Influência da geometria da roda de pás no desempenho hidrodinâmico e consumo energético em cultivos de microalgas em tanques abertos.

Abstract

O cultivo de microalgas é uma área com grande potencial em várias indústrias, como farmacêutica, alimentícia, cosmética e energética. Com o intuito de otimizar os parâmetros geométricos de um sistema de agitação por pás rotativas de um tanque de microalgas, a partir de CFD e da validação experimental, foi realizada a investigação de diferentes velocidades de rotação, ângulo construtivo e número de pás em uma roda de pás na operação de um tanque de cultivo de microalgas. Os resultados obtidos revelaram que que tanques operados com as rodas com ângulo construtivo de 90° apresentaram velocidades médias de escoamento mais altas. Em termos de Índice de Mistura Vertical (IMV), as rodas com 8 pás obtiveram desempenhos inferiores em relação às de 4 e 6 pás. O ângulo construtivo de 60° minimizou a potência consumida. A configuração ótima encontrada foi a roda com 4 pás, ângulo de 60° e rotação de 19 rpm, sendo observado o maior Índice de Desempenho da Mistura (IDM), no valor de 46,12 W-1. As pás retas, quando operadas na rotação de 13 rpm, não foram capazes de manter as microalgas em suspensão. Nos casos das pás com ângulo de 60°, todas as rotações testadas atingiram um alto nível de suspensão.

Palavras-chave:

Otimização. CFD. Fluidodinâmica.

Microalgae cultivation is a field with significant potential across various industries, such as pharmaceuticals, food, cosmetics, and energy. Aiming to optimize the geometric parameters of a paddlewheel agitation system through Computational Fluid Dynamics (CFD) and experimental validation, an investigation was conducted involving different rotation speeds, blade pitch angles, and the number of blades on a paddlewheel within a microalgae cultivation tank. The results revealed paddlewheels with 90° inclined blades exhibited higher average flow velocities. Regarding the vertical mixing index (VMI), the 8-blade paddlewheels demonstrated inferior performance compared to systems with four and six blades. A pitch angle of 60° minimized power consumption. The optimal configuration found was a 60° angled 4-blade paddlewheel, operating at a rotation speed of 19 rpm, yielding the highest mixing performance index (MPI) value at 46.12 W-1. Straight blades operated at 13 rpm could not sustain microalgae suspension. For 60° inclined blades, all tested rotations achieved a high level of suspension.

Keywords:

Optimization. CFD. Fluid dynamics.