Simulação via método de Boltzmann em rede da hidrodinâmica de biorreator em leito fixo para tratamento de vinhaça

Resumo

Por meio do método de Boltzmann em rede (lattice Boltzmann method - LBM, em inglês), a presente pesquisa propõe a simulação computacional da hidrodinâmica de biorreatores de leito fixo para tratamento de vinhaça. Na medida em que o escoamento interfere na concentração de espécies químicas no interior do biorreator, tal simulação em detalhes auxilia a compreensão dos fenômenos de transporte ali presentes, permitindo a adequação e otimização do processo. Em comparação com métodos clássicos de discretização (como elementos finitos ou volumes finitos), LBM é relativamente recente mas tem despertado a atenção da comunidade acadêmica, com aplicações para problemas envolvendo fenômenos de natureza multifásica e/ou fronteiras móveis. LBM é um método em mesoescala que trata o meio material como composto por partículas (fictícias) que habitam uma rede, deslocando-se ao longo das conexões da rede e colidindo entre si ao chegar a um mesmo sítio. Com base nesta dinâmica de partículas, é possível simular o comportamento macroscópico do sistema. O simulador LBM será validado contra dados gerados por pesquisas experimentais em biorreatores de interesse, em colaboração com outros projetos de pesquisa financiados pela FAPESP, como também contra resultados numéricos a serem obtidos com o auxílio do software comercial de fluidodinâmica computacional (computational fluid dynamics - CFD, em inglês). Além da vantagem de elaborar um simulador em código computacional aberto, este projeto de pesquisa desenvolverá competências em modelagem e simulação de biorreatores para tratamento de efluentes a partir de método numérico que se encontra na fronteira do conhecimento. (AU)