Estudo via simulação das condições hidrodinâmicas em célula reativa para a biomineralização cimentícia usando planejamento fatorial e fluidodinâmica computacional

Abstract

O concreto, como um dos materiais de construção mais comumente consumidos, é muito utilizado na construção civil. Porém, as ações antrópicas fazem com que o concreto seja bastante sensível à formação de fissuras, o que pode colocar em risco a durabilidade das estruturas de concreto como um todo. Recentemente, diversos tipos de agentes microbianos autocurativos foram incorporados ao concreto para promover a formação de carbonato de cálcio na área de fissura. Este processo bioquímico no qual os micro-organismos induzem a precipitação mineral é conhecido como biomineralização. Dessa forma, estudar as melhores condições hidrodinâmicas em célula reativa para o processo de biomineralização cimentícea é fundamental, haja vista que a implementação deste método inovador resultará em uma vida útil mais longa das estruturas de concreto. Diante disso, com o auxílio dos planejamentos de experimentos e o uso do Computational Fluid Dynamics (CFD), se apresentam como instrumentos de grande relevância, tornando o projeto em destaque a ser alvo de investigações científicas. As simulações foram realizadas seguindo 2 planejamentos fatoriais na forma de Delineamentos Compostos Centrais Rotacionais (DCCRs), divididos de acordo com o posicionamento das entradas e saídas da vazão volumétrica de ar, que se posicionam pela parte lateral ou pela parte superior da geometria da célula reacional e nomeados de: 1) Entrada e Saída Lateral; 2) Entrada e Saída Superior. Com a utilização do software SOLIDWORKS® 2020, foram construídas as geometrias das células reacionais e através do SOLIDWORKS® Flow Simulation foram realizadas as simulações de fluidodinâmica computacional. Inicialmente, foi feito um estudo de convergência de malha para avaliar se a malha está suficientemente refinada para identificar as características do escoamento e obter resultados mais confiáveis. Além de estudos de quantificação do efeito da velocidade do gás e da pressão utilizando CFD. Uma análise estatística dos dados coletados foi também efetuada. A melhor combinação de malhas para realizar as simulações é a malha global 4 e a malha local 5, sendo estas efetivando de fato um bom desempenho diante das simulações, menor números de células e menor tempo computacional. Os resultados das simulações fluidodinâmicas computacionais nas células reacionais e as análises estatísticas, para os parâmetros de velocidade do gás e de pressão, evidenciam que a vazão de ar foi o fator de maior sensibilidade em todos os casos. A geometria com entrada e saída de ar na parte lateral é considerada a melhor opção para a realização de futuros trabalhos experimentais.