Este trabalho é continuação da linha de pesquisa em escoamentos de alta velocidade, aerados, conduzida no departamento de Hidráulica e Saneamento da EESC/USP. O trabalho tem cunho experimental visando elucidar aspectos de enlaçamento de ar pela água, como resultado das flutuações turbulentas do escoamento do líquido. Medidas de vazão de ar e água, perfis de velocidade do escoamento líquido, perfis de concentração de ar no escoamento bifásico, perfis de intensidade turbulenta, comprimentos de jatos no salto sobre o aerador, foram efetuados com o fito de testar modelos que quantificam o enlaçamento de ar. Propostas básicas de quantificação de vazões de ar são apresentadas, fundamentadas em propostas da literatura, que mostram coerência entre vazões medidas diretamente e vazões estimadas. A metodologia desenvolvida no presente estudo permite obter adequadamente as grandezas relevantes para escoamentos aerados de alta velocidade. Quanto aos resultados obtidos, quando confrontados com os da literatura, indicam que há maiores incertezas para as propostas que envolvem principalmente as intensidades turbulentas. / This work is continuation of the research line in high-speed flows, aerations, lead in the Hydraulics Department and Sanitation of the EESC/USP. The work has experimental matrix aiming elucidate at to elucidate aspects of enlacement of air for water, as a result of the fluctuations turbulent of the flow of the liquid. Measures of outflow of air and water, speed profiles of the liquid flow, air concentration profiles in the two-phase flow, profiles of turbulent intensity, lengths of jets on the aerators, had been effected with look if to test models that quantify the enlacement of air. Flows quantification basic proposals of air are presented, based in proposals of the literature, which show coherence between flows measured directly and estimate flows. The methodology developed at study present allows obtaining adequately the important greatnesses for high-speed aerations flows. Regarding the obtained results, when confronted with the of the literature, indicate that exist larger uncertainties for the proposals that involve mostly the turbulent intensities.

Os sedimentos transportados por cursos de água, quando depositados nos reservatórios, podem lhes causar danos, como redução do seu volume de água, prejuízos à navegação, danificação de turbinas e bloqueio de tomadas de água e comportas. Para que medidas preventivas possam ser tomadas nesse sentido, a capacidade de predizer taxas de sedimentação e sua distribuição não-uniforme em reservatórios é muito importante, ainda em sua fase de projeto. Este trabalho compreende a construção e o assoreamento de uma armadilha de sedimentos em laboratório, bem como a utilização de um programa computacional para reprodução numérica do assoreamento. A comparação satisfatória entre resultados experimentais e simulados, tanto para o padrão do escoamento no interior da armadilha quanto para a deposição de sedimentos, permitiu avaliar o programa MIKE 21C como ferramenta útil no estudo e na estimativa do assoreamento de reservatórios / Sediment transport in alluvial rivers may cause serious problems to reservoirs, such as decrease in storage volume, impairment of navigability, damage to hydropower turbines, and blockage of gates and intakes. The capacity of predicting sedimentation and its non-uniform distribution inside reservoirs is very important, still in their phase of planning and design. This work comprehends the construction of a sand trap in a laboratory and its experimental sedimentation, as well as the use of a computational program to reproduce numerically the experiment. The satisfactory comparison between experimental and numerical results, for the flow pattern inside the trap and for the sediment deposition, validated the program MIKE 21C as a useful tool in the study and prediction of reservoir sedimentation

