Cavitação hidrodinâmica para tratamento de águas

Abstract

O presente trabalho está enquadrado no estudo do fenómeno de cavitação, centrando-se essencialmente na cavitação hidrodinâmica aplicada ao tratamento de águas. Atualmente, o método de tratamento mais utilizado para a desinfeção de águas contaminadas com microrganismos é a cloração. No entanto, a utilização em excesso de cloro, associado a alguns compostos orgânicos, conduz à formação de substâncias cancerígenas potencialmente nefastas para a saúde pública. Assim sendo, um sistema ideal de desinfeção de águas contaminadas deveria basear-se numa tecnologia robusta, independente, de investimento reduzido e baixos custos de operação, com uma manutenção simples e eficaz, assim como deveria depen- der de um contributo mínimo ou nulo de agentes químicos, providenciando um tratamento seguro das águas. Um cavitador hidrodinâmico cumpre os requisitos previamente referidos, recorrendo ao fenómeno de cavitação para reduzir a pre- sença de substâncias químicas e microrganismos na água, dependendo do número de eventos de cavitação gerados.

Este trabalho teve como principais objetivos fazer uma revisão do estado da arte sobre o fenómeno de cavitação, de modo a fundamentar a potencialidade da sua aplicação para tratamento de águas residuais, e construir uma instalação ex- perimental que permitisse estudar diferentes condições de escoamento cavitante. Pretende-se, portanto, estabelecer critérios de design na geração de cavitação hi- drodinâmica, explorando diferentes configurações de uma secção de ensaios que funciona como modelo, de modo a prover o conhecimento fluido-dinâmico funda- mental para o desenvolvimento de ferramentas de design em cavitadores hidrodi- nâmicos.

Os resultados preliminares da instalação construída permitiram observar for- mações fluido-dinâmicas sugestivas do aparecimento do fenómeno de cavitação. Por outro lado, as estruturas fluido-dinâmicas associadas a diferentes geometrias de constragimentos, e configurações, indicam a importância de prosseguir uma investigação experimental sistemática da sua influência na geração de cavitação hidrodinâmica e dos fundamentos físicos que estão na sua génese.

The framework of this work is the study of the cavitation phenomenon, focu- sing on hydrodynamic cavitation in water treatment. Currently, the most used method for treating microorganism contaminated water us chlorination. However, the excessive use of chlorine, associated with some organic compounds, leads to the formation of cancer substances, potentially harming public health. Therefore, an ideal system for disinfecting contaminated waters should be based on a tech- nology that is robust, independent, of reduced investment and operation costs, with a simple and effective maintenance, as well as minimum dependence or null of chemical agents, providing a safe water treatment. A hydrodynamic cavitator fulfills these requirements using the cavitation phenomenon to reduce the presence of chemicals and microorganisms in water, depending on the number of cavitation events.

The main objectives of this work are: to make a detailed state-of-art review on the cavitation phenomenon, in order to fundament its potential application for water treatment; to build an experimental setup that allows to study different cavitating flow conditions. Also, the establishment of design criteria in the gene- ration of hydrodynamic cavitation is sought, exploring different configurations in a working section that operates as model, in order to promote the fundamental fluid dynamic knowledge to develop appropriate hydrodynamic cavitation design tools.

The preliminary results in the tests performed with the experimental faci- lity allowed observing fluid dynamics formations suggestive of the emergence of cavitation. On the other hand, the fluid dynamic structures associated with dif- ferent geometries in the constraints, and configurations, indicate the importance of continuing a systematic experimental research of its influence on generation of hydrodynamic cavitation and the physical fundamentals at their origin.