Análise das deformações viscosas e da segregação de fases em floculadores tubulares helicoidais e suas relações com a razão de curvatura

Os floculadores tubulares helicoidais (FTHs), quando comparados com os floculadores hidráulicos atualmente empregados em estações de tratamento de água e efluentes, têm demonstrado elevada eficiência na formação de flocos, com baixo tempo de detenção hidráulica (Tdh) e elevados níveis de dissipação de energia, desafiando o atual paradigma da floculação (elevados Tdhs e baixos níveis de dissipação energia). No entanto, os mecanismos que possibilitam esses floculadores operarem de maneira satisfatória nessas condições operacionais ainda não foram elucidados. Sabe-se que as deformações viscosas do fluido apresentam grande influência na oportunidade de choques e, consequentemente, na floculação. Outro fator que também tem relevância na floculação é a concentração de partículas que, nos modelos atuais, é assumida uniforme em todo o reator. Neste contexto, buscando avançar no entendimento da floculação nesses floculadores, a presente tese apresenta uma avaliação da influência da razão de curvatura dos FTHs (d/D, onde d é o diâmetro do tubo e D é o diâmetro de enrolamento), nas taxas de deformações dos elementos de fluido, até então assumidas como principal mecanismo na colisão entre as partículas. Apresenta também a influência dessa razão na segregação de fases característica do escoamento bifásico em tubulações curvadas. Para tanto, avaliou-se 5 configurações de FTHs, com razão de curvatura de 0,0091, 0,0182, 0,0364, 0,0729 e 0,1458, por meio de simulações fluidodinâmicas computacionais monofásicas e bifásicas, com e sem a consideração do campo gravitacional, adotando-se eixos de enrolamento horizontal e vertical. Os resultados demonstram a importância de levar em conta as deformações lineares, desprezadas em alguns modelos de colisão, além da relação direta da razão de curvatura com as deformações, tanto lineares quanto angulares, e, consequentemente, com a taxa de deformação por cisalhamento. Em relação à segregação de fases, verificou-se uma relação inversa com a razão de curvatura. Contudo, esta segregação é influenciada pela posição do reator em relação ao campo gravitacional. Nos reatores com eixo de enrolamento horizontal, verifica-se um ciclo de segregação e mistura a cada volta. Já nos FTHs com eixo de enrolamento vertical, há um aumento significativo da concentração de partículas sólidas na região do reator próximo a parede interna ao enrolamento, devido ao efeito combinado do arraste do escoamento secundário e a atração gravitacional