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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.18.2000.tde-28052024-143817
Document
Author
Full name
Erich Kellner
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2000
Supervisor
Committee
Pires, Eduardo Cleto (President)
Campos, Jose Roberto
Mendonca, Sergio Rolim
Porto, Monica Ferreira do Amaral
Tsutiya, Milton Tomoyuki
Title in Portuguese
Modelação matemática do comportamento térmico de lagoas de estabilização : a estratificação e seus efeitos
Keywords in Portuguese
estratificação térmica
insolação
lagoas de estabilização
modelo matemático
Abstract in Portuguese
A estratificação térmica, caracterizada por um elevado gradiente térmico ao longo da profundidade, normalmente é observada em lagos profundos. No entanto, embora as lagoas de estabilização apresentem pequena profundidade, a alta turbidez dessas unidades de tratamento proporcionam condições favoráveis à ocorrência desse fenômeno, principalmente durante o verão. Durante essa época do ano, as camadas mais próximas à superfície concentram uma maior quantidade de energia térmica em relaçãoas camadas mais profundas, gerando então, um diferencial de temperatura entre a superfície e o fundo das lagoas. O aquecimento diferenciado das camadas de água gera um perfil de densidade, estando as camadas menos densas localizadas junto à superfície da lagoa e, as mais densas, junto ao fundo. Essa diferença de densidade na coluna líquida provoca alteração no padrão de escoamento e a diminuição do volume útil da lagoa. Esta tese apresenta modelo matemático desenvolvido para previsão das condições de estratificação térmica em lagoas de estabilização, permitindo estimar o volume efetivamente utilizado para o tratamento das águas residuárias, assim como corrigir o tempo médio de residência do líquido na lagoa. Os resultados teóricos foram comparados com observações experimentais obtendo-se diferenças máximas de 15% entre os perfis de temperatura calculados e observados
Title in English
Mathematical modelling of the thermal behavior of stabilization ponds : the stratification and its effects
Keywords in English
ínsolation
mathematical model
stabilization ponds
thermal stratification
Abstract in English
Thermal stratification, which is characterized by a high thermal gradient along the depth, is usually observed in deep lakes. However, although stabilization ponds present small depths, the high turbidity of those units of treatment provides favorable conditions for the occurrence of that phenomenon, mainly during the summer. During that time of the year, the layers nearest to the surface concentrate a larger amount of thermal energy compared to the deepest layers, which results in a temperature difference between the surface and the bottom of the pond. As a consequence a density profile appears, with the less dense layers located at the surface of the pond and the densest ones close to the bottom. This stratification inthe liquid column induces alterations in the flow pattern and a decrease of the useful volume of the pond. This thesis presents a mathematical model developed to forecast the conditions of thermal stratification in stabilization ponds and the volume really used for the treatment of the waste water's. With these values it is possible to correct the average residence time of the liquid in the pond. The theoretical results were compared with experimental observations with maximum differences of 15% between the calculated and observed temperature profiles
 
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Kellner_Erich_tese.pdf (16.48 Mbytes)
Publishing Date
2024-05-28
 
WARNING: The material described below relates to works resulting from this thesis or dissertation. The contents of these works are the author's responsibility.
  • KELLNER, E., and PIRES, E. C. The influence of thermal stratification on the hydraulic behavior of waste stabilization ponds. Water Science and Technology, 2002, vol. 45, nº 1, p. 41-48.
  • KELLNER, E., e PIRES, E. C. Avaliação de modelos de cálculo do número de dispersão para lagoas de estabilização. Engenharia Sanitária e Ambiental, 1999, vol. 4, nº 3/4, p. 152-159.
  • KELLNER, E., e PIRES, E. C. Desenvolvimento de modelo matemático para determinação do perfil vertical de temperatura e do volume útil de lagoas de estabilização. Engenharia Sanitária e Ambiental, 1999, vol. 4, nº 1-2, p. 84-92.
  • KELLNER, E., MOREIRA, João Fernandes Viana, e PIRES, E. C. Influência da estratificação térmica no volume útil e no comportamento hidrodinâmico de lagoa de estabilização: determinação experimental e teórica. Engenharia Sanitária e Ambiental [online], 2009, vol. 14, p. 129-138. Dispon?vel em: http://www.abes-dn.org.br/publicacoes/engenharia/resaonline/v14n01/RESA_v14n1_p129-138.pdf.
  • Kellner, Erich, do Carmo Calijuri, Maria, e Cleto Pires, Eduardo. Aplicação de indicadores de sustentabilidade para lagoas de estabilização [doi:10.1590/S1413-41522009000400005]. Engenharia Sanitária e Ambiental [online], 2009, vol. 14, p. 455-464.
  • KELLNER, E., and PIRES, E. C. Influence of the thermal stratification in the hydraulic behavior of stabilization ponds. In I Conferencia Latinoamericana en Lagunas de estabilization y reuso, Santiago de Cali, 2000. Anais.Santiago de Cali : Cinara, 2000.
  • PIRES, E. C., e KELLNER, E. Modelo de estratificação térmica de lagoas de estabilização de águas residuárias. In XV Congresso Brasileiro de Engenharia Mecânica, Águas de Lindóia, 1999. COBEM 99 XV Congresso Brasileiro de Engenharia Mecânica.Campinas : UNICAMP, 1999.
  • PIRES, E. C., e KELLNER, E. Modelo matemático para estimativa do tempo médio de detenção hidráulica de lagoas de estabilização sob influência da estratificação térmica. In 21 Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, João Pessoa, 2001. 21 Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental - Trabalhos Técnicos.Rio de Janeiro : ABES, 2001.
  • KELLNER, E., e PIRES, E. C. Lagoas de Estabilização: Projeto e Operação. Rio de Janeiro : ABES, 1998{Volume}.{Serie}
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