Portuguese culture has always been interconnected with nautical culture. Nowadays, Portugal is a powerful country in canoeing. Besides athletes, excellent training places, Portugal is one of the best manufacturers of canoes and kayaks in the world. To have a constant evolution in the design of the boats, it is crucial to study the hydrodynamics of canoes. Therefore, the present work arises in the context of the lack of scientific studies in the area of hydrodynamics in canoeing, mainly the C1 boat. In this dissertation, simulations of Computational Fluid Dynamics (CFD) were performed in order to simulate the water and air flow around the hull of two canoes to evaluate their performance. For this, the Fluid Volume method (VoF) was used to simulate the free surface, and the turbulence model ?­e Standard to simulate the turbulence. A mesh independence study was also carried out to ensure that the mesh used does not affect the intended results. The software used for this analysis was Ansys Fluent 2019 R3. In order to validate the numerical study, experimental tests were performed at full scale. The numerical model was then applied to the two vessels, where the resistance to advance of the canoes, at a range of velocities was studied, as well as for different pitch angle. Also for comparison purposes the wave elevation, as well as the effect of the flow velocity, in both canoes were evaluated. For the C1 5 L model, the values were overestimated numerically, while for the other model, the C1 8 L, the results were closer to the values obtained experimentally. Other numerical studies have shown similar problems, which possibly has to do with the exact determination of the waterline position, which significantly influences the final results.

A reutilização de águas residuais tratadas (ART) é praticada, na maioria dos casos, como uma estratégia de conservação da água em regiões onde os recursos hídricos são escassos, mas também por motivos ambientais, a fim de preservar a qualidade da água de meios recetores, reduzindo a descarga de efluentes de estações de tratamento de águas residuais (ETAR). Nos próximos anos, muitas regiões em Portugal e no Mundo, vão consumir mais água, não só para atividades domésticas e industriais, mas também para atividades agrícolas e recreativas (e.g. rega de campos de golfe, áreas desportivas e de lazer), uma vez que o Turismo é uma das apostas de desenvolvimento de muitas regiões. Assim, a recarga artificial de aquíferos (RAQ) pode constituir uma alternativa para o restabelecimento de volumes de água subterrânea que poderão ser utilizados para satisfazer parte das necessidades daquelas atividades. As características do efluente tratado da ETAR de Vila Fernando (Guarda), sugeriam que poderia ser utilizado para a RAQ, uma vez que não há atividade agrícola relevante naquela região e as características do solo pareciam favoráveis à sua infiltração. A RAQ é uma opção válida de reutilização, muito utilizada em várias regiões do Mundo, e pouco considerada em Portugal. Recolheram-se amostras de solo na Quinta de Gonçalo Martins (Guarda) para, em laboratório, avaliar o potencial de remoção de poluentes residuais e patogénicos presentes nos efluentes tratados, que podiam contaminar os recursos hídricos subterrâneos. O solo pode, alternativamente, ser utilizado em bacias de infiltração, retenção ou detenção, previamente à infiltração de efluentes tratados no solo, substituindo o material reativo que normalmente é utilizado para remoção de poluentes e patogénicos. Para perceber os mecanismos de remoção de poluentes e patogénicos no solo, estabeleceu-se um exaustivo plano de ensaios com três materiais de enchimento: solo residual, componente fina do solo (fração inferior a 0,075 mm) e areia de rio. Os resultados das análises realizadas ao solo residual indicam que este apresenta características favoráveis à infiltração de ART, isto é, o complexo argilo-coloidal deste solo apresenta propriedades reativas que lhe permitem remover poluentes por mecanismos de sorção, bem como uma superfície específica adequada para o desenvolvimento do biofilme com capacidade para remover poluentes e patogénicos através de mecanismos de biodegradação. Os ensaios de hidrodinâmica permitiram verificar que, nas camadas superiores do meio de enchimento, podem, ao fim de oito meses, desenvolver-se zonas mortas e curto-circuito hidráulico que podem diminuir a eficiência de remoção de poluentes no tempo. Realizaram-se ensaios de sorção em batch, com o fino do solo e baixas razões solo/líquido, para avaliar a remoção de metais pesados (crómio, cobre, níquel, chumbo e zinco), matéria orgânica, amónio, nitrato e fosfato, em tempos de contacto curtos (24 horas). As maiores remoções foram para o chumbo, seguido do zinco, níquel, cobre e crómio, presumindo-se que tenha ocorrido essencialmente por permuta catiónica, com catiões que se libertaram do complexo argilo-coloidal, e por adsorção. O modelo de pseudo-primeira ordem explicou a cinética de sorção para os cinco metais, matéria orgânica, amónio, nitrato e fosfato. Quando o estado de equilíbrio foi atingido, a remoção destes compostos foi explicada pela isotérmica de Freundlich. Foram realizados ensaios de sorção e biodegradação em três colunas laboratoriais, com solo, fino do solo e areia e elevadas razões solo/líquido, para avaliar a remoção de metais pesados (crómio, cobre, níquel, chumbo e zinco), matéria orgânica, amónio, nitrato, fosfato e microrganismos patogénicos, em tempos de contacto longos (3,5 dias por ciclo, num total de 35 dias), alimentação descontínua e contínua, que permitiram simular a remoção de poluentes presentes em ART, em sistemas como, leitos filtrantes, bacias de detenção, retenção ou infiltração e até no solo. Os cinco metais pesados foram removidos, a taxas elevadas, no solo e fino do solo, por complexação/precipitação na forma de hidróxidos. A matéria orgânica, amónio, nitrato e fosfato foram removidos a taxas elevadas no solo e fino do solo, quer em sistemas de alimentação descontínua, quer em sistemas de alimentação contínua. A matéria orgânica e formas de azoto foram removidos por mecanismos de biodegradação, nomeadamente por remoção carbonácea, nitrificação e desnitrificação, enquanto o fosfato foi removido por complexação/precipitação. Os microrganismos patogénicos foram removidos por filtração e adsorção às partículas do solo e fino do solo. A areia apresentou uma remoção relativamente baixa de poluentes e quase nula de patogénicos. A utilização de solos residuais para infiltração de ART para RAQ, quer diretamente no solo, quer em infraestruturas de detenção, retenção ou infiltração, permite uma boa remoção de poluentes residuais e patogénicos de ART, garantindo a proteção das águas subterrâneas e pode ainda constituir uma solução económica, no caso da substituição de materiais de enchimento tradicionais em estruturas de tratamento.

