MEFTE
Bragança 09
Fernando Pinho
Pedro Coelho
Paulo Oliveira
Paulo Piloto
Título: Actas da lI! Conferência Nacional em Mecânica de Fluidos, Termodinâmica e Energia (MEFTE -BRAGANÇA 09), resumos.
Autores da edição: Fernando Pinho, Pedro Coelho, Paulo Oliveira, Paulo Piloto. ISBN: 978-989-96264-0-9
Depósito Legal: 297510 I 09
Editora: Associação Portuguesa de Mecânica Teórica Aplicada c Computacional (APMTAC)
Imagem: Atilano Suarez {Serviços de imagem do (PB) e Ricardo Gonçalves (CTI-ESTIG-IPB) Paginação: Paulo Piloto, Elizabcth Pereira, Fernanda Maçorano
ACTASDA
III Conferência Nacional em Mecânica de Fluidos. TcmlOdinâmica c Energia (MEFTE - BRAGANÇA 09)
resumos
ORGANIZAÇÃO
APMTAC -Associação Portuguesa de Mecânica, Teórica, Aplicada c Computacional FEUP - Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
1ST - Instituto Superior Técnico, Universidade Tccnica de Lisboa UBI- Universidade da Beira Interior
IPB - Instituto Politécnico de Bragança
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0 lO"" ~~ UNIVERSIDADE DA BEIRA INTERIOR~; Faculdade de Engenharia ~~=N~UTtClllCO
COMISSÃO ORGANIZADORA
Fernando Pinho - Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Pedro Coelho - Intituto Superior Técnico
Paulo Oliveira - Universidade da Beira Interior Paulo Piloto - Instituto Politécnico de Bragança
COMISSÃO
EXECUTIVA
Ana Isabel Pereira - Instituto Politécnico de Bragança Carlos Balsa -Instituto Politécnico de Bragança Diga Ferreira -Instituto Politécnico de Bragança Simão Pinho - Instituto Politécnico de Bragança Ricardo Dias - Instituto Politécnico de Bragança Rolando Dias - Instituto Politécnico de Bragança Rui Lima -Instituto Politécnico de Bragança Valdemar Garcia - Instituto Politécnico de Bragança
COMISSÃO
HONRA
Albano Alves - Escola Superior de Tecnologia e Gestão Vitor Alves -Governo Civil de Bragança Jorge Nunes - Câmara Municipal de Bragança Sobrinho Teixeira - Instituto Politécnico de Bragança
COMISSÃO CIENTÍFICA
A. F. Migucl-Universidade de Évora
A. Heitor Reis - Universidade de É\'Ord
Abel Rouboa- Uni"crsidadc de Trâs-os-Montes e Alto Douro
António C. Sousa - University ofNcw Brunswick - Canadá
Antônio Garnciro Lopes - Universidade de Coimbra
António Mendes -Universidade da Beira Interior
Antonio Moreira -Instituto Superior Técnico
António Raimundo - Universidade de Coimbra
Carlos Pinho -Faculdade de Engenharia da Universidrldc do Porto Celestino R. Rui\'o - Universidade do AlgDfvC
Falcão Campos -Instituto Superior Técnico
Fernando Pinho - Faculdade de Engenharia dn Universidade do Pono João Campos -Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
João Viegas - Laboratório Nacional de Engenharia Civil
Jorge Capole Abreu - Universidade de Cantabria
Jose C. Pereira - Instituto Superior Técnico
Jose Carlos Teixeira - Universidade do Minha
José Conde - Universidade Nova de Lisboa
Jose COSia - Universidade de Coimbra
José Dias - Universidade Nova de Lisboa
José Palma - Fnculdade de Engenharia da Universidade do Porto Juana Fones - Laboratório Nacional de Engenharia Civil
Luís Adriano Oliveira - Universidade de Coimbra
Luís Eça - Instiruto Superior Tecnico
Luís Pais - Instituto Politécnico de Bragança
Manuel Alves - Faculdade de Engenharin da Universidade do Porto
Mário Costa -Instituto Superior Técnico
Paulo Olivcim -Universidade da Beira Interior Pedro Coelho -Instituto Superior Técnico Pedro Dinho - Universidade da Beira Interior
Rui Ferreira -Instituto Superior Técnico
Sobrinho Teixeira - Instituto Politécnico de BrngançEl
Toste Azevedo - Instituto Superior Técnico
Viriato Scrnião -Instituto Superior Técnico
