Modelagem da vegetação aquática em estudos de dinâmica dos fluidos computacional / Modeling aquatic vegetation in computational fluid dynamics studies

RESUMO O objetivo deste trabalho foi apresentar, por meio da técnica dinâmica dos fluidos computacional (CFD), dois métodos utilizados nas representações conceitual e física da vegetação em meio aquático: meio poroso e elementos geométricos simplificados. Três estudos de caso, que incluem um wetland flutuante e manchas de vegetação, exemplificam a aplicação dos métodos, mostrando suas vantagens e desvantagens. Nas etapas da geometria e da malha, a representação da vegetação como meio poroso é mais simples, prática e rápida do que a da vegetação como elementos geométricos simplificados. Porém, na parte da modelagem das equações, o método do meio poroso não consegue capturar os processos de mistura no interior da vegetação, enquanto o método dos elementos geométricos simplificados consegue.

ABSTRACT The goal of this work was to present, through computation fluid dynamics (CFD), two methods used in the conceptual and physical representation of vegetation in aquatic environments: the porous media approach and the simplified geometric elements. Three case studies, including a floating wetland and patches of vegetation, exemplify how the methods are applied, showing their advantages and disadvantages. At the geometry and meshing stage, the porous media approach shows to be simpler, faster, and more practical than the simplified geometric elements. However, in the equation modeling, the porous media approach is not able to capture the mixing processes inside the vegetation, while the simplified geometric elements method can capture those processes.

Comparação entre as equações de FAVAD e geral para avaliação da vazão perdida por meio de vazamentos em sistemas urbanos de distribuição de água / Comparison between FAVAD and general equations to evaluate the leakage lost flow in urban water distribution systems

RESUMO Este artigo modela um sistema de distribuição de água (SDA) real com um grande número de vazamentos para determinar se existe diferença entre a vazão perdida pelo SDA predita pela equação de FAVAD e pela equação geral. Foi estudado o efeito da área e da quantidade dos vazamentos não visíveis, da área dos vazamentos potencialmente detectáveis, da carga de pressão e do coeficiente de descarga sobre a vazão perdida do SDA usando planejamento fatorial. Os resultados mostram que os três fatores significativos em ordem decrescente são: a área de vazamentos potencialmente detectáveis, a interação entre a área de vazamentos potencialmente detectáveis e a carga de pressão e a área de vazamentos de fundo. A quantidade de vazamentos não visíveis e o coeficiente de descarga não influenciam a diferença entre a equação de FAVAD e a geral, nem como fator principal tampouco como interação com outros fatores.

ABSTRACT This paper models a real water distribution system (WDS) with a large number of leaks to determine if there is a difference between the flow lost by the WDS predicted by the FAVAD and the GENERAL equations. The effect of the area and the amount of non-visible/background leaks, the area of potentially detectable leaks, the pressure load and the discharge coefficient on the leakage flow rate in a WDS were studied using factorial design. The results show that the three significant factors in descending order are: the area of potentially detectable leaks, the interaction between the area of potentially detectable leaks and the head pressure and the area of background leaks. The amount of background leaks and the discharge coefficient do not influence the difference between the FAVAD and the GENERAL equations, neither as a main factor nor as an interaction with other factors.

Impacto da configuração de entrada e saída sobre a mistura em reservatórios de armazenamento de água / Impact of inlet and outlet configurations on the mixing behavior in water storage tanks

O impacto na qualidade da água causado por reservatórios é usualmente negativo. Essa deterioração se deve, na maioria dos casos, a uma mistura de baixa qualidade, sendo esta fortemente influenciada pelas características de entrada e saída dos reservatórios. Com o intuito de avaliar esse impacto, quatro configurações de reservatório foram testadas (variando a posição da entrada e/ou saída) por meio da ferramenta Computional Fluid Dynamics (CFD). Através dos resultados foi demonstrado, usando como critério a maior concentração média no interior dos reservatórios, que a melhor configuração entre as testadas foi aquela que apresenta a entrada no topo e a saída no fundo.

