Analysis and hydraulic improvement of a maturation pond using Computational Fluid Dynamics

• Luis Velázquez-Araque ^[1] ; Johan Chica ^[1]
  1. [1] Universidad de Guayaquil

     Universidad de Guayaquil

     Guayaquil, Ecuador

     
• Localización: Revista Facultad de Ingeniería: Universidad de Antioquia, ISSN-e 2422-2844, ISSN 0120-6230, Nº. 109, 2023, págs. 56-68
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Análisis y mejora hidráulica de un estanque de maduración mediante Dinámica de Fluidos Computacional
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  • Texto completo
• Resumen
  • español

    Especialmente en pequeñas comunidades, se presta poca atención a las características hidráulicas de los sistemas de tratamientos de aguas residuales. Motivado en esta problemática, y empleando el paquete fluidodinámico de ANSYS, se realizó la evaluación hidrodinámica del flujo de agua residual en un estanque de maduración de una planta rural. Para la modelación estacionaria de los campos de velocidad y turbulencia, se empleó el modelo estándar k-ε; y para la modelación transitoria del transporte del trazador virtual, se utilizó el modelo de transporte de especies sin reacción química. Posteriormente, se elaboró el análisis de la distribución de los tiempos de retención, a fin de obtener los patrones de flujo que gobiernan la hidrodinámica de la laguna. Los resultados revelaron la presencia de cortocircuitos hidráulicos, zonas estancadas y recirculaciones; en consecuencia a deficiencias de diseño y condiciones operativas a través de los años. Ante esta situación, y por recomendación bibliográfica, se propusieron nuevas geometrías modificadas con deflectores longitudinales y transversales al 70 y 90% en relación al ancho y longitud del estanque. Producto de ello, las características hidráulicas mejoraron notablemente para todos los casos; sin embargo, los modelos configurados al 90% alcanzaron mayor eficiencia.

  • English

    Especially in small communities, little attention is paid to the hydraulic characteristics of wastewater treatment systems. Motivated by this problem, and using the ANSYS fluid dynamics software, the hydrodynamic evaluation of the residual water flow in a rural plant maturation pond was carried out. For the stationary modeling of the velocity and turbulence fields, the standard k-ε model was used; and for transient modeling of virtual tracer transport, the species transport model without chemical reaction was used. Subsequently, the analysis of the distribution of retention times was carried out, in order to obtain the flow patterns that govern the hydrodynamics of the pond. The results revealed the presence of hydraulic short circuits, stagnant zones, and recirculations, due to design deficiencies and operating conditions over the years. Given this situation, and by bibliographic recommendation, new modified geometries were proposed with longitudinal and transverse baffles at 70 and 90% in relation to the width and length of the pond. As a result, the hydraulic characteristics improved notably in all cases; however, the models configured at 90% achieved higher efficiency.