Avaliação da porosidade e colmatação de camadas filtrantes via tomografia computadorizada de raios X e fluidodinâmica computacional

Abstract

A filtragem de águas residuais para reúso é uma prática aplicada para a conservação dos recursos hídricos. Contudo, sua eficácia está diretamente relacionada à permeabilidade do filtro, que pode ser comprometida pelos processos de colmatação devido à retenção de partículas suspensas. Este estudo investiga a colmatação da estrutura porosa de camadas filtrantes. Para avaliar a porosidade, empregou-se técnicas de porosimetria por injeção de fluidos e μTC-RX. As porosidades entre as diferentes técnicas foram correlatas, apresentando desvio padrão abaixo de 1,5%. Os processos de colmatação e a sensibilidade do mesmo aos parâmetros de velocidade, tamanho, rugosidade e taxa de partícula foram estudados a partir de simulações de fluidodinâmica computacional (CFD) utilizando partículas de zircônia. Os resultados indicaram a necessidade de intervalos de fluxo entre 24 e 50 horas para reduções de porosidade acima de 1% nos meios porosos estudados, além de evidenciarem caminhos prioritários e pontos de maior deposição ao longo das amostras, e alta sensibilidade quanto a variação dos parâmetros de simulação de tamanho, velocidade e taxa de partículas. A variação do parâmetro de rugosidade da partícula apresentou baixa sensibilidade. A diferença relativa entre o modelo de simulação utilizado nesta pesquisa (one way) e o mais acurado (fully coupled) foi de 8%, sugerindo que o modelo one way oferece uma boa aproximação para estes casos de colmatação com menor custo computacional.