Romay, A., Elduayen, B., Hernández, B., Sánchez, G., Arnau, R., Climent, J., Ayesa, E. (2024). A CFD￾based compartmental modelling approach for long-term dynamic simulation of water resource recovery facilities. Water Science & Technology wst2024230. (link)

Título

A CFD-based compartmental modelling approach for long-term dynamic simulation of water resource recovery facilities

(Uma abordagem de modelagem compartimental baseada em CFD para simulação dinâmica de longo prazo de instalações de recuperação de recursos hídricos)

Resumo

In this research, a paThis article presents a methodology for compartmental model (CM) creation for long-term simulation of water resource recovery facilities (WRRFs). CMs are often focused on reproducing with a lower computational cost, previously simulated scenarios. In contrast, the methodology presented here can represent variable hydraulic conditions, based on the interpolation of data gathered from a set of computational fluid dynamics (CFD) simulations that reproduce representative hydraulic scenarios. This is achieved by modelling with bidirectional flows the exchange flows between fixed compartments, which are defined based on the geometry of the reactors. The resultant hydraulic surrogate model can be implemented in commercial water treatment software to solve biochemical kinetics. The methodology was applied to simulate in WEST®-DHI a WRRF in Vila-Real, Spain. In this contribution, the CM was validated with real plant data. The developed CM provided a quick response simulation with a high level of hydraulic and biochemical detail. This allowed observation of a spatial distribution of component concentration, which could help with sensor location or plant optimisation. The methodology presented here could also be a useful enabler of digital twins to be implemented in WRRF.

TRADUÇÃO LIVRE

Este artigo apresenta uma metodologia para a criação de modelos compartimentais (MC) para simulação de longo prazo de instalações de recuperação de recursos hídricos (IRRPs). MCs frequentemente se concentram em reproduzir, com menor custo computacional, cenários previamente simulados. Em contraste, a metodologia apresentada aqui pode representar condições hidráulicas variáveis, com base na interpolação de dados coletados de um conjunto de simulações de dinâmica de fluidos computacional (CFD) que reproduzem cenários hidráulicos representativos. Isso é obtido pela modelagem, com fluxos bidirecionais, dos fluxos de troca entre compartimentos fixos, que são definidos com base na geometria dos reatores. O modelo hidráulico substituto resultante pode ser implementado em softwares comerciais de tratamento de água para resolver cinética bioquímica. A metodologia foi aplicada para simular, no WEST®-DHI, uma IRRP em Vila-Real, Espanha. Nesta contribuição, o MC foi validado com dados reais da planta. O MC desenvolvido forneceu uma simulação de resposta rápida com alto nível de detalhes hidráulicos e bioquímicos. Isso permitiu a observação de uma distribuição espacial da concentração de componentes, o que pode auxiliar na localização de sensores ou na otimização da planta. A metodologia apresentada aqui também pode ser um facilitador útil para a implementação de gêmeos digitais no WRRF.

Artigo publicado no site Water Science & Technology, no Journal of the International Water Association (IWA).