A contaminação de microplásticos no meio ambiente tem recebido atenção de pesquisadores, cientistas e ambientalistas. Atualmente existem poucos modelos que simulam a trajetória de detritos plásticos. Esses modelos são usados com o intuito de prever os acessos e as modificações de substâncias flutuantes no oceano ou na atmosfera, sendo alimentados através de parâmetros que são escolhidos de acordo com a localidade trabalhada. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi aplicar o modelo hidrodinâmico, MOHID, com seu módulo Lagrangeano para a simulação do transporte de microplásticos nas regiões do Estuário do Rio Macaé e na região da Baía de Guanabara. A plataforma utilizada na pesquisa tem sido adotada em vários países, para simular processos que ocorrem em estuários, mares e oceanos, partindo de dados experimentais reais obtidos no campo para a calibração dos modelos. Concluiu-se que o módulo de rastreamento de partículas se mostrou uma ferramenta significativa para o estudo da circulação de microplásticos no estuário do rio Macaé e na Baía de Guanabara. Os resultados se mostraram satisfatórios, uma vez que todo o lixo plástico acumulado em ambas regiões estuarinas tiveram maior concentração dentro das baías, com um menor avanço para o mar aberto, justificando o porquê da Baía de Guanabara ter o nível de concentração de microplásticos elevado. Por fim, sugerem-se outras simulações levando em consideração outros fatores, como as forçantes meteorológicas da região de estudo.

