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Modelagem matemática de reatores fotocatalíticos intensificados para o tratamento de águas contaminadas com resíduos farmacêuticos

Processo: 17/11583-8
Linha de fomento:Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
Vigência (Início): 01 de setembro de 2017
Vigência (Término): 31 de março de 2018
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Química - Processos Industriais de Engenharia Química
Pesquisador responsável:Antonio Carlos Silva Costa Teixeira
Beneficiário:Bruno Ramos
Supervisor no Exterior: Alberto Brucato
Instituição-sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
Local de pesquisa : Università degli Studi di Palermo (UNIPA), Itália  
Vinculado à bolsa:15/21421-0 - Intensificação de processos foto-catalíticos solares para tratamento de águas contaminadas com fármacos através da micro-estruturação de espaços reacionais, BP.PD
Assunto(s):Modelos matemáticos   Método de Monte Carlo   Processos oxidativos avançados

Resumo

A fotocatálise apresenta uma vantagem única ao permitir o uso da luz solar como fonte energética de reações químicas, reduzindo portanto substancialmente os custos operacionais, em comparação com processos termoquímicos convencionais. Reatores fotocatalícos e fotoquímicos são consideravelmente diferentes de reatores convencionais, sendo necessários esforços matemáticos adicionais para obter descrições físicas suficientemente precisas para simular seu comportamento e projetar novas configurações ab-initio. A razão por trás disso é que reações fotoquímicas e fotocatalíticas baseiam-se nas interações de um campo de radiação com espécies responsivas presentes no espaço reacional. Este campo de radiação varia ao longo do reator a depender, dentre outros fatores, da concentração dessas espécies. Portanto, sua variação está acoplada àquelas de massa, energia e momento. Matematicamente, esse problema se traduz em um sistema complexo de equações integro-diferenciais cujas fronteiras e parâmetros são quase únicos para cada configuração. Vários modelos têm sido propostos para representar o campo de radiação e para resolver os sistemas de equações acopladas, cada um levando a descrições mais ou menos precisas dos sistemas fotoquímicos. Neste trabalho, propomos investigar alguns dos diferentes modelos utilizados para representar os campos de radiação de fontes tipo LED e de fonte natural (solar), em particular os métodos de Monte Carlo (MCM); os modelos simplificados de Dois (TFM) e Seis (SFM) Fluxos; assim como recentes modificações destes propostas na literatura, como o modelo de Campo de Radiação Efetivo (ERFM). Estes modelos serão comparados entre si quanto à precisão de suas predições, e serão inicialmente utilizados para uma compreensão mais profunda dos resultados experimentais e, posteriormente - após correções apropriadas - como ferramentas preditivas para permitir o projeto ab-initio de reatores fotocatalíticos.