Aplicação de túnel de vento na avaliação de linhas de fluxo geradas por crepinas de filtros de areia

Abstract

RESUMO: Visando à obtenção de informações técnicas que auxiliem aprimorar a eficiência hidráulica de filtros de areia nos processos de filtragem e retrolavagem, buscou-se avaliar o potencial de utilização de uma bancada didática de túnel de vento como método de visualização e caracterização das linhas de fluxo geradas pela interação da geometria de um modelo de dreno (crepina) com diferentes velocidades de escoamento. Os ensaios foram realizados, instalando-se um modelo comercial de dreno, do tipo cilíndrico, em um módulo experimental construído para ser acoplado a um túnel de vento vertical. Simularam-se as três vazões de escoamento de ar fornecidas pelo módulo, obtendo-se registros fotográficos com uma câmara de alta velocidade, cujas imagens foram tratadas para destacar a disposição das linhas de fluxo e os caminhos preferenciais de escoamento para os sentidos de escoamento de filtragem e retrolavagem. Correlacionou-se, por similitude, o intervalo de operação do túnel de vento com valores de vazão praticados em processos de filtração com água, em filtros de areia comerciais, com 40; 60 e 100 cm de diâmetro. Os resultados obtidos validaram a metodologia proposta, permitindo analisar o efeito da geometria da crepina nas linhas de fluxo experimentais, tanto no modo de filtragem quanto no de retrolavagem. PALAVRAS-CHAVE:irrigação localizada, filtração, retrolavagem. APPLICATION OF A VERTICAL WIND TUNNEL TO EVALUATE FLOW LINES GENERATED BY SAND FILTERS UNDERDRAINSABSTRACT: Looking for technical information to improve the hydraulic efficiency in sand filters during the filtering and backwash processes, this project had the objective to evaluate a teaching wind tunnel as a reliable method to visualize and characterize flow lines distribution generated by the interaction of a specific model of underdrain with different flow velocities. The experiment was performed by installing a commercial underdrain model, cylinder type, in an experimental section specially constructed to be coupled to a vertical wind tunnel. Three flow rate values were simulated in the tunnel, obtaining high-speed photographs. The obtained images were treated to highlight the flow lines distribution and preferred flow pathways for the filtration and backwash processes. The wind tunnel operating range was correlated by similarity with values of water flow rate in filtration processes carried out in commercial sand filters with diameters of 40, 60 and 100 cm. The obtained results validated the proposed methodology, allowing the visualization and analysis of the underdrain geometry effects on the generated flow lines, for both filtration and backwash processes.KEYWORDS: localized irrigation, filtration, backwash. INTRODUÇÃOTendo em vista que a irrigação no Brasil utiliza, na maioria das vezes, águas superficiais provenientes de rios, lagos e açudes, que não se encontram em condições adequadas devido à presença de contaminações químicas, físicas ou biológicas, a caracterização da qualidade da água deve ser abordada como prioridade na definição dos par...

Assessment methodology of backwash in pressurized sand filters

“…Behavior of cleaning efficiency in different filter bed layers (E Li ), for different combinations of filtration cycles (C1, C2 and C3), sand granulometries (G1, G2 and G3) and filtration rates (TF20, TF40, TF60 and TF75) in this experiment, using the CFD (computer fluid dynamic) tool, Mesquita (2014) detected regions at the base of the drains with absence of flow, preventing the occurrence of filter bed expansion in these regions and, consequently, its cleaning. Santos et al (2013) pointed out that different drainage systems led to different behaviors of the flow lines inside the filter and may interfere with filter bed expansion and with the loss of pressure of the backwash process. As to the possibility of the differenced contamination interfering with the values of backwash cleaning efficiency, Brouckaert et al (2006) highlight that non-uniform contaminations of the filter bed during filtration lead to non-uniform bed fluidizations, compromising the effectiveness in the cleaning of the device.…”

Desenvolvimento tecnológico de um filtro de areia para irrigação localizada

“…Ao avaliar o escoamento causado pelo dreno cilíndrico é possível observar que essa geometria proporcionou a formação de zonas mortas ou de estagnação, isto é, uma região onde não há um fluxo efetivo de escoamento, destacada por linhas tracejadas na parte superior do dreno para a velocidade de 0,15 m s -1 . Esse mesmo comportamento foi observado por Santos et al (2013) ao ensaiar esse modelo de crepina cilíndrica, utilizando túnel de vento como metodologia, e observaram que nessa mesma região havia um ponto que causava dispersão do fluido desviando a trajetória da fumaça para a região de contorno do dreno. Esse comportamento também foi observado nos drenos cônicos, devido às áreas sem saídas ou aberturas livres para o escoamento de fluido, nas partes superiores laterais.…”

“…Esse efeito de dispersão das linhas de fluxo na parte superior dos drenos, além de proporcionar um aumento na perda de pressão no processo de filtragem, implica na não uniformidade de escoamento ao longo do corpo da crepina, tornando sua parte inferior a área preferencial ao fluxo e reduzindo a área de efetividade do acessório, destacada por linhas continuas na figura (SANTOS et al, 2013). Além disso, é possível visualizar que a falta de abertura nessa região causa um aumento na trajetória das linhas de fluxo até serem assimiladas pelos drenos.…”

“…Santos et al (2013) caracterizaram as variações das linhas de fluxo geradas durante o escoamento ascendente e descendente, coincidente ao processo de retrolavagem e filtragem respectivamente, para um modelo comercial de dreno com formato cilíndrico utilizando túnel de vento como metodologia. Os autores observaram que a geometria do dreno afetou a trajetória e causou distorções das linhas de fluxo, destacando que a parte superior plana do acessório causava uma dispersão do fluido durante o escoamento descendente, desviando a trajetória da fumaça para a região de contorno do dreno.…”

“…Pode se observar que, para os drenos cilíndricos e cônicos, as características de escoamento se são semelhantes, com formação de pontos de estagnação na parte superior dos drenos e a intensificação de escoamento nas laterais do acessório, concordando com os resultados encontrados porSantos et al (2013). Estes autores sugerem que tal comportamento implicaria em maior perda de pressão no sistema, devido ao caminho mais longo da trajetória das linhas, em contraste uma movimentação unicamente vertical destas linhas Salcedo (2010).…”