FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / Devido à degradaÃÃo progressiva dos corpos hÃdricos em geral, tem-se dado bastante atenÃÃo a alternativas para a recuperaÃÃo da qualidade de suas Ãguas. TÃcnicas de aeraÃÃo e oxigenaÃÃo artificial via injeÃÃo de ar ou oxigÃnio puro na Ãgua (plumas de bolhas) podem ser utilizadas para tal finalidade. Nesse contexto, o presente trabalho desenvolveu um modelo integral para avaliaÃÃo da transferÃncia de massa de plumas de bolhas circulares em ambientes nÃo estratificados, o qual à baseado em uma distribuiÃÃo radial do tipo Gaussiana das propriedades do escoamento e em relaÃÃes matemÃticas para o coeficiente de entrada turbulenta e o fator de amplificaÃÃo da quantidade de movimento devido à turbulÃncia. O impacto da transferÃncia de massa na hidrodinÃmica de plumas de bolhas foi investigado considerando diferentes diÃmetros de bolha, vazÃes de gÃs e profundidades em sistemas de aeraÃÃo e oxigenaÃÃo. Os resultados revelaram impacto significativo quando bolhas finas sÃo consideradas mesmo em profundidades moderadas. Bolhas mÃdias apresentaram, em geral, comportamento semelhante ao de bolhas grossas. As simulaÃÃes tambÃm indicaram que, em condiÃÃes de vazÃes relativamente baixas e elevadas profundidades, dissoluÃÃo e turbulÃncia podem afetar a hidrodinÃmica da pluma de bolhas, o que demonstra a importÃncia de se levar o fator de amplificaÃÃo da quantidade de movimento em consideraÃÃo. SimulaÃÃes utilizando o modelo proposto e modelos clÃssicos disponÃveis na literatura resultaram em boa concordÃncia tanto para processos de aeraÃÃo quanto de oxigenaÃÃo. Finalmente, foram apresentados estudos de caso para os dois processos. / Due to the progressive degradation of water bodies in general, alternatives have been studied so as to restore their water quality. Artificial aeration/oxygenation by injecting air/pure oxygen in the water (bubble plumes) can be used for this purpose. Hence, this study presents an integral model to evaluate gas transfer from circular bubble plumes in unstratified environments which is based on a radial Gaussian type distribution of plume properties and functional relationships for the entrainment coefficient and factor of momentum amplification due to turbulence. The impact of gas-liquid mass transfer on bubble plume hydrodynamics is investigated considering different bubble sizes, gas flow rates and water depths. Also simulations were run for aeration and oxygenation systems in order to provide the analysis of these effects. The results revealed a significant impact when fine bubbles are considered, even for moderate water depths. Medium bubbles present overall similar behavior as coarse bubbles. Additionally, model simulations also indicate that for bubble plumes with relatively low gas flow rates and high water depths, both dissolution and turbulence can affect bubble plume hydrodynamics, which demonstrates the importance of taking the momentum amplification factor relationship into account. For deeper water conditions, simulations of bubble dissolution using the present model and classical models available in the literature resulted in a very good agreement for both aeration and oxygenation processes. Finally, case studies involving those processes are presented.

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