas para caracterizar o escoamento nos canais dos emissores. Nos ensaios apenas com PS, os resultados revelaram acúmulo de PS em 200 h de operação, porém não foi identificada variação de vazão dos emissores suficiente para classificá-los como obstruídos. Nos ensaios apenas com água calcária, gotejadores de escoamento uniforme foram sensíveis à deposição de CaCO3, e obstruíram nas duas condições de dureza estudadas. Nos ensaios de interação, a adição de PS na água impactou a deposição de CaCO3 nos labirintos e, consequentemente, a vazão dos gotejadores, uma vez que foi observado que a quantidade de material depositado no labirinto diminuiu com o aumento da concentração de PS na água. Em termos de resistência à obstrução, as características geométricas dos labirintos foram dominantes em relação à qualidade da água, sendo a largura do canal e a área da seção de fluxo os parâmetros geométricos que mais influenciaram na deposição nos labirintos. Finalmente, simulações de fluidodinâmica computacional foram úteis para antecipar zonas favoráveis à deposição e formação de incrustação e fornecer subsídios para o projeto de emissores Abstract: A obstrução de emissores em sistemas de irrigação por gotejamento é comumente relatada como um dos principais impasses para o uso deste sistema. A obstrução de emissores é influenciada pelas características da água e pelas configurações geométricas do labirinto. Agentes de natureza física, química e biológica são os principais responsáveis pelo entupimento de emissores e, muitas vezes, esses agentes podem se combinar levando à interrupção do fluxo de água, tornando mais complexo o entendimento dos processos de obstrução. Nesta pesquisa, objetivou-se estudar os processos de obstrução provocados por partículas de pequena granulometria (< 125 ?m) e precipitados de carbonato de cálcio (CaCO3), de modo isolados e combinados em diferentes condições. Protótipos de labirintos de gotejadores com diferentes configurações geométricas foram utilizados nos ensaios. Entre esses protótipos, nove apresentam configuração geométrica que favorecem a formação de zonas de vórtices de diferentes magnitudes durante o escoamento, e seis apresentam configuração geométrica que favorece escoamento uniforme no canal. Os ensaios foram conduzidos em laboratório sob condições controladas utilizando-se água calcária sintética com dureza de 200 e 300 mg L-1 em CaCO3 e concentração de partículas sólidas (PS) de 125 e 500 mg L-1. O tempo de ensaio foi de 200 h e, a cada 40 h, foi determinada a vazão relativa de cada modelo. Imagens do interior do labirinto foram obtidas utilizando-se uma câmera de alta resolução a fim de verificar os padrões de deposição. Testes de precipitação em béquer foram realizados a fim de esclarecer os mecanismos envolvidos na interação entre PS, solução e cristais de CaCO3. A influência da concentração de PS no período de indução, taxa de precipitação e massa de CaCO3 formada foi estudada. Difração de raios-x e microscopia eletrônica de varredura foram empregadas a fim de analisar as fases cristalinas do material precipitado e as mudanças na morfologia do CaCO3 na presença de PS. Simulações de fluidodinâmica computacional foram realizadas para caracterizar o escoamento nos canais dos emissores. Nos ensaios apenas com PS, os resultados revelaram acúmulo de PS em 200 h de operação, porém não foi identificada variação de vazão dos emissores suficiente para classificá-los como obstruídos. Nos ensaios apenas com água calcária, gotejadores de escoamento uniforme foram sensíveis à deposição de CaCO3, e obstruíram nas duas condições de dureza estudadas. Nos ensaios de interação, a adição de PS na água impactou a deposição de CaCO3 nos labirintos e, consequentemente, a vazão dos gotejadores, uma vez que foi observado que a quantidade de material depositado no labirinto diminuiu com o aumento da concentração de PS na água. Em termos de resistência à obstrução, as características geométricas dos labirintos foram dominantes em relação à qualidade da água, sendo a largura do canal e a área da seção de fluxo os parâmetros geométricos que mais influenciaram na deposição nos labirintos. Finalmente, simulações de fluidodinâmica computacional foram úteis para antecipar zonas favoráveis à deposição e formação de incrustação e fornecer subsídios para o projeto de emissores Doutorado Água e Solo Doutor em Engenharia Agrícola CAPES 88882.434695/2019-01 FAPESP 2018/20099-5
Databáze: OpenAIRE
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