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Tese de Doutorado
Documento
Autor
Nome completo
Julio Cesar de Souza Inacio Gonçalves
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2012
Orientador
Banca examinadora
Giorgetti, Marcius Fantozzi (Presidente)
Marra Junior, Wiclef Dymurgo
Penner, Giovanni Chaves
Poleto, Cristiano
Silveira, Alexandre
Título em português
Avaliação de metodologias para a determinação indireta do coeficiente de reoxigenação superficial (K2)
Palavras-chave em português
Modelos matemáticos
Reoxigenação superficial
Sondas flutuantes
Resumo em português
O coeficiente de reoxigenação superficial (K2) é o parâmetro mais importante dos modelos matemáticos usados para simular a qualidade da água em rios. Ele quantifica indiretamente a capacidade de um corpo dágua recuperar-se, em termos de concentração de oxigênio dissolvido, após receber cargas poluidoras. Técnicas de previsão foram criadas para estimar o valor desse coeficiente, mas obtiveram sucesso apenas parcial; algumas são imprecisas e outras são dispendiosas. Esse trabalho traz contribuições teóricas e experimentais acerca de metodologias para a determinação indireta do coeficiente de reoxigenação superficial. Os estudos foram realizados em um tanque hidrodinâmico agitado por jatos e planejados de forma a avaliar a existência de correlações entre o fenômeno de reoxigenação superficial e os fenômenos físicos associados às novas metodologias de previsão do K2 propostas nesse trabalho. O resfriamento de um sólido metálico, o decaimento da concentração de sólidos totais dissolvidos (STD) em esferas perfuradas com minibrocas de 0,4 e 0,5 mm de diâmetro e a variação da componente vertical da velocidade junto à superfície livre foram os fenômenos físicos investigados. Modelos matemáticos foram produzidos através de análises de regressão linear entre os parâmetros K2 e o coeficiente de transferência térmica (Kt), associado ao resfriamento do sólido metálico; K2 vs. H (profundidade da água no tanque) e o coeficiente de transferência de massa por convecção (hm), associado ao decaimento de STD; e K2 e a taxa de dissipação de energia cinética turbulenta por unidade de massa (ε), associada à intensidade turbulenta junto à superfície livre. Os resultados revelaram que há uma forte correlação entre o K2 e os parâmetros associados aos fenômenos físicos aqui investigados, com coeficientes de correlação acima de 0,9. A aplicabilidade dos modelos obtidos é restrita às condições hidrodinâmicas nas quais os ensaios foram realizados, uma vez que não há base teórica e nem experimental indicando que as relações entre os fenômenos sejam constantes e independentes da turbulência. Sugere-se que validações em campo, com desenvolvimento de métodos específicos, sejam um próximo passo em pesquisas futuras para que se possa atribuir utilidade definitiva às metodologias aqui estudadas.
Título em inglês
Evaluation of methods for the indirect determination of the surface reoxygenation coefficient (K2)
Palavras-chave em inglês
Floating probes
Mathematical models
Surface reoxygenation coefficient
Resumo em inglês
The surface reoxygenation coefficient (K2) is the most important parameter in the water quality mathematical modelling in streams. It indirectly measures the ability of a water mass recover quality after a release of wastewater. Predictive techniques have been produced for estimating K2, but they achieved only partial success; some are inaccurate and others are expensive. This work includes contributions from experimental and theoretical studies about methods for the indirect determination of the surface reoxygenation coefficient. Studies were carried out in a jet-agitated vessel and were planned to assess the correlations between surface reoxygenation and physical phenomena, which are related to the new methods for the prediction of K2. The cooling of a solid metal, total dissolved solids (TDS) concentration decay, vertical component velocity near the free surface were the physical phenomena investigated. Mathematical models have been produced using linear regression analysis between K2 and thermal transfer coefficient (Kt), associated with the solid metal cooling; K2 vs. H (depth of the water in the vessel) and mass transfer coefficient by convection (hm), associated with the TDS concentration decay; and K2 and turbulence kinetic energy dissipation rate (ε), associated with the vertical component velocity near the free surface. Results revealed that there is a strong correlation between K2 and the physical parameters here investigated, statistically confirmed by correlation coefficients above 0,9. The applicability of the approach used here is limited to hydrodynamic conditions in which the tests were performed, once there is no theoretical basis, or experimental, indicating that the relations between the physical parameters are constant and independent of the turbulence level. It is suggested that field tests with the development of specific methods are a next step for future research, rendering useful the methods studied here.
 
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Data de Publicação
2017-10-27
 
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