Simulação computacional do efeito da turbulência na hidrodinâmica de misturadores estáticos Kenics® aplicados à fotocatálise

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dc.contributor.advisor-co1Xavier, Thiago Padovani
dc.contributor.advisor-co1IDhttps://orcid.org/0000-0001-7148-9921
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8669754182140698
dc.contributor.advisor1Lira, Taisa Shimosakai de
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0002-2690-242X
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8699243861996813
dc.contributor.authorSchneider, Bruno de Oliveira
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0009-0005-2273-2266
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/7397231442316912
dc.contributor.referee1Bacelos, Marcelo Silveira
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0002-0838-6839
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3741207242086712
dc.contributor.referee2Santos, Kassia Graciele dos
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/ 0000-0001-7452-6900
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/9680475824447820
dc.date.accessioned2025-03-26T22:10:10Z
dc.date.available2025-03-26T22:10:10Z
dc.date.issued2024/11/13
dc.description.abstractThe treatment of industrial effluents can be considered an essential factor for sustainable development. Among the advanced oxidative processes (AOPs) applied, heterogeneous photocatalysis stands out due to the possibility of using solar energy and because it occurs at ambient pressure and temperature. Its large-scale application depends on improving the performance of photocatalytic reactors, with the compound parabolic collector reactor being one of the most promising. In this context, the use of static mixers has emerged as an alternative to improve mixing parameters and increase the rate of pollutant degradation. Although there are studies evaluating the main commercial mixers or geometries developed by the author, there is a lack of analysis of the hydrodynamic effect of using mixers in heterogeneous photocatalysis processes. The aim of this work was to numerically evaluate the effect of static mixers on the hydrodynamics of the photocatalytic process in a compound parabolic trough reactor. To do this, the flow inside the reactor was numerically simulated using Ansys Fluent® software for Reynolds numbers of 4,500 and 30,000. The contour plots and current lines of the normalized axial velocity along the tube and in different sections of the mixer were analyzed. The pressure drop resulting from the use of mixers was also evaluated. The results showed that the static mixer promoted the formation of vortices in different regions of the tube, an increase in the velocity gradient and turbulence in the flow. In addition, the geometry of the mixer favored the direction of the fluid towards the edge of the tube, a region that is most affected by radiation. These phenomena contribute to a better dispersion of the catalyst and the effluent in this region, which favors the heterogeneous photocatalytic reaction. Increasing the Reynolds number from 4500 to 30000 contributed to the formation of well-defined vortices, a reduction of the vortices, a reduction in backflow and an increase in higher velocity zones. Therefore, there was a positive effect on the hydrodynamic performance of the reactor
dc.description.resumoO tratamento de efluentes industriais pode ser considerado um dos fatores essenciais para o desenvolvimento sustentável. Entre os processos oxidativos avançados (POAs) aplicados, a fotocatálise heterogênea possui destaque devido à possibilidade de uso da energia solar e por ocorrer à pressão e temperatura ambientes. A sua aplicação em larga escala depende do aprimoramento do desempenho de reatores fotocatalíticos, sendo o reator do tipo coletor parabólico composto um dos mais promissores. Nesse contexto, a utilização de misturadores estáticos surge como alternativa para melhorar os parâmetros de mistura e aumentar a taxa de degradação dos poluentes. Apesar de existirem pesquisas que avaliam os principais misturadores comerciais ou geometrias desenvolvidas pelo próprio autor, existe uma carência de análise do efeito hidrodinâmico da utilização de misturadores em processos de fotocatálise heterogênea. Este trabalho objetivou avaliar numericamente o efeito dos misturadores estáticos na hidrodinâmica do processo fotocatalítico de um reator do tipo coletor parabólico composto. Para isso, simulou-se numericamente o escoamento dentro do reator, com o auxílio do software Ansys Fluent®, para os números de Reynolds de 4.500 e 30.000. Analisou-se os gráficos de contorno e linhas de corrente da velocidade axial normalizada ao longo do tubo e em seções distintas do misturador. Também foi avaliada a perda de carga decorrente da utilização dos misturadores. Os resultados mostraram que o misturador estático promoveu a formação de vórtices em diferentes regiões do tubo, aumento do gradiente de velocidade e turbulência do escoamento. Além disso, a geometria de revolução do misturador favoreceu o direcionamento do fluido para as extremidades do tubo, região que recebe maior influência da radiação. Esses fenômenos contribuem para a melhor dispersão do catalisador e efluente nessa região, o que favorece a reação de fotocatálise. O aumento do número de Reynolds de 4500 para 30000 contribuiu para a formação de vórtices bem definidos, redução de fluxo reverso e aumento de zonas de maior velocidade. Portanto, houve um efeito positivo para o desempenho hidrodinâmico do reator.
dc.description.sponsorshipAgência de fomento
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/18830
dc.languagepor
dc.language.isopt
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseMestrado em Energia
dc.publisher.departmentCentro Universitário Norte do Espírito Santo
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Energia
dc.rightsopen access
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
dc.subject Fotocatálise heterogênea
dc.subjectMisturador estático
dc.subjectDinâmica dos fluidos computacional
dc.subjectColetor parabólico composto
dc.subjectEfluente
dc.subjectHeterogeneous photocatalysis
dc.subjectStatic mixer
dc.subjectComputational fluid dynamics
dc.subjectCompound parabolic collector.
dc.subjectEffluent
dc.subject.cnpqEngenharia/Tecnologia/Gestão
dc.titleSimulação computacional do efeito da turbulência na hidrodinâmica de misturadores estáticos Kenics® aplicados à fotocatálise
dc.title.alternativeTítulo alternativo do documento e/ou traduzido em outro idioma
dc.typemasterThesis
foaf.mboxemail@ufes.br
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