II! Conferência Nacional ~m Mecânica dI: Fluidos. Termodin:lmica ~ [nergia (MEFTE -I3RtIGAt\ÇA 09)
Oxigenação
de
águas
em
colunas
de
borbulhamento inclinadas com um
si
stema
de anteparos
perfurados
Valdcmllr Garcia!, Sobrinho Tcixeira2
llnslituto Polilt!cnico de Bragança, Escola Superior de Tecnologia e de Geslão, Quinta de Sanla Apolónia, 530 1-857 Bragança, Bragança, Portugal
email: valdemar{@ipo.pl hup://www.estil!..ipb.pl
~ Inslituto Polilêcnico de Bragança, Escola Superior Agrária, Quinla de Sllnla Apolónia, 5301-H55 Bragança,
Bragança, Ponugal Sumário
Apresemo-se um estudo teórico e e.xpe,.;melltal sobre trallsferêllcia de oxigéllio pora âgfla em coll/IIOS de
borblllhamcnto ine/illadas. Para permitir a absorção, im/alou-se ao longo da collllla 1/111 siSIema de allfeparos
perfllrados igllolmellle espaçados. A inclinação 1I0riOl/ entre O" (ver/ieol) e 60
"-Desenvolve-se 11m modelo simple.'i de /rallsferência de mo.uo considerando a colllno como lima serie de
"tallqlles" peifeitamente agitados e lIlIIa metodologia de allálise qlle per/llire preller o pe/fil de cOllcenIrações
/1111/10 collllla com qllolquer nlÍmero de ameparos. a par/ir dos \'Olore.ç de KLA (coeficielltc de transferência de massa vezes a área in/c/facial) obtidos /lIIl11a colullo idêntica com reduzido IIúmero de anteparos.
Palavras-cha\'c: Oxigenação de agI/as; Modelo de t/'O/lSferéllcia de massa; E.~coalllell1o elll COllfra-correIl1C;
Collllla.~ de borblllhamel/to il/c1il/adas; Sistema de anteparos pe/furados. Introduçüo
A absorção de oxigénio para a água é de grande relevância em áreas onde se prelemlem boas concentrações em
oxigênio dissolvido como
por
exemplo no IratarnenlO de águas residuais, despoluição de pequenos cursos deágua e em aquicultura [I). Se muitos dos dispositivos para arejamenlo ou oxigcnaçüo de águas, conlemplam
colunas venicais, existem situações em que a utilização de uma configuração inclinada, ajustando-se ao declive
dos terrenos, pode ser util. Apresentamos aqui um equipamento para transferência de oxigenio para águas
deslinado a funcionar em posição inclinada que designamos por borbulhador de al/teparos peifurado.\· [2].
2 Experiências
As experiências foram efcctuadas em colunas de vidro ncrilico transparcnle com 32 mm de diâmetro interno c 0.96 m de comprime.nto. Para evitar a acumulação de gás no lado superior da coluna e consequente redução da
área inlerfncial que n disposição inclinada iria originar, foram instalados 16 anteparos perfurados de chapa de
alumínio igualmente espaçados ao longo da coluna de modo a promover uma boa interacção entre as duas [ases fluidas e a constante fonnação de bolhas. Os anleparos eram perfurados, com uma razão de diãmelros
furo/coluna de 0.5, de modo a que o furo ficasse langente à parede da coluna e, com esta inclinada,
ahemadamente na parte inferior e superior.
Usou-se água da torneira que em introduzida no lOPO da coluna. O gás usado foi oxigénio puro comercial
introduzido na base da coluna. Ensaiaram-se 4 caudais de liquido, Ql, entre 5.6xIO,f, e 14.3 xlO-fi m]/s com 7 caudais de gas, QG, entre 3.3xIO·6 e 13.3xIO·6 m3/s c 5 inclinações entre a vertical e 60°. Mediu-se a pressão no
topo da coluna, Po, e oble"e-se n sua diferença entre a base e o IOpo. A concentração, C, em oxigénio dissolvido na flgua roi medida em 5 pontos ao longo da coluna, sendo Co no topo. Efectuaram-se lambem experiências numa coluna geometricamente semelhante à coluna de 32 mm mas, com 100 mm de diâmetro interno. Ensaiaram-se as mesmas inclinações o os valores dos caudais usados foram de modo a serem iguais as
velocidades superficiais dos fluidos nas duas colunas. As experiências decorreram â temperatura de 19°.
