Investigação do mecanismo de reoxigenação da água em escoamento e sua correlação com o nível de turbulência junto a superfície

• Ano de defesa: 1990
• Autor(a) principal: Schulz, Harry Edmar
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: .
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18138/tde-02122024-101454/

O presente trabalho tem como objeto a transferência de massa em interfaces sólido-liquido e gás-líquido. Modelos analíticos de cunho mais geral foram desenvolvidos e testados experimentalmente. Os desenvolvimentos experimentais, contudo, se concentraram na dissolução do ácido oxálico dihidratado (HOOC.COOH.2H2O) e na absorção de oxigênio atmosrérico pela água. Procurou-se obter uma relação entre esses dois processos de transferência de massa, visando fornecer uma ferramenta simples e de baixo custo para a quantificação da absorção de oxigênio que ocorre em rios e canais. Os modelos tradicionais na área de dissolução de sólidos se baseiam principalmente na análise das possíveis relações existentes entre os números adimensionais de Sherwood, Reynolds e Schmidt (para convecção forçada), enquanto que a absorção de gases por líquidos é abordada de diferentes pontos de vista, gerando diferentes modelos, os quais levam a conclusões por vezes conflitantes entre si e com a realidade observada. No presente trabalho buscou-se abordar os problemas de dissolução e de absorção de gases a partir de informações fornecidas acerca do comportamento de campos escalares associados aos campos vetoriais de velocidades em escoamentos turbulentos. Evitou-se, dessa forma, estabelecer grandezas consideradas importantes a priori e efetuar análises dimensionais sobre as mesmas. Para o fenômeno de absorção de gases obteve-se que a taxa de dissipação de energia e uma escala de comprimento denominada \"escala de segregação! são importantes na quantificação do coeficiente de transferência de massa (coeficiente de reoxigenação). Esta informação foi utilizada em seguida na modelação do fenômeno de dissolução de sólidos, a qual conduziu às expressões dþ= (4ú/3x)d+(/x)dú - dþ= (U/x)dlnAfV3 d , é o volume característico do turbilhão que participa do processo de transferência de massa, V e U são, respectivamente, a sua velocidade característica e a potência disipada em seu interior, ú é a potência dissipada por unidade de volume e A é uma constante. x é um parâmetro que pode assumir, nas análises feitas, o sentido físico de um coeficiente de troca de massa, de um coeficiente de troca de calor, ou da intensidade turbulenta (escala de velocidade definida para escoamentos turbulentos). As expressões mencionadas permitem obter informações acerca do comportamento de diferentes grandezas em meios fluidos turbulentos que são encontradas na literatura da área. Para verificar a validade das considerações teóricas feitas, foram desenvolvidos trabalhos experimentais em um tanque de agitação hidrodinãmica (figura 11.6) e em um canal de recirculação (figuras 12.3, 12.4 e 12.5), nos quais se correlacionou a transferência de massa com a taxa de dissipação de energia (potência dissipada). A água para as experiências era deaerada por ebulição em temperatura ambiente utilizando bombas com orifício de cavitação e permanecia protegida até o início dos experimentos. A concentração de oxigênio foi acompanhada com um medidor de membrana, calibrado, por comparação, com o método de Winkler. A temperatura e a taxa de dissipação de energia foram controladas. No tanque de agitação hidrodinãmica o controle da taxa de dissipação de energia se fez a partir da rotação imposta à hélice e no canal de recirculação a partir da utilização de diferentes vazões e rugosidades artificiais introduzidas no mesmo. Apesar das geometrias altamente distintas nas quais os experimentos foram executados, as previsões teóricas foram razoavelmente bem verificadas em ambas.