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Abstract:
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A intensificação de processos fotoquímicos em sistemas de fluxo contínuo depende do adequado acoplamento entre a distribuição da irradiação sobre o suporte fotocatalítico e o comportamento hidrodinâmico do meio reacional. Nesse contexto, as propriedades estruturais do sistema e o projeto geométrico do reator e do fotocatalisador tornam-se fatores determinantes para o desempenho do processo. Neste trabalho, investigou-se a influência de diferentes geometrias de suportes monolíticos poliméricos produzidos por manufatura aditiva sobre a distribuição espacial da irradiância e a distribuição do tempo de residência (DTR), visando estabelecer critérios para o desenvolvimento de estruturas aplicáveis a fotorreatores de fluxo contínuo. Suportes com geometrias do tipo Gyroid (GYR), Honeycomb 3D (HC-3D) e Cross-Pattern (PC) foram projetados e produzidos, através de modelagem por deposição fundida (FDM) em filamento PETG transparente, variando-se suas densidades de preenchimento em 8 %, 12 % e 16 %. A caracterização óptica foi conduzida mediante mapeamento da irradiância transmitida em nove diferentes regiões dos monólitos, considerando a alternância de arranjos e intensidades de iluminação UV, enquanto o comportamento hidrodinâmico foi avaliado por ensaios de DTR sob diferentes vazões volumétricas. Ambos os ensaios foram realizados de acordo com planejamentos experimentais previamente configurados. Os resultados demonstraram que a transmissão e a distribuição espacial da radiação são determinadas pela interação entre configuração geométrica, densidade de preenchimento, arranjo de iluminação e intensidade incidente. O aumento da densidade de preenchimento apresentou efeito negativo sobre a irradiância média transmitida, enquanto configurações de iluminação distribuídas a partir da configuração de arranjo do tipo Flood Light (FL) favoreceram, em determinadas condições, campos radiativos mais homogêneos, embora com menores intensidades transmitidas. A análise fluidodinâmica revelou comportamento não ideal, com dispersão axial e heterogeneidade dos tempos de residência, sendo a vazão volumétrica e a geometria dos monólitos os fatores associados às alterações estatisticamente significativas da DTR. A densidade de preenchimento dos suportes monolíticos, por sua vez, não apresentou efeito significativo sobre o tempo médio de residência na faixa estudada. O aumento da vazão promoveu a redução do tempo médio de residência e da variância e o aumento do número de Péclet, indicando maior predominância relativa do transporte convectivo. O modelo de dispersão axial descreveu satisfatoriamente o comportamento global das distribuições experimentais, embora os números de Péclet obtidos pelo método dos momentos e pelo ajuste não tenham se mostrado diretamente permutáveis. Em conjunto, os resultados demonstram que o projeto de estruturas monolíticas para aplicações fotoquímicas deve considerar, simultaneamente, a disponibilidade e a uniformidade do campo radiativo, a acessibilidade hidráulica, a dispersão e o tempo de residência do fluido, evidenciando o potencial da manufatura aditiva como ferramenta para o desenvolvimento racional e a intensificação de fotorreatores contínuos. |
