5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.5 EXPERIMENTOS EM FLUXO CONTÍNUO PARA ANÁLISE DA
Esses experimentos foram realizados de modo a assegurar que o ponto de início da reação nas simulações estava adequado, uma vez que se pressupunha que o fluxo do efluente, devido a fenômenos hidrodinâmicos como vórtices e zonas preferenciais, dependendo da vazão empregada, poderia afetar a distribuição de ferro no reator, cuja presença assegura o início da reação.
A evolução da distribuição de ferro no reator (em especial na parte inicial do módulo) no período transiente está ilustrada nas Figuras 23 e 24, correspondentes aos experimentos I (vazão 0,5 L.min-1) e II (vazão 2 L.min-1), respectivamente. No lado
direito das imagens está ilustrado o defletor de entrada, sendo que o canto superior esquerdo corresponde ao ponto de entrada do efluente no reator.
Figura 23 – Evolução da distribuição de ferro na parte inicial do reator a cada 5 minutos para o Ensaio I (vazão 0,5 L.s-1)
Figura 24 – Evolução da distribuição de ferro na parte inicial do reator a cada 5 minutos para o Ensaio II (vazão 2 L.min-1)
Nas imagens, a presença ou ausência de ferro entre o defletor e o primeiro eletrodo é o aspecto de maior importância para análise, visto que, teoricamente, não deveria haver íons coagulantes nesse espaço, uma vez que a superfície direita do primeiro eletrodo (cátodo) não é ativa. Logo, é possível observar nas imagens a ocorrência de alguns fenômenos hidrodinâmicos do reator, como vórtices, que ocorrem no sentido contrário ao fluxo do efluente. Esse contra fluxo, ocasionado, provavelmente, devido ao efeito das bolhas, faz com que haja, inicialmente, um retorno do ferro gerado a partir do eletrodo 2, que atinge a região próxima ao defletor. No caso do Ensaio I, com vazão igual a 0,5 L.min-1, constata-se um acúmulo
de ferro no primeiro passo do reator, que ocorre desde o período transiente e perdura para o período estacionário da reação. Já no caso do Ensaio II, percebe-se que a vazão mais elevada reduz o efeito dos fenômenos hidrodinâmicos que causam o retorno de ferro, de modo que não há acúmulo de íons coagulantes na região citada. Visando confirmar as observações visuais do experimento, foram coletadas amostras dos dois experimentos, com o sistema em estado estacionário, as quais foram digeridas e a concentração de ferro foi lida em espectrofotômetro de absorção atômica. A malha de amostragem está ilustrada na Figura 14. Os resultados estão apresentados na Figura 25, em que o eixo x corresponde à distância longitudinal do ponto ao dispositivo de entrada no reator.
Figura 25 – Concentração de ferro ao longo do reator para os Ensaios I (0,5 L.min-1) e II (2 L.min-1) no estado estacionário
Como é possível constatar, os dados experimentais comprovam as observações feitas durante os experimentos. No caso do Ensaio I, com vazão menor, a concentração de ferro é elevada (20,63 mg.L-1) já nos pontos iniciais do reator, entre
o defletor e o primeiro eletrodo, o que não ocorre no caso do Ensaio II, em que a concentração nesse ponto é quase dez vezes mais baixa (2,3 mg.L-1), e mantém-se
estável até uma distância igual a 15 cm. A partir desse ponto as concentrações vão se aproximando, de modo que, para vários pontos de amostragem, a diferença do valor observado entre os dois ensaios é inferior a 3 mg.L-1 .
Ao investigar a influência de fontes de turbulência como as bolhas no comportamento hidrodinâmico em reatores de eletrofloculação, Colli e Bisang (2011) observaram que, de fato, o coeficiente de dispersão aumenta com a geração de gás para vazões baixas, porém, este não é afetado em vazões mais elevadas.
Dessa forma, é possível constatar uma diferença no ponto de início da reação para as duas configurações de vazão testadas. No Ensaio I, com vazão menor, devido ao acúmulo de ferro, a reação de remoção do corante tem início a partir do defletor. Já para o Ensaio II, a reação tem início apenas a partir do primeiro eletrodo, já que não há a presença de íons coagulantes antes desse ponto. Essa informação foi, assim, utilizada para definir o ponto de início das reações nas simulações do perfil de concentração do reator.
De modo a melhor basear essas conclusões, bem como definir o ponto de início da reação nas simulações dos ensaios com condições intermediárias de vazão, foram realizados testes com condições de vazão iguais a 1 L.min-1 e 1,5 L.min-1, cuja
situação no estado estacionário foi registrada em fotografias. Na Figura 26, estão apresentadas a distribuição de ferro no estado estacionário para os quatro Ensaios realizados.
Figura 26 – Distribuição de ferro no reator, no estado estacionário, para as condições de vazão: (a) 0,5 L.min-1; (b) 1 L.min-1; (c) 1,5 L.min-1; (d) 2 L.min-1
Com base nas imagens registradas para cada condição de vazão, percebe-se que a distribuição de ferro no reator para a condição de vazão de 1,5 L.min-1 mostrou-
se muito próxima da condição com vazão igual a 2 L.min-1, não havendo retorno do
ferro para a região anterior ao primeiro eletrodo.
Já para a condição de vazão de 1 L.min-1, verifica-se que ocorreu retorno de
ferro, porém, é possível observar que a quantidade de ferro que retorna no sentido contra-fluxo é baixa em comparação com a condição de 0,5 L.min-1, aproximando-se
mais da situação observada para as outras condições. Percebe-se, por exemplo, que enquanto para a condição de 0,5 L.min-1, houve o acúmulo de uma espessa camada
de ferro na região analisada, para a condição de 1 L.min-1 isso não ocorreu, uma vez
que o efluente permanece visível em algumas regiões.
Dessa forma, considerando que de acordo com a teoria da eletrofloculação, a reação tem início a partir da superfície ativa do eletrodo, e que para as condições de 1 L.min-1 e 1,5 L.min-1 não verificou-se um acúmulo excessivo de ferro entre o defletor
e o primeiro eletrodo que indique com segurança que o início da reação ocorre nessa região, a consideração mais plausível em ambas as condições é que a reação tem início a partir do primeiro eletrodo. Assim, este foi o ponto adotado para inserção da condição de contorno de reações nas simulações do reator.