Este trabalho apresenta a calibração e o desenvolvimento de um tanque de reaeração, equipamento que gera turbulência com intensidade controlável por meio de grade oscilante. Foram realizadas adequações ao projeto inicial de construção do tanque, idealizado por ROMA, onde se buscou o equilíbrio e as limitações de funcionamento para que, em futuros trabalhos, o tanque possa ser utilizado sob condições adequadas sem a presença de \"ruídos\" que venham a interferir nos resultados. A calibração do tanque foi realizada levantando-se o coeficiente de reaeração \'K IND.2\' para dois tipos de grades, 256 malhas/\'M POT.2\' e 1024 malhas/\'M POT.2\' constituídas por barras de seção medindo 10 x 10 mm, em diversas freqüências de oscilações sob condições controladas de temperatura e umidade relativa do ar. Com auxílio de um medidor eletroquímico de oxigênio dissolvido e de um contador de rotação, pôde-se acompanhar a reoxigenação da água e avaliar a freqüência de oscilação das grades. A desaeração da massa de água, necessária para a calibração do tanque, foi promovida por Stripping provocado por cavitação forçada à temperatura ambiente com injeção de nitrogênio. A taxa de reaeração \'K IND.2\' foi calculada por medidas da variação do oxigênio dissolvido em função do tempo provocada por agitação mecânica para determinada freqüência de oscilação da grade. Os resultados obtidos forneceram as curvas de reaeração em função da freqüência de oscilação e do tipo de grade utilizada em cada ensaio que, através do uso de planilha eletrônica, determinaram-se os valores de concentração de saturação (Cs) e coeficiente de reoxigenação (\'K IND.2\') com o uso de regressão não linear. / This work presents a reaeration tank development and its calibration, equipment that generates controlled intensity turbulence produced by oscillating grid. An adaptation on the original design idealized by Roma was made improving the equilibrium of the oscillating grid mechanism and defining the limits of functionality of the device. These are important aspects for future research on experimental turbulence generation since that the use of equipment free of undesirable disturbing noise are of fundamental importance. Tank calibration was obtained through the evaluation of the reaeration coefficient \'K IND.2\' using two types of oscillating grids, 256 and 1024 meshes/\'M POT.2\', constructed with 10 x 10 \'MM POT.2\' square section bars. Experimental runs were conducted under controlled conditions of air temperature and humidity, for several oscillating frequencies for each grid. The necessary water mass desaeration was obtained by ambient temperature stripping, induced by forced cavitation and nitrogen injection. Reaeration coefficients were calculated from data obtained from dissolved oxygen concentration measurements as function of time for each grid size and oscillating frequency combination. As results, reaeration curves with reaeration coefficients as function of oscillating frequency and grid type are presented.

Physical based modeling was conducted to improve channel restoration efforts through direct comparison of submerged structures of various design and orientations. In-stream structure technologies studied are used to provide bank stabilization, flow control, scour and sediment control, as well as ecological enhancement through turbulent dispersion and vertical mass transport. Quantitative analysis evaluates flow effects induced by common channel restoration structures in their ability to provide mixing in our streams and rivers without significant impacts on flooding through excessive energy loss and backwater effect. Physical, fixed-bed flume experiments were performed under high-Reynolds number subcritical steady-state flow conditions. Theoretical energy loss relationships were developed, compared, and evaluated experimentally for stream barbs, spurs, submerged vanes, blocks and boulders. Extensive surface dye-trace experiments were performed to determine centerline mixing and vertical mass transport produced by stream barbs, vanes and boulders. The research presented in this thesis illustrates that the use of dispersion relationships to assess length of vertical mass transport based on the change in energy slope, and estimated shear velocity, of the channel does not properly correct for boundary layer formation and advection or angular motion produced by channel restoration structures. Submerged vanes were found to provide efficient vertical mixing with minimal energy loss or flood risk, as compared to stream barbs, spurs, blocks, and boulders. The deterioration of water quality and the need to provide bank stabilization with limited flood risk require updated NRCS and ASCE design standards and selection tools for vertical mass transport and energy loss relationships of channel restoration structures. The research conducted in these two studies have provided data for a select number of such structures.