O presente trabalho considera o problema de oxidação de matéria orgânica e inorgânica em esgoto sanitário através da ozonização, buscando aprofundar o conhecimento nos aspectos dúbios levantados em pesquisas conduzidas no Departamento de Hidráulica e Saneamento da EESC (Escola de Engenharia de São Carlos) na USP (Universidade de São Paulo) e também citadas na literatura da área. O projeto que tem cunho experimental utilizou uma coluna de ozonização de seção transversal quadrada de 0,19 m de lado e 2,00 m de altura, formada por duas faces paralelas de acrílico e duas faces paralelas de vidro, onde as bolhas de ozônio ascensionais eram fornecidas por um difusor microporoso instalado na base da coluna. Gerou-se um banco de dados acerca das características hidrodinâmicas das bolhas ascensionais (velocidade ascensional, porcentagem pontual da concentração, diâmetro equivalente e área interfacial específica), além de alguns parâmetros físicos e químicos (ozônio residual dissolvido e gasoso, temperatura, pH, alcalinidade, condutividade, turbidez, cor verdadeira, sulfeto, DQO, série de sólidos e série de carbono), localizados como relevantes ao processo de oxidação de matéria orgânica e inorgânica através da ozonização, variando a vazão de ozônio de 50 a 300 L/h e o nível líquido de 0,30 a 1,80 m. Constatou-se que o valor de todas as características hidrodinâmicas estudadas aumenta com o aumento da vazão de gás ozônio injetado no difusor microporoso. Vale mencionar que a velocimetria a laser não intrusiva foi a ferramenta utilizada na determinação da velocidade bi-dimensional ascensional das bolhas, além de auxiliar na determinação do diâmetro equivalente. Já a porcentagem pontual da concentração das bolhas foi determinada através da contagem de radiação de uma sonda de Césio-137. As análises dos parâmetros físicos e químicos mostraram de forma geral e repetitiva que a redução de pH e alcalinidade não foram influenciadas pela dosagem de ozônio aplicada; que a porcentagem de redução da DQO teve um comportamento oscilatório, ora influenciado ora não influenciado pela dosagem de ozônio aplicada; que a condutividade teve redução nula; e que a turbidez e a cor verdadeira tiveram influência da dosagem de ozônio na eficiência de redução. A observação dos experimentos permitiu inferir que tanto as características físicas como as características de qualidade do efluente influem no tipo de comportamento observado para a DQO em função do tempo de contato. Os comportamentos previstos pela solução de equações básicas geradas para explicar o efeito inibidor de compostos intermediários permitiram obter evoluções monotonicamente crescentes ou monotonicamente decrescentes no tempo, além dos comportamentos oscilatórios da eficiência de redução da DQO observados neste trabalho. Os resultados experimentais das velocidades ascensionais, perfis da concentração das bolhas, diâmetros equivalente e áreas interfaciais específicas, em conjunto com os parâmetros físico-químicos (ozônio residual dissolvido e gasoso, temperatura, pH, alcalinidade, condutividade, turbidez, cor verdadeira, sulfeto, DQO, série de sólidos e série de carbono), formam um banco de dados a ser utilizado nas simulações da coluna de ozonização que virão a decorrer do presente trabalho. As equações governantes aqui apresentadas são merecedoras de estudos posteriores para o entendimento da dinâmica existente nas colunas de ozonização e a busca da otimização de seu uso. / This present work is a study about the oxidation problem of organic and inorganic matter in sanitary effluent by means of the ozonation, trying to improve the knowledge of dubious aspects considered in prior researches conducted in Department of Hydraulic and Sanitation of the EESC (Escola de Engenharia de São Carlos) at USP (Universidade de São Paulo) and also found in specific studies. The project, which has experimental objective, used a column of ozonation of square transversal section of 0.19 m of side and 2.00 m of height with two parallel faces of acrylic and two parallel faces of glass, where bubbles of ozone in ascension were provided by a microporous diffuser installed in the base of the column. A file of data about hydrodynamic characteristics of the bubbles in ascension (velocity in ascension, punctual percentage of the concentration, equivalent diameter and specific interface area) was stored, besides some physical and chemical parameters (waste ozone dissolved and gaseous, temperature, pH, alkalinity, conductivity, turbidity, real color, sulphet, COD, set of solids and set of carbon), important to the process of inorganic and organic matter oxidation by means of ozonation, changing the flow of the ozone from 50 to 300 L/h and the liquid level from 0.30 to 1.80 m. It was noticed that the value of all hydrodynamic characteristics analysed increases when the flow of the ozone injected in the microporous diffuser also increases. It is important to mention that no-indisposition laser velocimetry was used as an instrument to determine the bi-dimension velocity of the bubbles in ascension and to help determine the equivalent diameter, whereas the punctual percentage of the concentration of the bubbles was determined by means of counting Cesium-137 