O efeito de substâncias húmicas na transferência de massa de oxigênio na interface ar-água

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: SILVA, Pedro de Souza Lopes
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFTM
Texto Completo: http://bdtd.uftm.edu.br/handle/tede/988
Resumo: A transferência de oxigênio através da interface ar-água é um importante processo que ocorre nos escoamentos naturais, como rios, córregos e lagos. Pode ser numericamente representado pelo coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (KLa). Na literatura, há um grande número de estudos mostrando como a turbulência e as substâncias antrópicas afetam o KLa. No entanto, há uma lacuna na forma como os compostos orgânicos, como as substâncias húmicas (SH) encontradas naturalmente nos corpos de água, podem interferir na estimativa do KLa. A fim de contribuir para esta lacuna na literatura, o presente estudo tem como objetivo investigar a influência de SH no KLa sob diferentes intensidades de turbulência na interface ar-água. Os experimentos foram realizados em um tanque de grade oscilante que forneceu três níveis de intensidade de turbulência (números de 5.166, 10.316 e 15.433 de Reynolds). Para cada nível de turbulência, foram testados 15 diferentes valores de concentração de SH e o KLa foi estimado. Os resultados mostraram que, independentemente do nível de turbulência da água no tanque, as SH reduzem o KLa. A redução máxima foi de 11%, 16% e 17%, para números de Reynolds de 5.166, 10.316 e 15.433, respectivamente. A presença de moléculas de SH também reduz as componentes de velocidade turbulenta horizontal e vertical, ao longo da interface ar-água. O efeito barreira, produzido pela ocupação de moléculas de SH na interface, foi o principal fenômeno responsável pela redução na transferência de oxigênio e também nos componentes de velocidade turbulenta. Uma relação entre a velocidade de transferência de massa de oxigênio e a energia cinética turbulenta interfacial mostrou que na presença de SH a interface ar-água se comporta como uma parede sólida, reduzindo a difusão de oxigênio e a renovação da superfície. Os resultados obtidos neste trabalho mostram que corpos d’água com condições hidráulicas idênticas podem possuir diferentes taxas de transferência de massa de oxigênio, mesmo não estando poluídos. Isso ocorre devido à presença de substâncias húmicas, as quais possuem características tensoativas.
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spelling O efeito de substâncias húmicas na transferência de massa de oxigênio na interface ar-águaTransferência de oxigênio.Reaeração.Substâncias húmicas.Modelagem da qualidade da água.Oxygen transfer.Reaeration.Humic substances.Water quality modeling.Engenharia SanitáriaA transferência de oxigênio através da interface ar-água é um importante processo que ocorre nos escoamentos naturais, como rios, córregos e lagos. Pode ser numericamente representado pelo coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (KLa). Na literatura, há um grande número de estudos mostrando como a turbulência e as substâncias antrópicas afetam o KLa. No entanto, há uma lacuna na forma como os compostos orgânicos, como as substâncias húmicas (SH) encontradas naturalmente nos corpos de água, podem interferir na estimativa do KLa. A fim de contribuir para esta lacuna na literatura, o presente estudo tem como objetivo investigar a influência de SH no KLa sob diferentes intensidades de turbulência na interface ar-água. Os experimentos foram realizados em um tanque de grade oscilante que forneceu três níveis de intensidade de turbulência (números de 5.166, 10.316 e 15.433 de Reynolds). Para cada nível de turbulência, foram testados 15 diferentes valores de concentração de SH e o KLa foi estimado. Os resultados mostraram que, independentemente do nível de turbulência da água no tanque, as SH reduzem o KLa. A redução máxima foi de 11%, 16% e 17%, para números de Reynolds de 5.166, 10.316 e 15.433, respectivamente. A presença de moléculas de SH também reduz as componentes de velocidade turbulenta horizontal e vertical, ao longo da interface ar-água. O efeito barreira, produzido pela ocupação de moléculas de SH na interface, foi o principal fenômeno responsável pela redução na transferência de oxigênio e também nos componentes de velocidade turbulenta. Uma relação entre a velocidade de transferência de massa de oxigênio e a energia cinética turbulenta interfacial mostrou que na presença de SH a interface ar-água se comporta como uma parede sólida, reduzindo a difusão de oxigênio e a renovação da superfície. Os resultados obtidos neste trabalho mostram que corpos d’água com condições hidráulicas idênticas podem possuir diferentes taxas de transferência de massa de oxigênio, mesmo não estando poluídos. Isso ocorre devido à presença de substâncias húmicas, as quais possuem características tensoativas.The oxygen transfer through the air-water interface is an important process that occurs in natural flows such as rivers, streams and lakes. It can be numerically represented by the volumetric oxygen transfer coefficient (KLa). In the literature there are a large number of studies showing