Evolution de la température moyenne de l’air à la sortie

Nesta dissertação, foram utlizadas técnicas de DFC, para estudar a hidrodinâmica no interior do canal de alimentação de uma membrana semipermeável de dessalinização com os módulos enrolados em espiral. Foi investigado o efeito de quatro filamentos elípticos, todos com a mesma área, mas com diferentes configurações, dispostos em ziguezague e transversalmente ao escoamentos e para diferentes comprimentos de célula. Foram usados dois regimes de escoamento; regime estacionário e não estacionário.

Em regime estacionário, foram testados dois casos, um em que as paredes da membrana são impermeáveis e outro com a parede inferior semipermeável com duas velocidades típicas de permeabilidade (0,01 e 0,1 mm/s). Foi feita a comparação entre estes dois casos de modo a compreender de que modo a permeabilidade afeta a hidrodinâmica no interior dos canais. Os resultados mostraram que a permeabilidade tem pouca influência na hidrodinâmica. Apesar disto, o efeito da permeabilidade é mais notório quando vp é mais elevada (vp = 0,1 mm/s),

contudo estes efeitos são indistinguíveis nas figuras das isolinhas da função corrente. A existência da permeabilidade faz com que haja um decremento das velocidades máximas e médias, de p e das TCP com variações entre 0,20% e 3,27%, para a velocidade máxima, 0,39%

e 4,49% para a velocidade média, 0,70% e 83,68% .para p e 0,49% e 6,15% para as TCP .Os

resultados apresentados, para o regime estacionário, mostram a perfil das velocidades, a distribuição das velocidades, as isolinhas da função corrente, a queda de pressão e as tensões de corte na parede superior da membrana, para diferentes números de Reynolds (10 ≤ Re ≤200). Em regime não estacionário foi usada uma função sinusoidal e uma função característica de um batimento cardíaco, para estudar a influência da variação temporal da velocidade de entrada na célula e no comportamento da hidrodinâmica. No caso da função sinusoidal foram testados dois períodos, sendo estes de 0,1 e 10 segundos, de modo a compreender como é que a periodicidade do caudal afeta a hidrodinâmica no interior das células da membrana.

Os resultados apresentados mostram a distribuição da velocidades, a velocidade média no interior da célula, as isolinhas da função corrente, a queda de pressão e as tensões de corte na parede superior da membrana, para números de Reynolds a oscilar entre os 50 e os 150.

Para ambos os regimes estacionário e não estacionário devido à existência dos filamentos na célula, o perfil das velocidades não chega a ser totalmente desenvolvido como normalmente é assumido neste tipo de estudos. Assim, consoante o tipo de filamento e comprimento da célula existe um diferente perfil das velocidades característico do escoamento que representa de forma mais aproximada o escoamento real.

Pela análise da distribuição das velocidades, foi possível confirmar que para todos os casos estudados, a velocidade máxima ocorre na região da membrana entre o filamento e a parede oposta. Para a menor distância entre filamentos (L = 4 mm) observam-se remoinhos que varrem praticamente toda a parede da membrana a jusante do filamento, para os filamentos F3 e F4 com Re > 100. A existência de remoinhos ativos pode promover a diminuição do efeito de polarização por concentração e reduzir a concentração de resíduos na superfície da membrana, o que consequentemente aumenta a transferência de massa. A diminuição da distância entre os filamentos também afeta as TCP. Estas são significativamente mais elevadas com esta configuração (L= 4 mm), e assim, poderão alterar dinamicamente a camada limite de concentrações e prevenir a colmatação da superfície da membrana.

Por outro lado, a diminuição da distância entre os filamentos, acarreta uma maior p, o

que se traduz num maior consumo de energia, principalmente consumida pela bomba existente para o funcionamento do processo, além de diminuir a área útil da membrana. Assim, é necessário uma combinação entre estes dois fatores (distância entre os filamentos e p), de

modo a otimizar o processo de separação.

A utilização de diferentes configurações de filamentos implica diferentes comportamentos da hidrodinâmica. As zonas de recirculação aumentam do filamento F1 para o F4. Mais uma vez estes resultados poderão levar a um melhor desempenho da membrana. Em contrapartida, p aumenta de F1 para F4, uma vez que F4 é o que ocupa maior área

transversalmente ao escoamento oferecendo uma maior resistência. Este aumento de p deverá

refletir-se num maior consumo em termos energéticos.

As conclusões enunciados sobre a proximidade dos filamentos e p, são verificadas para

ambos os regimes de escoamento.

A utilização de uma função sinusoidal para descrever a variação temporal da velocidade de entrada na célula, provoca oscilações nas velocidades no interior da célula, nas isolinhas da

129

função corrente e consequentemente na formação de remoinhos, na p e nas TCP. Estas

oscilações poderão aumentar a eficiência do processo, uma vez que deverão provocar distorções nas camadas de concentrações e assim facilitar o fluxo permeado.

A utilização de um fluxo sinusoidal implica a existência de um p sinusoidal . Com esta

solução é necessário vencer a inercia do escoamento por duas vezes, durante a aceleração e a desaceleração do escoamento. Desta forma, é natural que haja um maior dispêndio de energia em comparação com o caso em regime estacionário.

A periodicidade tem pouca influência na hidrodinâmica no interior do canal da membrana. Quando se utiliza o período de 10 segundos, em comparação com o de 0,1 segundos, verifica-se que, há uma variação mais suave de p e das TCP ao longo do tempo em análise.

Para este período de 10 s há uma diminuição das áreas de recirculação para F1 e um aumento para F2, F3 e F4. No que diz respeito à distribuição das velocidades não há diferenças significativas, quando comparados os dois períodos.

Os resultados do estudo não estacionário com uma função característica de um batimento cardíaco revelaram que, a utilização desta função para descrever a velocidade de entrada na célula, faz com que haja uma menor variação entre os valores máximos e mínimos da velocidade no interior da célula. Este resultado da distribuição das velocidades, comparando com uma análise à p, revela que há uma menor variação de p/L uma vez que a velocidade

tem uma menor variação ao longo do período em analise. Desta forma, será necessário vencer uma menor resistência criada ao escoamento, e assim, será de esperar que haja uma poupança de energia, em comparação com o caso em que se utiliza uma função sinusoidal.

A utilização desta função também promove remoinhos com maior área, que sofrem pequenas variações de tamanho durante cerca de metade do período. Este comportamento combinado com um maior valor das TCP que se verificam com a utilização desta função, é de esperar que, com a função característica de um batimento cardíaco, ocorra a formação de zonas de recirculação mais ativas que poderão promover a transferência de massa e diminuir o fenómeno de polarização por concentração, com um menor dispêndio de energia quando comparado com a função sinusoidal