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Lynx CFD- UV v1.2

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Lynx CFD-UV es el segundo programa de la serie Lynx CFD. Se trata de un programa para la simulación CFD de los procesos fluidodinámicos y radiativos que se producen en un canal ultravioleta (UV) de una EDAR, calculando además la distribución de dosis UV y el nivel de desinfección de la bacteria Escherichia coli (E. coli) producido en el canal.
Más información en: www.abgc.es

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Lynx CFD- UV v1.2

  1. 1. Lynx CFD - UV 1 Lynx CFD consiste en una serie de programas de libre acceso desarrollados por LYNX Simulations en colaboración con el Aula de Biondicación Gonzalo Cuesta (ABGC) a partir de librerías CFD de código abierto (OpenFOAM, BlueCFD). La finalidad de este software es mostrar y despertar el interés de las herramientas CFD al sector del tratamiento de aguas. Lynx CFD-UV es el segundo programa de la serie Lynx CFD. Se trata de un programa para la simulación CFD de los procesos fluidodinámicos y radiativos que se producen en un canal ultravioleta (UV) de una EDAR, calculando además la distribución de dosis UV y el nivel de desinfección de la bacteria Escherichia coli (E. coli) producido en el canal. La desinfección en un canal UV depende en gran medida de las condiciones de operación: al aumentar el caudal, el tiempo de residencia disminuye, luego la dosis y la inactivación también lo hacen; al disminuir la potencia de las lámparas o la transmitancia del agua, disminuyen los valores de radiación UV en el canal, lo que genera una dosis y una inactivación de la bacteria menor. Lynx CFD-UV permite al usuario analizar el funcionamiento del canal UV bajo las diferentes condiciones de operación (caudal influente, potencia de las lámparas y transmitancia del agua), calculando la inactivación en cada escenario y permitiendo la detección de recirculaciones, zonas de baja velocidad, zonas de paso de baja dosis, etc.
  2. 2. Lynx CFD - UV 2 El programa simula la fluidodinámica (campos de velocidad, presión y turbulencia) en el canal, mediante las ecuaciones de Navier-Stokes (promediadas por el método de Reynolds, RANS) y el modelo de turbulencia k-ε. Paralelamente, el programa calcula el campo de radiación UV en el canal, modelizado mediante la ecuación de transporte radiativo (RTE). El usuario deberá especificar el caudal que entra en el canal (empleado como condición de contorno para la simulación fluidodinámica), así como la potencia unitaria de las lámparas y la transmitancia del agua (para la simulación radiativa), a continuación, deberá pulsar el botón Fluido/Radiación. Para evitar la desestabilización de la simulación, los rangos de los valores de entrada están limitados a 1-1000 m3 /h para el caudal; 0-2000 W para la potencia de las lámparas y 40-90% para la transmitancia del agua. Con el fin de conseguir un software práctico y operativo, el programa no calcula directamente los campos de velocidad, turbulencia y radiación UV de las ecuaciones RANS y RTE, sino que los obtiene a partir de una serie de campos previamente calculados para distintas condiciones. Una vez que se tienen los campos de velocidad, turbulencia y radiación UV, tras especificar el tiempo de simulación y pulsar el botón Desinfección/Dosis, el programa calcula la distribución de dosis UV y la desinfección de E. coli en el canal mediante transporte lagrangiano de partículas. Un grupo de partículas es liberado en la entrada del canal, cada una representa una fracción del influente total, en función de la velocidad en la posición donde es liberada. Las partículas son arrastradas por el flujo (campo de velocidad), sufriendo además los efectos de la turbulencia. La dosis UV es definida como la integral de la radiación UV en el tiempo. Cada partícula irá acumulando su propia dosis UV en función del tiempo que permanezca y lo cerca que pase de las lámparas. Una vez que termina la simulación, el programa calcula la distribución de dosis en el canal. El usuario deberá especificar un tiempo de simulación suficientemente grande como para que las partículas sobrepasen las lámparas, a menos caudal, más lentas serán las partículas y más tiempo de simulación será necesario.
  3. 3. Lynx CFD - UV 3 Las trayectorias de las partículas representan las trayectorias de las bacterias de E. coli en el canal, luego se tiene la distribución de dosis recibida por la bacteria. Wu et al. (2005)1 publicaron una relación entre la dosis UV necesaria para conseguir distintos niveles de inactivación logarítmica de la bacteria E. coli. Dicha curva es implementada en el modelo CFD, con lo que además de la dosis recibida por cada partícula, el programa calcula su inactivación de E. coli. A partir de la concentración de E. coli en el caudal entrante (especificada por el usuario), el programa calcula el contenido en E. coli del efluente. El programa cuenta con un módulo de post-proceso, donde el usuario podrá analizar los vectores de velocidad, así como los contornos de radiación y velocidad en cualquier plano del dominio. Una vez definida la normal al plano, el usuario podrá recorrer todo el dominio mediante el cursor de posición. Mediante el cursor de inclinación el usuario podrá girar el plano. Además, se permite al usuario ajustar el rango de valores de la leyenda, así como la transparencia de la pared del canal. El módulo de post-proceso también permite al usuario analizar las trayectorias y dosis recibidas por las partículas, mediante el desplazamiento del cursor de tiempo, que muestra la evolución de la nube de partículas. En cada instante de tiempo, el usuario podrá ajustar el tamaño de los gráficos de las partículas, así como el rango de la leyenda, para poder ver mejor las zonas de baja dosis. Mediante el botón guardar imagen, el programa exporta tanto el render que se tiene en el visor de resultados como la gráfica de valores en salida a formato de imagen png. Aunque el programa permite al usuario la especificación de los distintos parámetros de funcionamiento del canal (caudal, potencia de lámparas, transmitancia del agua y E. coli en el influente), en esta versión del programa (v1.2), aún no se permite la modificación de la 1 Wu, Y., Clevenger, T. and Deng, B. (2005). Impacts of goethite particles on UV disinfection of drinking water, Appl. Environ. Microbol., 71(7): 4140-4143.
  4. 4. Lynx CFD - UV 4 geometría del canal UV. El programa permite al usuario elegir entre dos geometrías diferentes para la simulación CFD. La geometría tiene dos partes: el depósito previo y el canal UV. El agua entra en el depósito previo por su pared lateral, generando un flujo heterogéneo. En la zona de entrada del canal UV, hay unos deflectores para guiar el flujo, el usuario puede seleccionar si desea tener o no los deflectores en la geometría. El canal UV tiene 32 lámparas colocadas paralelas al flujo; la longitud de las lámparas es de 800 mm, mientras que el diámetro exterior de sus fundas es de 40 mm. Las lámparas están distribuidas en 4 alturas, con 8 lámparas por altura, la distancia entre los centros de las lámparas es de 125 mm. El objetivo de LYNX Simulations es seguir trabajando en el software, ir ampliando y mejorando sus capacidades para poder permitir al usuario un mayor control del problema, incluyendo la manipulación de la geometría del problema. En caso de encontrar algún error, proponer alguna sugerencia, o simplemente querer transmitir comentarios a los desarrolladores del programa, por favor escriba a info@lynxsimulations.com.

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