Avaliação dos efeitos fluidodinâmicos em módulos de membranas plana, curva e espiral via CFD.

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: LIRA, Raniere Henrique Pereira.
• Orientador(a): FARIAS NETO, Severino Rodrigues de.
• Banca de defesa: SILVA, José Nilton., FARIAS, Fabiana Pimentel Macedo., CUNHA, Acto de Lima., VIEIRA, Fernando Fernandes.
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Campina Grande
• Programa de Pós-Graduação: PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA
• Departamento: Centro de Ciências e Tecnologia - CCT
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Membrane; Diffusion model; CFD Modeling; Transmembrane pressure; Polarization concentration; Modelo da difusão; Modelo de difusión; Modelagem CFD; Modelado CFD; Pressão transmembranica; Presión transmembrana; Concentração de polarização; Concentración de polarización
• Área do conhecimento CNPq: Engenharia Química
• Link de acesso: https://dspace.sti.ufcg.edu.br/handle/riufcg/17074

Os processos de separação por membranas têm várias aplicações nos mais diversos setores da indústria, destacando-se a dessalinização por osmose inversa (OI) para a produção de água potável a partir da água salobra e/ou do mar, usando como força motriz a pressão transmembranica numa membrana semipermeável. Este trabalho teve por objetivo estudar os efeitos fluidodinâmicos em um módulo de membrana espiral. Foi desenvolvido um modelo matemático para o processo de separação, adotando o modelo da difusão da solução com base nas equações de conservação da massa, quantidade de movimento e das espécies químicas. Para este estudo foi utilizando o pacote comercial Ansys CFX® 15.0. O modelo foi aplicado a um módulo de membrana plana em duas e três dimensões onde os resultados numéricos tiveram uma boa concordância com resultados de trabalhos reportados na literatura específica. Foi realizado um estudo de qualidade da malha através do Índice de Convergência de Malha (ICM) para analisar a independência dos resultados numéricos com a malha utilizada. Foram estudadas três variáveis do processo: velocidade de alimentação, pressão transmembranica e concentração inicial da solução de NaCl. O modelo foi aplicado a diferentes curvaturas do módulo de membrana indicou uma melhoria no desempenho da membrana com a intensificação da curvatura do módulo. A configuração da membrana em espiral apresentou um aumento relevante na capacidade de produção do módulo de membrana. A vazão mássica de permeado teve dependência com a concentração inicial de NaCl, pressão transmembranica e com o número de voltas da membrana. Os resultados mostraram que variações nas grandezas envolvidas no processo de separação, como velocidade, concentração inicial e pressão transmembranica, influenciam no desenvolvimento da camada limite de concentração de polarização, assim como no fluxo de permeado. O aumento da velocidade de alimentação e redução da concentração inicial favorecem a redução da camada polarizada, e o aumento da pressão transmembranica eleva o fluxo de permeado. Os resultados das simulações apresentaram uma boa representatividade dos fenômenos de transferência envolvidos no processo de dessalinização.