Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/9008
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dc.creatorRodrigo Bahia Pereira-
dc.date.accessioned2024-07-11T16:21:52Z-
dc.date.available2024-07-11T16:21:52Z-
dc.date.issued2024pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufms.br/handle/123456789/9008-
dc.description.abstractThis work addresses the need for innovative solutions to improve water quality in urban areas where sanitation infrastructure is often inadequate. Intensive urbanization has led to a significant increase in surface runoff and pollutant load, resulting in substantial challenges for public health and the environment. Floating Treatment Islands (FTIs) emerge as a promising technology, using floating vegetation to remove pollutants through physical and biochemical processes, contributing to environmental sustainability and improving the quality of life in cities. This thesis aims to evaluate the hydrodynamic behavior of a low-cost floating vegetation island (FVI) prototype in an urban stream, develop a reduced-scale floating vegetation island structure to conduct controlled hydrodynamic experiments in the laboratory, and conclude with the development of Project-Based Learning (PBL), encouraging students to expand their knowledge and prepare for the future. The first chapter used roots of Pistia stratiotes in the implementation of a low-cost floating vegetation island in an urban stream. Suspended solids adsorption was quantified, and the relationship with the characteristics of the root zone was analyzed. Results showed that the water velocity through the root zone reduced by an average of 60%, and sediment capture was related to root mass with a determination coefficient (r²) of 0.5. However, there was no progressive reduction in the amount of captured mass, possibly due to the non-uniformity of root biomass and fluid behavior. The second chapter investigated the hydrodynamic effects of FVIs composed of Pistia stratiotes roots in an experimental channel. The objective was to analyze how different root configurations influence hydrodynamic behavior and sediment removal efficiency. Experiments were conducted at the Laboratory of Energy Efficiency and Hydraulic Sanitation (LENHS) using a 20-meter channel with Acoustic Doppler Velocimeter (ADV) velocity measurements. Three root lengths (h0/H = 0.3, 0.6, and 0.8) were tested. Results indicated that longer and deformed roots increased mass removal efficiency, but the sediment removal rate decreased over time, suggesting a system saturation time. The distribution of turbulent kinetic energy (TKE) and Reynolds stresses was significantly affected by the presence of the roots, with greater energy redistribution near smaller, less flexible roots. The flow velocity recovery varied with root length, highlighting the complex interaction between fluid flow and root reconfiguration. The third chapter explored the impact of Project-Based Learning (PBL) in engineering education, specifically in a Transport Phenomena course at UFMS. The objective was to evaluate how integrating FVIs into practical projects influences student engagement and learning outcomes. PBL allowed students to apply creative and analytical skills in a practical context, optimizing water flow through the root zone. Results showed significant variation in project grades, with a higher standard deviation among students with averages above the passing threshold, indicating diverse approaches, and a lower standard deviation among those near the passing threshold, suggesting uniform efforts. Students reported high satisfaction with PBL despite challenges in data interpretation, highlighting the need for adaptive teaching methods to improve engagement and learning.-
dc.language.isopt_BRpt_BR
dc.publisherFundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sulpt_BR
dc.rightsAcesso Restritopt_BR
dc.subjectFloating Vegetation Island-
dc.titleFlow Dynamics around a Floating Vegetation Island and Sediment Removal: Field and Lab Studies with Engineering Education Applicationspt_BR
dc.typeTesept_BR
dc.contributor.advisor1Johannes Gerson Janzen-
dc.description.resumoEste trabalho aborda a necessidade de soluções inovadoras para melhorar a qualidade da água em áreas urbanas, onde a infraestrutura de saneamento é frequentemente inadequada. A urbanização intensiva tem levado a um aumento significativo no escoamento superficial e na carga de poluentes, resultando em desafios significativos para a saúde pública e o meio ambiente. As Ilhas Flutuantes de Tratamento emergem como uma tecnologia promissora, utilizando vegetação flutuante para remover poluentes através de processos físicos e bioquímicos, contribuindo para a sustentabilidade ambiental e a melhoria da qualidade de vida nas cidades. A tese objetiva avaliar o comportamento hidrodinâmico de um protótipo de ilha de vegetação flutuante (IVF) de baixo custo em um córrego urbano, desenvolver uma estrutura reduzida de ilha de vegetação flutuante para realizar experimentos hidrodinâmicos controlados em laboratório e finalizando através do desenvolvimento de um Project-Based Learning, incentivando alunos a ampliarem seu conhecimento e se preparem para o futuro. O primeiro capítulo utilizou raízes de Pistia stratiotes na implementação de uma ilha de vegetação flutuante de baixo custo em um córrego urbano. Foram quantificados os sólidos suspensos adsorvidos e analisada a relação com as características da zona radicular. Os resultados mostraram que a velocidade da água através da zona radicular reduziu em média 60%, e a captura de sedimentos foi relacionada à massa radicular com um coeficiente de determinação (r²) de 0,5. Contudo, não houve uma redução progressiva na quantidade de massa capturada, possivelmente devido à não uniformidade da biomassa radicular e ao comportamento do fluido. O segundo capítulo investigou os efeitos hidrodinâmicos das IVF compostas por raízes de Pistia stratiotes em um canal experimental. O objetivo foi analisar como diferentes configurações radiculares influenciam o comportamento hidrodinâmico e a eficiência de remoção de sedimentos. Experimentos foram realizados no Laboratório de Eficiência Energética e Hidráulica em Saneamento (LENHS), utilizando um canal de 20 metros com medições de velocidade por Velocímetro Doppler Acústico (ADV). Três comprimentos de raiz (h0/H = 0.3, 0.6 e 0.8) foram testados. Os resultados indicaram que raízes mais longas e deformadas aumentaram a eficiência de remoção de massa, mas a taxa de remoção de sedimentos diminuiu ao longo do tempo, sugerindo um tempo de saturação do sistema. A distribuição de energia cinética turbulenta (TKE) e tensões de Reynolds foi significativamente afetada pela presença das raízes, com maior redistribuição de energia perto das raízes menores e menos flexíveis. A recuperação da velocidade do fluxo variou com o comprimento das raízes, destacando a complexa interação entre o escoamento do fluido e a reconfiguração radicular. O terceiro capítulo explorou o impacto do Aprendizado Baseado em Projetos (PBL) na educação em engenharia, especificamente em um curso de Fenômenos de Transporte na UFMS. O objetivo foi avaliar como a integração de IVFs em projetos práticos influencia o engajamento e os resultados de aprendizado dos estudantes. O PBL permitiu que os alunos aplicassem habilidades criativas e analíticas em um contexto prático, otimizando o fluxo de água através da zona radicular. Os resultados mostraram variação significativa nas notas dos projetos, com maior desvio padrão entre os alunos com médias acima do limiar de aprovação, indicando abordagens diversificadas, e menor desvio padrão entre os que estavam próximos ao limiar de aprovação, sugerindo esforços uniformes. Os alunos relataram alta satisfação com o PBL, apesar dos desafios na interpretação dos dados, destacando a necessidade de métodos de ensino adaptativos para melhorar o engajamento e o aprendizado.pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFMSpt_BR
Aparece nas coleções:Programa de Pós-graduação em Tecnologias Ambientais

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