A three dimensional model for industrial efluent dispersion in rivers

Estudos têm mostrado que a humanidade enfrentará severa falta de água nas próximas décadas. Muitos esforços têm sido direcionados para o desenvolvimento de novas ferramentas computacionais a fim de se garantir uma melhor utilização dos recursos hídricos. Diversos estudos estão sendo realizados utilizando ferramentas de CFD (Computational Fluid Dynamics) para obtenção de novas formas de gerenciamento destes recursos. Neste contexto, é de suma importância o desenvolvimento de novas técnicas para predizer o impacto ambiental causado por emissões industriais em rios de modo que estratégias possam ser planejadas para diminuir os efeitos desta poluição. Este trabalho apresenta um modelo Fluidodinâmico Computacional tridimensional para simular a dispersão de substâncias solúveis em rios. O método dos volumes finitos foi utilizado para aproximar as equações de conservação de momento, de massa e de espécie química. O sistema de coordenadas cartesianas foi escolhido para representar o sistema. Foi utilizado um modelo algébrico de turbulência de ordem zero. O modelo de StreeterPhelps foi usado para predizer a concentração de substâncias orgânicas e de oxigênio dissolvido ao longo do rio. O modelo pode também predizer o impacto causado pela ocorrência de múltiplos pontos de emissão no trecho estudado. O modelo matemático foi desenvolvido em linguagem Fortran. Os resultados mostram que a metodologia proposta é uma boa ferramenta para a avaliação do impacto ambiental causado pela emissão de efluentes em rios. O software é bastante rápido, especialmente quando comparado com outros pacotes de CFD disponíveis comercialmente. Foram feitas comparações entre os resultados numéricos e dados experimentais coletados no rio Atibaia. Os resultados numéricos apresentaram uma boa concordância com os dados coletados experimentalmenteA future lack of water in the next decades has been observed by many studies. Much effort has been devoted to find strategies which will help to manage proper1y water resources. Theoretical studies have been used recent1y since the scope of computational fluid dynamics (CFD) has increased, allowing its use in the issue of water quality. In this scenario, it is important to develop new techniques to predict the environmental impact of emissions in rivers so that strategies can be devised to decrease the effects of pollution. This work presents a three-dimensional Computational Fluid Dynamics (CFD) in house model to simulate the dispersion of soluble substances in a river. The finite volume method is used to approximate the momentum, mass and species conservation equations. A Cartesian coordinate system has been chosen to represent the river. Turbulence is taken into account by a zero-order equation model. The Streeter-Phelps model has been used to predict the concentration of organic substances and dissolved oxygen along the river. The model can also predict the impact of multiple effluents discharges. Results show that the proposed methodology is a good tool for the evaluation of the environmental impact caused for pollutants emissions in rivers. The software has been developed from the model and use the Fortran language. It is very fast, especially when compared to available commercial CFD packages. Experimental comparisons for soluble substances dispersion have been made for the Atibaia River. The results show good agreement with experimental dat