how turbulence and anthropic substances affect KLa. However, there is a gap in how organic compounds, such as humic substances (HS) naturally found in water bodies, can interfere with the KLa estimative. In order to contribute to this gap in the literature, the present study aims to investigate the influence of HS on KLa under different turbulence intensities at the air-water interface. The experiments were carried out in an oscillating grid tank which provided three levels of turbulence intensities (Reynolds numbers of 5,116, 10,316 and 15,433). For each turbulence level, 15 different HS concentrations values were tested and the KLa was estimated. The results showed that, regardless of the water turbulence level in the tank, HS reduces KLa. The maximum reduction was 11%, 16% and 17%, for Reynolds numbers of 5,166, 10,316 and 15,433, respectively. The results also show that the presence of HS molecules also reduces the horizontal and vertical turbulent velocity components, along the air-water interface. The barrier effect, produced by the occupation of HS molecules at the interface, was the main phenomenon responsible for the reduction in the oxygen transfer and also in the turbulent velocity components. A relationship between the oxygen mass transfer velocity and interfacial turbulent kinetic energy showed that in the presence of HS the air-water interface behaves like a solid wall, reducing the oxygen diffusion and surface renewal. The results show that water bodies with identical hydraulic conditions may have diferrent rates of oxygen mass transfer, even when they are not polluted. This occurs due to the presence of humic substances, wgich have surfactant characteristics.Universidade Federal do Triângulo MineiroPró-Reitoria de Pesquisa e Pós-GraduaçãoBrasilUFTMPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia AmbientalGONÇALVES, Julio Cesar de Souza Inácio32715545878http://lattes.cnpq.br/3449617170299224SILVA, Pedro de Souza Lopes2020-10-05T16:01:54Z2019-08-01info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfapplication/pdfSILVA, Pedro de Souza Lopes. O efeito de substâncias húmicas na transferência de massa de oxigênio na interface ar-água. 2019. 77f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia Ambiental) - Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental, Universidade Federal do Triângulo Mineiro, Uberaba, 2019.http://bdtd.uftm.edu.br/handle/tede/988porBAILEY, R. T.; AHMADI, M. 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dc.contributor.author.fl_str_mv SILVA, Pedro de Souza Lopes
dc.subject.por.fl_str_mv Transferência de oxigênio.
Reaeração.
Substâncias húmicas.
Modelagem da qualidade da água.
Oxygen transfer.
Reaeration.
Humic substances.
Water quality modeling.
Engenharia Sanitária
topic Transferência de oxigênio.
Reaeração.
Substâncias húmicas.
Modelagem da qualidade da água.
Oxygen transfer.
Reaeration.
Humic substances.
Water quality modeling.
Engenharia Sanitária
description A transferência de oxigênio através da interface ar-água é um importante processo que ocorre nos escoamentos naturais, como rios, córregos e lagos. Pode ser numericamente representado pelo coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (KLa). Na literatura, há um grande número de estudos mostrando como a turbulência e as substâncias antrópicas afetam o KLa. No entanto, há uma lacuna na forma como os compostos orgânicos, como as substâncias húmicas (SH) encontradas naturalmente nos corpos de água, podem interferir na estimativa do KLa. A fim de contribuir para esta lacuna na literatura, o presente estudo tem como objetivo investigar a influência de SH no KLa sob diferentes intensidades de turbulência na interface ar-água. Os experimentos foram realizados em um tanque de grade oscilante que forneceu três níveis de intensidade de turbulência (números de 5.166, 10.316 e 15.433 de Reynolds). Para cada nível de turbulência, foram testados 15 diferentes valores de concentração de SH e o KLa foi estimado. Os resultados mostraram que, independentemente do nível de turbulência da água no tanque, as SH reduzem o KLa. A redução máxima foi de 11%, 16% e 17%, para números de Reynolds de 5.166, 10.316 e 15.433, respectivamente. A presença de moléculas de SH também reduz as componentes de velocidade turbulenta horizontal e vertical, ao longo da interface ar-água. O efeito barreira, produzido pela ocupação de moléculas de SH na interface, foi o principal fenômeno responsável pela redução na transferência de oxigênio e também nos componentes de velocidade turbulenta. Uma relação entre a velocidade de transferência de massa de oxigênio e a energia cinética turbulenta interfacial mostrou que na presença de SH a interface ar-água se comporta como uma parede sólida, reduzindo a difusão de oxigênio e a renovação da superfície. Os resultados obtidos neste trabalho mostram que corpos d’água com condições hidráulicas idênticas podem possuir diferentes taxas de transferência de massa de oxigênio, mesmo não estando poluídos. Isso ocorre devido à presença de substâncias húmicas, as quais possuem características tensoativas.
publishDate 2019
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