Fluidodinamica computazionale (CFD) nel settore della depurazione delle acque reflue

La fluidodinamica computazionale, o CFD, (dall’inglese Computational Fluid Dynamics) è una disciplina dell’ingegneria che si occupa di modellare, simulare e analizzare principalmente i fenomeni cosiddetti termofluidodinamici, questi coinvolgono il moto dei fluidi, il trasferimento di calore e molti altri fenomeni.

Grazie alla CFD, gli ingegneri e i ricercatori possono studiare il comportamento dei fluidi in modo preciso e dettagliato, prevedendo le prestazioni di un sistema e ottimizzandone il suo funzionamento.

L’obiettivo principale della CFD è quello di predire il comportamento dei fluidi in diverse condizioni, come ad esempio la velocità del flusso, la pressione, la temperatura, la distribuzione di concentrazione di una sostanza disciolta, la turbolenza e la formazione di vortici.

La CFD utilizza una combinazione di fisica, matematica, informatica e tecniche di simulazione numerica per risolvere le equazioni differenziali che descrivono il comportamento dei fluidi.

Le equazioni che governano il moto dei fluidi sono le equazioni di Navier-Stokes, che descrivono il comportamento di un fluido viscoso in un campo di forze.

Per risolvere le equazioni, la CFD utilizza un insieme di metodi numerici, discretizzando un dominio tridimensionale del problema in una griglia di punti o celle.

Questa è detta mesh e rappresenta il dominio fluido computazionale in cui il problema viene risolto.

La risoluzione numerica delle equazioni di Navier-Stokes viene quindi ottenuta mediante l’utilizzo dell’analisi numerica, algoritmi di iterazione e approssimazione numerica, come il metodo delle differenze finite, il metodo degli elementi finiti o il metodo dei volumi finiti.

In particolare, per SCM, la CFD rappresenta uno strumento fondamentale per migliorare l’efficienza dei propri sistemi, ottimizzando i profili delle eliche e delle idrauliche più complesse.

 

Attraverso l’analisi numerica dei flussi, è possibile studiare la dinamica dei fluidi all’interno delle macchine, individuando le aree in cui si verificano fenomeni di turbolenza o di separazione dei flussi.

 

Grazie a queste informazioni, è possibile migliorare la progettazione delle eliche e delle idrauliche, aumentando la loro efficienza e riducendone il consumo energetico.

L’implementazione della CFD, quindi, consente a SCM di offrire ai propri clienti macchine sempre più efficienti e performanti, in grado di soddisfare ogni esigenza e richiesta.

Grazie alla fluidodinamica computazionale, SCM può essere sempre all’avanguardia nell’innovazione tecnologica e nel miglioramento dei propri prodotti.

Fluidodinamica computazionale (CFD) nel trattamento ottimale delle acque

La depurazione delle acque reflue è un processo cruciale che implica la rimozione di sostanze inquinanti, come patogeni, sostanze nutritive e sostanze organiche, prima del loro rilascio nell’ambiente.

La CFD sta diventando sempre più importante nel settore del trattamento delle acque, infatti, gli ingegneri possono progettare, analizzare e ottimizzare gli impianti di depurazione, migliorare l’efficienza del processo di depurazione, ridurre i costi di progettazione e gestione degli impianti, e minimizzare l’impatto ambientale degli impianti.

Il processo di depurazione delle acque reflue coinvolge una serie di processi fisici, chimici e biologici, come la sedimentazione, la filtrazione, la disinfezione e la biodegradazione.

La CFD può essere utilizzata per simulare il flusso delle acque reflue all’interno dell’impianto di depurazione, migliorando la comprensione del comportamento del reattore e identificando le aree in cui è necessario intervenire per migliorare le prestazioni.

In particolare, la CFD viene utilizzata per la progettazione e l’ottimizzazione dei reattori biologici, che sono il cuore degli impianti di depurazione delle acque reflue.

I reattori biologici sono vasche in cui i batteri degradano la materia organica presente nell’acqua, trasformandola in sostanze inorganiche.

La CFD consente di modellizzare il flusso dell’acqua all’interno del reattore biologico e la diffusione dei nutrienti e dei prodotti di degradazione, permettendo agli ingegneri di comprendere il comportamento del reattore e di identificare le aree in cui è necessario intervenire per migliorarne le prestazioni.

Il ruolo della CFD nei sistemi di aerazione, nei sedimentatori, nei filtri biologici, reattori di ossidazione e nei sistemi di miscelazione

La Fluidodinamica computazionale è utilizzata anche per:

• ottimizzare i sistemi di aerazione, i quali forniscono l’ossigeno necessario ai batteri presenti nel reattore biologico per degradare la materia organica. Grazie alla modellizzazione del flusso dell’aria all’interno del reattore biologico, la CFD aiuta gli ingegneri a capire come l’aria si distribuisce all’interno del reattore e a individuare le zone in cui è necessario intervenire per migliorare la sua distribuzione;
• per valutare la distribuzione del flusso e la velocità delle particelle solide all’interno dei sedimentatori, utilizzati per separare i solidi dalle acque reflue;
• progettare e ottimizzare i filtri biologici che sono utilizzati per rimuovere sostanze organiche e nutrienti dalle acque reflue attraverso la biodegradazione;
• per lo studio del flusso di aria all’interno dei reattori di ossidazione utilizzati per rimuovere sostanze organiche dalle acque reflue attraverso l’ossidazione chimica. La simulazione del flusso dell’aria all’interno del reattore consente di ottimizzare la distribuzione dell’aria e la dispersione degli inquinanti;
• per la progettazione e l’ottimizzazione dei sistemi di miscelazione, che sono utilizzati per mantenere omogeneo il contenuto del reattore biologico. Modellizzando il flusso dell’acqua all’interno del reattore biologico, la CFD aiuta gli ingegneri a identificare le aree in cui è necessario intervenire per migliorare la distribuzione del flusso e la miscelazione.