Estudos e modelagem do comportamento hidrodinâmico de lagoas de polimento

Autor: Ricardo Gomes Passos
Přispěvatelé: Marcos Von Sperling, Vinicius Verna Magalhaes Ferreira, Edna Maria de Faria Viana, Carlos Augusto de Lemos Chernicharo, Rubens Martins Moreira, Andrés Omar Alvarado Martínez
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2017
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFMG
Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)
instacron:UFMG
Popis: A eficiência de lagoas de estabilização está intimamente relacionada a fatores hidrodinâmicos que podem ocorrer no interior desses sistemas. Inferência sobre alguns desses fatores (a exemplo do curto-circuito, grau de dispersão e zonas de estagnação) é possível por meio datécnica estímulo-resposta com o uso de traçadores. Já a influência de fenômenos como estratificação térmica, mistura vertical, ação do vento, turbulência, presença do lodo e linhas de recirculação é mais bem descrita com análise de outros dados de campo, tais como medições no perfil vertical da lagoa, uso de flutuadores, corantes, dados meteorológicos, e com uso de modelos matemáticos e ferramentas computacionais mais avançadas de análise de fluxo, sendo a Computational Fluid Dynamics (CFD), ou fluidodinâmica computacional, um excelente exemplo e de crescente aplicação na área. Com o objetivo de avaliar o comportamento hidrodinâmico de lagoas e a sua relação com características de projeto, operação e fatores ambientais externos, utilizou-se as ferramentas mencionadas para estudos e modelagem em duas lagoas de polimento em diferentes configurações operacionais,dimensionadas para o atendimento de pequenas comunidades. Resultados do monitoramento no perfil vertical demonstraram eventos periódicos diários de estratificação térmica seguidos de desestratificação e mistura vertical, em ambas as lagoas e fases de operação, bem como grande influência do lodo no balanço térmico. Testes com traçadores e medidores de fluxo revelaram velocidades típicas, trajetórias e tendências de comportamentos hidrodinâmicos naslagoas - tais como acentuado curto-circuito e tendência geral de mistura completa - bem como permitiram registros práticos a respeito do uso dessas técnicas, a exemplo de advertências sobre o uso de sal de cozinha como traçador e restrições no uso de molinetes hidráulicos emedidores de fluxo. Modelos em CFD foram desenvolvidos considerando as condições de contorno e as interações com o ambiente externo mais relevantes para lagoas, e contribuíram para reforçar a importância da ferramenta na análise hidrodinâmica desses sistemas. Os modelos, calibrados e validados, foram utilizados em conjunto com dados de campo e permitiram uma análise hidrodinâmica detalhada, possibilitando assim avaliações e diagnósticos de unidades existentes, melhorias de projetos, intervenções operacionais paramelhoria da eficiência e possíveis sugestões de avanços nos estudos e na modelagem desses sistemas. The efficiency of stabilization ponds is closely related to hydrodynamic factors that may occur within these systems. Inference about some of these factors (eg, short circuit, dispersion degree and stagnation zones) is possible through the stimulus-response technique with tracers. However, influence of phenomena such as thermal stratification, vertical mixing, wind effects, turbulence, presence of sludge and recirculating flows can best be described with analysis of other field data, such as measurements along the vertical profile of the pond, use of hydraulic measurement devices, dye, weather data, and/or use of more advancedcomputational flow analysis tools; being the Computational Fluid Dynamics (CFD) an excellent example, with increasing application in the area. In order to evaluate the hydrodynamic behavior of ponds and their relationship with design caracteristics, operation and external environmental factors, the aforementioned tools were used for studies and modeling in two polishing ponds in different operational configurations, designed to small communities. Results of the vertical profile monitoring demonstrated daily thermal stratification events followed by destratification and vertical mixing, in both ponds andoperation phases, as well as great influence of the sludge on the thermal balance. Tracer tests and flow analysys tests revealed typical velocities, trajectories and trends of hydrodynamic behavior in ponds - such as high degree of short-circuiting and general tendency of complete mixing - as well as practical records regarding the use of these techniques, as warnings about the use of table salt as a tracer and restrictions on the use of hydraulic devices and flow meters. CFD models were developed considering the contour conditions and interactions with environment most relevant to ponds, and contributed to reinforce the importance of the tool in the hydrodynamic analysis of these systems. The models (calibrated and validated) were used in conjunction with field data and allowed a detailed hydrodynamic analysis, thus allowing evaluations and diagnoses of existing units, project improvements, operational interventions to improve efficiency and possible suggestions for advances in studies and modeling of these systems.
Databáze: OpenAIRE
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