Determination of the equation for mass transfer coefficient and the use of computational fluidodynamics (CFD) for hydraulic channnel

Orientador: Lubienska Cristina Lucas Jaquiê RibeiroDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de TecnologiaResumo: Cada vez mais a situação da poluição hídrica no país tem se agravado devido ao aumento das cargas poluidoras industriais e principalmente urbanas, o uso inadequado do solo, de defensores agrícolas, desmatamento, erosão, dentre outros fatores. Portanto, investir na gestão da água é uma necessidade e introduz vantagens imediata, assim, pesquisas e programas para reduzir emissões de efluentes e prever os impactos ambientais dessas tornam-se necessários. Neste cenário, iniciam os esforços para encontrar estratégias para o gerenciamento dos recursos hídricos. Com o intuito da preservação da qualidade das águas dos rios, simuladores que usam modelos matemáticos passam a ser interessantes, de forma a expressar as complexas interações ocorridas no corpo d¿água receptor. A Fluidodinâmica Computacional (Computational Fluid Dynamics - CFD) vem ao encontro dessas necessidades. Ela é utilizada para simular numericamente o escoamento de fluidos. Além de solucionar numericamente as leis que regem o estudo dos fluidos, seja na transferência de massa e energia, a CFD consegue também estimar reações químicas, comportamentos hidráulicos, e outras situações encontradas em escoamentos simples e complexos. Dentre essas inúmeras aplicações, o comportamento local dentro de um rio pode então ser estimado utilizando-se técnicas de CFD. Para se estimar concentrações dos poluentes, quer em lançamentos contínuos ou instantâneos, esses modelos podem ser muito úteis em processos de outorga e enquadramentos dos corpos hídricos. A utilização desses modelos envolve o uso de parâmetros que precisam ser bem avaliados para o modelo retornar resultados confiáveis. Um importante parâmetro físico de qualidade da água a se quantificar é o coeficiente de transporte de massa que mede a maior e menor facilidade encontrada pelo curso d¿água para dispersar um poluente. Assim, esse projeto de pesquisa teve como objetivo primeiro a obtenção da equação do coeficiente de transferência de massa para canal retangular hidráulico, com o uso de dados experimentais e segundo a simulação computacional desse canal através da ferramenta de CFD com análise comparativa da dispersão do traçador, entre os resultados experimentais obtidos por Oliveira (2016) e os do modelo computacional desenvolvido. Tanto a equação deduzida como o modelo computacional foram considerados representativos para o canal estudadoAbstract: Increasingly, the situation of water pollution in the country has been aggravated by the raise in industrial and mainly urban pollutant loads, inadequate land use, agricultural defenders, deforestation, erosion, and other factors. Therefore, investing in water management is a necessity and introduces immediate benefits, thus, research and programs to reduce effluent emissions and predict the environmental impacts of these become necessary. In this scenario, begin the efforts to find strategies for managing water resources. In order to preserve the quality of the rivers waters, simulators using mathematical models become interesting, in order to express the complex interactions in the receiving water body. Computational Fluid Dynamics (CFD) meets these needs. It is used to numerically simulate the flow of fluids. In addition to solving numerically the laws governing the study of fluids, whether in the transfer of mass and energy, CFD also manages to estimate chemical reactions, hydraulic behaviors, and other situations found in simple and complex flows. Among these numerous applications, local behavior inside a river can then be estimated using CFD techniques. In order to estimate concentrations of pollutants, either in continuous or instantaneous releases, these models can be very useful in granting processes and framework of water bodies. The use of these models involves the use of parameters that need to be well evaluated for the model to return reliable results. An important physical parameter of water quality to quantify is the mass transport coefficient that measures the greater and lesser facility found by the watercourse to disperse a pollutant. Thus, this research project had the objective of obtaining the equation of the mass transfer coefficient for the hydraulic rectangular channel, with the use of experimental data and according to a computational simulation of this channel through the CFD tool with comparative analysis of the tracer dispersion , between the experimental results obtained by Oliveira (2016) and the computational model developed. Both the deduced equation and the computational model were considered for the studied channelMestradoAmbienteMestra em Tecnologia01P3720/2017CAPE