3 Modelo de Iransferência de massa
A porção de coluna entre dois anteparos consecutivos constitui um compartimento e cada dois compartimentos
conseculivos constituem uma celu/a, elemenlo da coluna no qual o padrdo de escoamento se repete. Todas as cêlulas suo consideradas bcm agit.adas, pelo que a coluna é modelada como uma série de tanques pcrfeimmente agitados no que toca ao liquido.
Para colunas curtas, admite-se que a pressão, P, é constante em toda a coluna (igual a Po), tendo lambém o mesmo valor em todas as células, a concenlração na interface gás-liquido, C· (P=HC-, lei de Henry), o caudal
[[I Cr;mfcrcnci3 Nacional em t'llcc5nicn de Fluidos, Tcnnodinâmicn ~ Energia ~ t'I'lEFTE - BR,\GANÇA 09)
volumélrico de gás. QG, {r-KLA (coeficiente de transreréncia de massa, KL. vezes a area inlerfacial, A) e o parãmclro b=PiQl_' O balanço ao oxigênio na rase liquida
em
cada cclula permite obter a concentração na celulaN da coluna
=~
+b
P
o
(I
+b)"
H
~
" (
I+b
I
)'
(I)
Se se pretende analisar uma coluna idêntica à coluna curta mas com um numero elevado de cêlulas, deve ter-se em conta a variação ao longo da coluna de P, C' QG e
/3.
Os valores destas variáveis podem obter-se célula acelula por um processo empírico c iteralivo, a partir dos valorcs de P e
fJ
obtidos na coluna curta.4 Resultados
O valor de {l, obtido por optimização do parJmctro b da equação (I) com os dados experimentais da coluna de 32
mm ensaiada, variou entre 0.291x I 0.6 m)/s e 2.283x 10-6 ml/s. Na Fig.1 constam valores de
fJ
em função dea,
inclinação em relação à vertical, para dois caudais de líquido e todos 05 caudais de gás testados.
t; XlOi(mlls) ; xIO'(m1/s) 2,4 2,4 QL- 14 .3xlO" C01W111 2,0 COIWlII 1 Q~_5.6xl0~ml/s 2,0
+
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1,6 1,6 oo
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0,8 D D•
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0,0 0,0 O 15 30 45 60 75o
15 30 45 60 75ç
('I , I~Fig_l. Variação de pcom a, para QL=5.6xlO·6 m3/s e QL""14.3x10·6 m)/s e todos os QGensaiados (em m1/s) obtidos na coluna de 32 mm de diâmetro (coluna I).
5 Conclusões
Apresenta-se um estudo experimental e teonco de um dispositivo de transrerência dt: massa gãs-Iiquido projcctado para funcionar com inclinaç50 em relaç50
a
vertical, denominado borbulhador de anteparos perfurados. Este equipamento é modelado como uma série de "tanques" perfeitamente agitados, correspondendo cada "tanque" a uma célula. Desenvolveu-se um modelo teórico simples, válido apenas para colunas curtas, que pennite obter o coeficiente de transferência de massafJ
= KLA (produto do coeficiente de transferência de massa pela área interfacial) para cada condição de operação. Apresenta-se tambem uma metodologia que permite prever o perfil de concentrações numa coluna com qualquer número de células e anteparos, a partir dos valoresde KLA obtidos com uma coluna idêntica com reduzido número de anteparos. Referências
I. Teixeira, J. A. S., 1998. Oxigenaç50 em uquicullura: o sistema do Tubo em U. Tese de doutoramento apresentada à Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto.
2. Garcia, V. R. R., 2006. Oxigenação em borbulhadores verticais e inclinados. Tese de doutoramento apresentada li. F<lculdnde de Engenharia da Universidade do Porto.