radiation. Analysis of chemical and physical parameters showed in a general and repetitive way that the reduction of the pH and alkalinity was not influenced by the dose of ozone used; the percentage of COD reduction had oscillated behaviour, being or not influenced by the dose of the ozone used. It also showed that conductivity had zero reduction and turbidity and real color here influenced by the dose of the ozone in terms of efficient reduction. The observation of the experiments permitted to infer that both physical and quality characteristics of the effluent influence the type of the behaviour of COD versus contact time. The behaviour expected by the solution of basic equations done to explain the inhibiting effect of intermediate compounds permitted to obtain increasing and decreasing evolutions in time, as well oscillated behaviour of the efficiency of COD reduction observed in this work. The experimental results of the velocities in ascension, the profile of the bubble concentration, equivalent diameter and specific interface area with chemical and physical parameters (waste ozone dissolved and gaseous, temperature, pH, alkalinity, conductivity, turbidity, real color, sulphet, COD, set of solids and set of carbon) organize a file of data to be used in simulations of the ozonation column which will elapse from this present work. Specific equations here presented are worthy of further studies for the understanding of the dynamic present in the ozonation columns and the search of the optimization of its application.

Les réseaux de tuyauterie industriels sont le siège de niveaux importants de vibrations induites par l’écoulement qui peuvent mener à la rupture par fatigue des installations. La présente étude se concentre sur l’analyse et modélisation simplifiée de la source vibratoire associée au passage d’un écoulement liquide turbulent par un coude à 90°. Une approche combinant expériences et simulation a été conduite. Une boucle de circulation d’eau munie d’un coude transparent a été conçue afin de permettre des me-sures de vitesse à l’intérieur du coude. Pour cette finalité, les techniques de Vélocimétrie par Imagerie de Particules (PIV) plane et stéréoscopique ont été utilisées. La pression pariétale et les vibrations du banc d’essais ont été mesurées simultanément. Plusieurs configurations d’écoulement ont été testées afin d’obtenir une riche base de données couplées reliant l’écoulement fluide à l’excitation dynamique des parois et, finalement, à la réponse vibratoire de la structure. En parallèle, l’écoulement instationnaire d’eau dans le coude a été simulé au moyen d’une approche du type Simulation des Grandes Echelles (LES). La simulation fluide a permis d’étudier en détails la topologie de l’écoulement turbulent au passage du coude ainsi que le champ instationnaire de pression fluctuante induit sur la paroi. Finale-ment, un ensemble d’outils statistiques a été appliqué aux données expérimentales et numériques afin de proposer un modèle simplifié des transferts qui relient l’écoulement turbulent à la sollicitation dynamique de la structure contenant le coude. / The flow of dense fluids within thin-walled piping systems may lead to significant levels of Flow-Induced Vibration, mainly in the vicinities of singularities such as obstacles inserted into the flow, sudden changes of cross-sectional area or flow direction. This study focuses on the analysis and reduced-order modelling of the vibrational source associated with the turbulent flow of liquids through a 90° elbow.A mixed experimental-computational approach is undertaken. A closed water loop containing a transparent elbow was designed in order to allow for fluid velocity measurements inside the singularity. To this purpose, planar and stereoscopic Particle Image Velocimetry (PIV) were employed. Wall pressure fluctuations and structural vibrations were measured simultaneously. Several flow configurations were tested in order to obtain a large coupled database linking the flow to the dynamic excitation, and then to the vibration response of the structure.In parallel, the unsteady water flow through the elbow was computed using Large-Eddy Simulation (LES). The fluid simulation allowed for a detailed study of the turbulent flow through the singularity and the unsteady pressure field induced on the piping walls. Finally, a set of statistical tools was applied to both experimental and computational data in order to propose a reduced-order model of the transfer function that links the tur-bulent flow to the dynamic excitation of the elbowed piping structure.