Este trabalho apresenta a calibração e o desenvolvimento de um tanque de reaeração, equipamento que gera turbulência com intensidade controlável por meio de grade oscilante. Foram realizadas adequações ao projeto inicial de construção do tanque, idealizado por ROMA, onde se buscou o equilíbrio e as limitações de funcionamento para que, em futuros trabalhos, o tanque possa ser utilizado sob condições adequadas sem a presença de \"ruídos\" que venham a interferir nos resultados. A calibração do tanque foi realizada levantando-se o coeficiente de reaeração \'K IND.2\' para dois tipos de grades, 256 malhas/\'M POT.2\' e 1024 malhas/\'M POT.2\' constituídas por barras de seção medindo 10 x 10 mm, em diversas freqüências de oscilações sob condições controladas de temperatura e umidade relativa do ar. Com auxílio de um medidor eletroquímico de oxigênio dissolvido e de um contador de rotação, pôde-se acompanhar a reoxigenação da água e avaliar a freqüência de oscilação das grades. A desaeração da massa de água, necessária para a calibração do tanque, foi promovida por Stripping provocado por cavitação forçada à temperatura ambiente com injeção de nitrogênio. A taxa de reaeração \'K IND.2\' foi calculada por medidas da variação do oxigênio dissolvido em função do tempo provocada por agitação mecânica para determinada freqüência de oscilação da grade. Os resultados obtidos forneceram as curvas de reaeração em função da freqüência de oscilação e do tipo de grade utilizada em cada ensaio que, através do uso de planilha eletrônica, determinaram-se os valores de concentração de saturação (Cs) e coeficiente de reoxigenação (\'K IND.2\') com o uso de regressão não linear. / This work presents a reaeration tank development and its calibration, equipment that generates controlled intensity turbulence produced by oscillating grid. An adaptation on the original design idealized by Roma was made improving the equilibrium of the oscillating grid mechanism and defining the limits of functionality of the device. These are important aspects for future research on experimental turbulence generation since that the use of equipment free of undesirable disturbing noise are of fundamental importance. Tank calibration was obtained through the evaluation of the reaeration coefficient \'K IND.2\' using two types of oscillating grids, 256 and 1024 meshes/\'M POT.2\', constructed with 10 x 10 \'MM POT.2\' square section bars. Experimental runs were conducted under controlled conditions of air temperature and humidity, for several oscillating frequencies for each grid. The necessary water mass desaeration was obtained by ambient temperature stripping, induced by forced cavitation and nitrogen injection. Reaeration coefficients were calculated from data obtained from dissolved oxygen concentration measurements as function of time for each grid size and oscillating frequency combination. As results, reaeration curves with reaeration coefficients as function of oscillating frequency and grid type are presented.