The impact of water quality caused by storage reservoirs is usually negative. This deterioration of water quality, in most cases, is due to a mixture of low quality water, which is strongly influenced by the inlet and outlet of the reservoirs. In order to evaluate this impact, four reservoir configurations were tested (by varying the position of the inlet and/or outlet) by means of Computational Fluid Dynamics (CFD). The mean concentration inside the reservoirs demonstrated that the best configuration among those tested was the arrangement that presents the input at the top and the output at the bottom.

Potencial da economia de água potável pelo uso de água pluvial: análise de 40 cidades da Amazônia / Potential for potable water savings by using rainwater: an analysis over 40 cities in Amazon

A escassez de água é um problema cada vez mais severo em todo o mundo devido a fatores como o consumo excessivo de água bruta, as mudanas climáticas, a poluição da água e o consumo insustentável dos recursos hídricos. Sob essas condições, formas tradicionais ou alternativas de recursos hídricos, tais como a água pluvial, estão sendo consideradas como opções atrativas para reduzir o consumo de água potável. Neste contexto, este artigo descreve o cenário de disponibilidade de água na região Amazõnica, Noroeste do Brasil, e avalia o potencial da economia de água potável para o setor residencial em 40 cidades da região. Os resultados indicam que o potencial da economia de água potável varia entre 21 e 100 por cento, dependendo da demanda de água potável verificada nas 40 cidades, com potencial médio de 76 por cento. A prisncipal conclusão desta pesquisa é que, se houvesse um programa do governo para promover a economia de água potável por meio da utilização da água pluvial, haveria significativa economia de água potável e, consequentemente, a preservação dos recursos hídricos na Amazõnia.

Water scarcity is an increasingly severe problem worldwide due to some factors, such as the excessive consumption of raw water, climate changes, water pollution, and unsustainable water resource consumption. Under these conditions, traditional or alternative forms of water resource, such as rainwater, are being considered as attractive options to reduce potable water consumption. In this context, this paper describes the water availability scenario in the Amazon region, Brazilian Northeast, and it evaluates the potential for potable water savings estimated for the residential sector of 40 cities in the region. Results indicate that the potential for potable water savings range from 21 to 100 percent depending on the potable water demand verified in the 40 cities, with an average potential for potable water savings of 76 percent. The main conclusion is that if there was a government program to promote potable water savings by rainwater usage, there would be significant potable water savings and a consequent preservation of water resources in the Amazon region.

Medidas da concentração de oxigênio dissolvido na superfície da água / Measurements of dissolved oxygen concentration at water surface

A transferência de gases através da interface ar-água é um processo importante para ciclos climáticos de grande escala e para sistemas ambientais menores como rios, lagos, córregos e estações de tratamento de esgoto. Para avançar no entendimento dos princípios básicos envolvidos no fenômeno é necessária a utilização de técnicas e aparatos experimentais adequados. Neste estudo, foram realizadas medidas de concentração através da utilização de micro sonda de oxigênio, em tanque de grade oscilante. A dimensão do elemento sensor da micro sonda é da ordem de alguns micra. Os resultados demonstram a possibilidade de medir, sob condições turbulentas controladas similares às encontradas no ambiente, as flutuações de concentração de oxigênio no interior da camada limite existente imediatamente abaixo da interface ar-água.

Gas transfer across the air-water interface is an important process for large-scale climate cycles as well as smaller environmental systems such as rivers, lakes, streams, and wastewater treatment basins. To improve the understanding of the basic principles involved in this phenomenon it is necessary to use suitable apparatus and experimental techniques. In this study, a microprobe has been used for measurements of oxygen concentration in an oscillating-grid tank. The microprobe has tip dimensions of the order of a few microns. The results demonstrate that it is feasible to measure, under controlled turbulence conditions that are representative for environmental situations, the fluctuating oxygen concentrations that take place in a boundary layer below the air-water interface.