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Optimización del funcionamiento de un canal UV dedesinfección utilizando herramientas de simulacióncomputacional de fluidos (CFD)Autores/Authors: J.Climent, R. Martínez-Cuenca, P. Carratalà, L. García-Rego, M. García, S. Chiva.Presentador/Presenter: Javier Climent (FACSA)
ISBN 978-84-09-04625-6
Introducción
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000 Artículos publicados " Modelling CFD"APLICACIONES CFD en EDAR
o Tanques de homogeneización
o Reactores biológicos
o Decantadores
o Digestores anaerobios
o Arquetas de reparto
o Equipos desinfección UV
0
50
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150
200
Artículos publicados " CFD + Wastewater"
Introducción¿Cuál es el diseño óptimo?
Configuración Horizontal Configuración Vertical
IntroducciónTratar de forma homogénea la mayor cantidad de contaminante posible (Irradiancia)
La luz es absorbida por el medio acuoso = f (distancia a la fuente)
Estrategia para evitar zonas sin tratar:
o Distancia entre tubos para que la irradiancia no baje a menos de un porcentaje objetivo del valor máximo (típicamente un 50% o un factor 1/e)
o Disrupción del flujo laminar creando turbulencia para homogeneizar el contaminante.
Tiempo de contacto necesarioCambios de configuración, posrecirculacionesDisrupción del flujo laminar
ObjetivoMejorar la eficiencia de desinfección de un canal abierto de lámparas UV
Profundizar en el comportamiento hidráulico utilizando CFDo Lámparas de forma perpendicular
Realizar medidas experimentales a escala realo Velocidado Trazadores o Medidas de E-Coli
o Añadir banco lámparas en paraleloo Añadir banco lámparas en perpendicular (Cross Flow)o Deflector perforado
Materiales y Métodos Simulación CFD
G EO M E T R Í A
M A L L A
C . C O N TO R N OM O D E LO
S O LV E R
A N A L I S I S
Materiales y Métodos Simulación CFD
𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑
= −𝑘𝑘𝜇𝜇 · 𝐼𝐼𝑛𝑛 · 𝑑𝑑
𝑑𝑑: concentración de microorganismos [kg/m3]
𝑘𝑘𝜇𝜇: ratio de inactivación [m2/J] o [s2/kg]
𝑛𝑛: es el coeficiente de dilución
𝐼𝐼: es la irradiancia de iluminación [W/m2]
Implementación adecuada de patrones de iluminación:
o Direccionales y Difusos
Modelo de Chick-Watson
Cada fotón es emitido desde la fuente con
o una dirección
o una longitud de onda dada
Modelo de Monte Carlo
Reproduce en detalle (3D):
o Absorción, Dispersión y espectro
Materiales y Métodos Modelado de la radiación
o Ley de Beer-Lambert 1D 𝐼𝐼(𝑟𝑟) ∞ 𝑒𝑒−𝛼𝛼𝛼𝛼
o Ley de BL polar direccionada: 𝐼𝐼(𝑟𝑟) ∞
1𝑟𝑟𝑒𝑒−𝛼𝛼𝛼𝛼
𝐼𝐼(𝑟𝑟) ∞ 1𝛼𝛼𝑚𝑚𝑒𝑒−𝛼𝛼𝛼𝛼, 𝑚𝑚 > 1
o Ley de BL polar difusa:
Materiales y MétodosCaso de estudio
o Dimensiones L= 9,66m, W= 0,93m y H= 0,59m
Lámparas monocromáticas (baja presión)
o q= 800 m3/h
o TRH= 30 s
o 2 bancos x 40 lámparas x 30 W
o Irradiancia en pared de lámpara = 1.900 W/m2
Materiales y Métodos
VECTRINO NORTEK©
Equipos y técnicas experimentales
DEFLECTORPERFORADO
TRAZADORES(Inertes y reactivos)
Resultados Configuraciones
ResultadosConfiguraciones
ResultadosConfiguraciones
ResultadosConfiguraciones
a) La geometría original, placa de orificios a la
entrada.
b) Geometría modificada: tresbolillo
c) Geometría original con dos placas de orificios
d) Geometría modificada con dos placas de orificios.
ResultadosOriginal
Tresbolillo
Original con deflector
Tresbolillo con deflectorAumento del 1,4 %
Eliminación del 60,2 %
Aumento del 4,0 %
Aumento del 1.9 %
ResultadosVelocidad
ResultadosE-Coli
1º 2º
ResultadosTrazador reactivo
0,080
0,085
0,090
0,095
0,100
0,105
0,110
0 1 2
Conc
entr
ació
n tr
azad
or (p
pm)
Banco
Degradación= f (deflector intermedio)
CONDEFLECTOR
SINDEFLECTOR
1º2º
ConclusionesElaboración de un modelo CFD novedoso de un canal abierto UV en el cual se ha implementado un modelo de radiación en 3D
Modelo conceptual comparando diferentes configuraciones
Uso de modelos lagrangianos mejorará el nivel de detalle
Actualmente se están realizando medidas experimentales
Se puede modificar la eficiencia mediante modificaciones hidráulicas
