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Modelización de flujos de líquido-gas en plantas de tratamiento de agua

Sobre el blog

Francisco Jose Lara Garachana
Ingeniero, Propietario y Director de SIIMULACIONES Y PROYECTOS, SL. Relacionado con el Agua a través de la simulación numérica a través de nuestra consultoría y nuestras herramientas de simulación.

Temas

  • Modelización flujos líquido-gas plantas tratamiento agua

La desinfección con Ozono es un proceso de las Plantas de Tratamiento para eliminar las bacterias /virus provenientes del agua sin tratar, reduciendo la concentración de hierro, magnesio y sulfato, y los problemas de sabor y hedor. La desinfección con Ozono es fundamental para asegurar una alta calidad en la planta de tratamiento del agua.

El Ozono es formado en las plantas de tratamiento usando un generador de Ozono. El agua sin tratar pasa a través de un tubo venturi, que introduce el ozono hacia el agua, creando una mezcla de ozono-agua. La efectiva desinfección de esta mezcla depende de la combinación, advección y disolución del ozono en el agua.

Conocer el comportamiento de la mezcla líquido-gas supone comprender claramente el efecto de la hidrodinámica local y de la mezcla. Una buena solución numérica puede capturar esta física compleja y modelar con precisión los flujos líquido-gas en las instalaciones de tratamiento de agua.

Por consiguiente, se pueden optimizar los parámetros físicos del equipo de mezcla de ozono-agua y las características de formación de ozono.

Como funciona el Modelo de Disolución de Gas

El modelo de disolución de masa de gas realiza un seguimiento de las concentraciones relativas de gas en una celda computacional. Si la concentración de gas en la celda es menor que la concentración de saturación de gas, entonces hay una transferencia masiva de gas de las burbujas de gas al agua. La siguiente ecuación de transferencia de masa gas-líquido resume esta idea:

Donde  kL es el coeficiente de transferencia de masa líquida, a es el área interfacial específica, CL*  es la concentración de saturación del gas disuelto y CL es la concentración local de gas. Con esta ecuación relativamente simple, el modelo de disolución de masa de gas FLOW-3D, hace un excelente trabajo de seguimiento de la disolución de gas en el fluido cercano.

En una simulación típica que utiliza este modelo, el gas se genera y se introduce en el fluido, donde se rastrea la dinámica de la mezcla gas-fluido. Usando el modelo de partículas de FLOW-3D, el gas se genera como partículas, que luego se disuelven en el fluido con el tiempo, lo que aumenta la concentración de gas en el fluido.

Simulación de FLOW-3D que muestra la generación y disolución de partículas de gas en el fluido circundante

Esta simulación tiene una concentración de saturación (CL*) de 0.0004 y un coeficiente local de transferencia de masa líquida (kL) de 0.07. Las partículas se generan a una velocidad de 100 partículas/s durante 100 segundos. Las partículas se mueven hacia arriba simplemente debido a la flotabilidad. A este nivel de concentración de saturación y coeficiente local de transferencia de masa líquida, todas las partículas de gas se disuelven casi por completo en el fluido y apenas llegan a la superficie libre. 

Simulación de FLOW-3D que muestra la mezcla y disolución de partículas de gas dentro de un mezclador mecánico

Esta simulación tiene una mezcla de partículas de fluido y gas que se liberan en un recipiente que contiene la paleta mezcladora. A medida que la paleta gira, las partículas de gas se disuelven en el fluido. En esta simulación se activa un modelo de turbulencia (k-ε) para mejorar la mezcla, además de la mezcla mecánica ya acelerada que se produce debido a las paletas giratorias.

Fuente: FLOW-3D

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