Mejora del Rendimiento Hidráulico Basado en CFD de un Tanque de Contacto de Cloro: El Estudio de Caso de una Planta en el Sur de Italia
Autores: Tafarojnoruz, Ali; Loprieno, Pierpaolo; Fiorini Morosini, Attilio; Leone, Elisa; Francone, Antonio; Fella, Nadir; Lupo, Francesca; Dell"Anna, Fabrizio; Lauria, Agostino; Tomasicchio, Giuseppe Roberto
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Mejora del Rendimiento Hidráulico Basado en CFD de un Tanque de Contacto de Cloro: El Estudio de Caso de una Planta en el Sur de Italia
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Cloro
Tanques de contacto
Características hidráulicas
CFD
Desinfección de aguas residuales
Modificaciones geométricas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Los tanques de contacto de cloro son cruciales para la desinfección de aguas residuales, con un rendimiento fuertemente influenciado por las características hidráulicas internas. Este estudio aplica Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) para analizar y mejorar la hidráulica del tanque de contacto de cloración en una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales en el sur de Italia. Se desarrolló un modelo CFD tridimensional transitorio utilizando las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas por Reynolds (RANS) con el cierre de turbulencia del Grupo Renormalizado (RNG). El modelo simuló patrones de flujo, transporte de trazadores y cinética de decaimiento del cloro bajo la configuración existente y dos configuraciones alternativas. Las simulaciones de pulso de trazador conservador permitieron el cálculo de las Distribuciones de Tiempo de Residencia (RTDs) y de indicadores de eficiencia hidráulica, incluyendo el Factor de Baffle (10), el índice de Morrill (Mo) y el índice de Aral-Demirel (AD). La geometría típica de los tanques de contacto exhibe características hidráulicas específicas, incluyendo recirculación detrás de los baffles y zonas estancadas en esquinas agudas, lo que inevitablemente afecta el tiempo de contacto. La primera alternativa, que presenta esquinas redondeadas, redujo moderadamente las zonas muertas, pero no mitigó sustancialmente la recirculación. La segunda alternativa, denominada aquí como la combinación de esquinas redondeadas con paredes de baffle perforadas, mejoró sustancialmente el rendimiento hidráulico, produciendo patrones de flujo más cercanos al flujo de pistón. Los picos de RTD fueron más altos y estrechos para los diseños modificados, y los índices hidráulicos mejoraron, con Mo disminuyendo aproximadamente un 5%. Se espera que estas mejoras hidráulicas aumenten la eficiencia de desinfección al proporcionar una exposición al cloro más uniforme. Los resultados demuestran que las modificaciones geométricas optimizan efectivamente la hidráulica del tanque de contacto y destacan el papel de la CFD como herramienta de diseño y modernización para sistemas de desinfección de agua y aguas residuales.
Descripción
Los tanques de contacto de cloro son cruciales para la desinfección de aguas residuales, con un rendimiento fuertemente influenciado por las características hidráulicas internas. Este estudio aplica Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) para analizar y mejorar la hidráulica del tanque de contacto de cloración en una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales en el sur de Italia. Se desarrolló un modelo CFD tridimensional transitorio utilizando las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas por Reynolds (RANS) con el cierre de turbulencia del Grupo Renormalizado (RNG). El modelo simuló patrones de flujo, transporte de trazadores y cinética de decaimiento del cloro bajo la configuración existente y dos configuraciones alternativas. Las simulaciones de pulso de trazador conservador permitieron el cálculo de las Distribuciones de Tiempo de Residencia (RTDs) y de indicadores de eficiencia hidráulica, incluyendo el Factor de Baffle (10), el índice de Morrill (Mo) y el índice de Aral-Demirel (AD). La geometría típica de los tanques de contacto exhibe características hidráulicas específicas, incluyendo recirculación detrás de los baffles y zonas estancadas en esquinas agudas, lo que inevitablemente afecta el tiempo de contacto. La primera alternativa, que presenta esquinas redondeadas, redujo moderadamente las zonas muertas, pero no mitigó sustancialmente la recirculación. La segunda alternativa, denominada aquí como la combinación de esquinas redondeadas con paredes de baffle perforadas, mejoró sustancialmente el rendimiento hidráulico, produciendo patrones de flujo más cercanos al flujo de pistón. Los picos de RTD fueron más altos y estrechos para los diseños modificados, y los índices hidráulicos mejoraron, con Mo disminuyendo aproximadamente un 5%. Se espera que estas mejoras hidráulicas aumenten la eficiencia de desinfección al proporcionar una exposición al cloro más uniforme. Los resultados demuestran que las modificaciones geométricas optimizan efectivamente la hidráulica del tanque de contacto y destacan el papel de la CFD como herramienta de diseño y modernización para sistemas de desinfección de agua y aguas residuales.