A importância dada aos parâmetros de qualidade da água, principalmente nas últimas décadas justifica a realização desse trabalho, que investiga a relação de alguns parâmetros turbulentos com o coeficiente de reaeração, 'K IND.2', através de duas técnicas distintas de medida: o método ótico e a técnica fotográfica. O método ótico relaciona a intensidade de luz recebida por um diodo imerso na água com a velocidade vertical no ponto onde é realizada a medida; os dados coletados pelo método ótico constituem um sinal elétrico que contém a informação da deformação da superfície. A partir desse sinal determinam-se os seguintes parâmetros: valor RMS da tensão, função de autocorrelação, macroescala e espectro. Os resultados obtidos por esse método são funções temporais. O método fotográfico consiste em obter fotografias de partículas iluminadas sobre a superfície livre da água, com tempo de exposição conhecido. O método foi melhorado pela adição de dois disparos de flash, para permitir a determinação da variação da velocidade. As fotos são digitalizadas em um software gráfico e os valores obtidos são interpolados através do método Kriging de interpolação. O método fotográfico é uma função espacial. A partir do método fotográfico são determinados os seguintes parâmetros: valor RMS, função de autocorrelação e espectro. Os resultados obtidos permitem a comparação quantitativa entre as funções de autocorrelação e espectros, e a relação entre o coeficiente de reaeração, 'K IND.2' e o valor RMS obtidos pela sonda e pela foto / The importance given to the parameters of quality of the water, mainly in the last decades, it justifies the accomplishment of this work, that it investigates the relation of some turbulent parameters with the re-aeration coefficient, 'K IND.2', through two different techniques of measure: the optic method and the photographic technique. The optic method relates the intensity of the light received by a immersed diode in the water with the vertical speed at the point where the measure is accomplished; the data collected by the optic method are electric signs that contains the information of the deformation of the surface. Thereafter this signs, the following parameters are determined: RMS value of tension, self-correlation function, macro-scale and spectrum. The results obtained for this method they are temporal functions. The photographic method consists of obtaining pictures of illuminated particles on the free surface of the water, with time of exhibition known. The method was improved by addition of two shots of flashes, to allow the determination of the variation of the speed. The pictures, then, are digitized in a graphic software and the values obtained are interpolated through the Kriging interpolation method. The photographic method is a spatial function. With the photographic method may be determined the following parameters: RMS value, self-correlation function and spectrum. The results obtained may provide the quantitative comparison between the self-correlation function and spectrum; and also the relation between the re-aeration coefficient, 'K IND.2', and the RMS value, that are obtained through the probe and the picture

A importância dada aos parâmetros de qualidade da água, principalmente nas últimas décadas justifica a realização desse trabalho, que investiga a relação de alguns parâmetros turbulentos com o coeficiente de reaeração, 'K IND.2', através de duas técnicas distintas de medida: o método ótico e a técnica fotográfica. O método ótico relaciona a intensidade de luz recebida por um diodo imerso na água com a velocidade vertical no ponto onde é realizada a medida; os dados coletados pelo método ótico constituem um sinal elétrico que contém a informação da deformação da superfície. A partir desse sinal determinam-se os seguintes parâmetros: valor RMS da tensão, função de autocorrelação, macroescala e espectro. Os resultados obtidos por esse método são funções temporais. O método fotográfico consiste em obter fotografias de partículas iluminadas sobre a superfície livre da água, com tempo de exposição conhecido. O método foi melhorado pela adição de dois disparos de flash, para permitir a determinação da variação da velocidade. As fotos são digitalizadas em um software gráfico e os valores obtidos são interpolados através do método Kriging de interpolação. O método fotográfico é uma função espacial. A partir do método fotográfico são determinados os seguintes parâmetros: valor RMS, função de autocorrelação e espectro. Os resultados obtidos permitem a comparação quantitativa entre as funções de autocorrelação e espectros, e a relação entre o coeficiente de reaeração, 'K IND.2' e o valor RMS obtidos pela sonda e pela foto / The importance given to the parameters of quality of the water, mainly in the last decades, it justifies the accomplishment of this work, that it investigates the relation of some turbulent parameters with the re-aeration coefficient, 'K IND.2', through two different techniques of measure: the optic method and the photographic technique. The optic method relates the intensity of the light received by a immersed diode in the water with the vertical speed at the point where the measure is accomplished; the data collected by the optic method are electric signs that contains the information of the deformation of the surface. Thereafter this signs, the following parameters are determined: RMS value of tension, self-correlation function, macro-scale and spectrum. The results obtained for this method they are temporal functions. The photographic method consists of obtaining pictures of illuminated particles on the free surface of the water, with time of exhibition known. The method was improved by addition of two shots of flashes, to allow the determination of the variation of the speed. The pictures, then, are digitized in a graphic software and the values obtained are interpolated through the Kriging interpolation method. The photographic method is a spatial function. With the photographic method may be determined the following parameters: RMS value, self-correlation function and spectrum. The results obtained may provide the quantitative comparison between the self-correlation function and spectrum; and also the relation between the re-aeration coefficient, 'K IND.2', and the RMS value, that are obtained through the probe and the picture