As ondas e correntes dominam os processos de remobilização e transporte de sedimentos nas zonas costeiras, e podem originar uma variedade de feições nestas regiões. Neste contexto, os bancos transversais do tipo finger bars são acumulações de areia com orientação oblíqua ou perpendicular à costa e paralelos entre si. Eles são encontrados em ambientes de diferentes características, seja em praias abertas ou costas protegidas. Este estudo contribui para o entendimento das características destas feições em um ambiente abrigado, mais especificamente na margem interna da restinga da Marambaia, baía de Sepetiba, Rio de Janeiro. Para tal, foi realizada a análise temporal de um conjunto de imagens de satélite e coleta de 32 amostras de sedimentos superficiais de fundo das cristas e cavas de 15 bancos de orientação NE-SO para a caracterização geométrica e granulométrica das feições. Também foram conduzidos dois fundeios simultâneos na região ao longo de dois ciclos de maré (25 horas - profundidade média de 3 e 5 metros), a fim de conhecer suas características hidrodinâmicas e determinar as velocidades críticas que levam a remobilização dos sedimentos de fundo. Além da coleta de amostras de água para determinação das concentrações do material particulado em suspensão. Dois grupos de bancos transversais ocorrem ao longo da margem interna da restinga. O primeiro grupo, formado por bancos de orientação NE-SO, foi estudado a partir de uma série de 12 imagens (resolução < 1m) obtidas no programa Google Earth Pro. O segundo grupo, formado por bancos de orientação NO-SE, foi estudado com base em 36 imagens do satélite Sentinel 2A/B (resolução 10 metros). Em geral, são observados uma média de 8 bancos/km de orientação NE-SO por aproximadamente 23 km de extensão, com comprimento de onda médio (λ) de 72 m, desvio padrão médio de 33 m e distância transversal à costa de até 680 metros, compostos por sedimentos classificados como areia média nas suas cristas e cavas. Os bancos de orientação NO-SE, estendem-se de 6 a 9 km, no setor oeste da restinga, onde é observada uma média de 18 bancos, com comprimento de onda médio (λ) de 537 m, desvio padrão de 177 m e distância transversal à costa de até 875 metros. Os dois grupos de bancos transversais migram para oeste em taxas que variam de 3,6 a 18,2 m/ano. As correntes registradas apresentaram intensidades de até 0,26 m/s. As estimativas da velocidade cisalhante indicam que as correntes são capazes de remobilizar areia média em determinados momentos durante o fundeio. Dadas às características da região do presente estudo, sugere-se que os mecanismos envolvidos na formação e manutenção dos bancos transversais sofrem grande influência das correntes de maré que adentram a baía.

Em tratamento de águas residuárias, o sistema de biorreatores de membrana (MBR) geralmente tem um custo operacional mais alto do que o sistema de lodo ativado clássico (LAC), principalmente devido aos custos de energia relacionados à aeração. Este trabalho revisou a literatura no sistema MBR, buscando identificar os fundamentos da aeração tanto no processo biológico quanto no uso do ar como agente de limpeza para mitigar a incrustação na superfície das membranas, seus impactos no consumo de energia, estratégias para reduzir esse consumo, bem como avaliou sua aplicabilidade em um estudo de caso em escala industrial, no qual o sistema MBR é utilizado como uma etapa em um sistema de tratamento de efluentes de uma fábrica de laticínios. O resultado da revisão da literatura apresentou várias estratégias que visam à redução do consumo de energia e o estudo de caso confirmou: o bom desempenho desta tecnologia, com as seguintes eficiências de remoção de matéria orgânica alcançadas - DBO, 98,6 a 99,5%, DQO , 96,1 a 99,2% e o elevado percentual de energia consumida por aeração no MBR (em torno de 85%). Este fato torna evidente que a redução do consumo de energia deve sempre ser vista com especial atenção, a fim de aumentar a competitividade dessa tecnologia.

Nesta dissertação é apresentada a avaliação da dispersão de contaminantes no Rio São Pedro, pequeno curso situado na Bacia Hidrográfica do Rio Macaé, centro-norte do Estado do Rio de Janeiro. Para tanto, utilizou-se uma abordagem que conjugou simulação e observação. A simulação compreendeu a modelagem do transporte de substância conservativa em um dado trecho desse rio. O modelo adotado utilizou a formulação unidimensional da equação de advecção-dispersão, que tem como parâmetro crítico o coeficiente de dispersão longitudinal. Paralelamente foi conduzido um experimento de campo, que constou da injeção instantânea de massa conhecida de sal nesse trecho do rio, tendo sido monitorada a concentração resultante em uma seção situada a jusante do ponto de lançamento. Códigos numéricos foram implementados para obter-se o melhor ajuste entre simulação e observação, ajuste esse obtido através da estimativa do coeficiente de dispersão.

Entre 06/08/11 e 25/02/12 foram obtidas séries temporais contínuas de intensidade e direção das correntes e intensidade do eco ao longo de toda a coluna d água, e medições, de temperatura e pressão, próximas ao fundo, na região adjacente ao canal de acesso à baía de Sepetiba (23°0'16.5"S e 43°59'29.4"W, profundidade local de aproximadamente 25 m) através da utilização de um perfilador acústico ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler), modelo WorkHorse BroadBand Sentinel (600 kHz, Teledyne-RDI). A partir dos dados adquiridos, observou-se a existência de correntes intensas próximo ao fundo (até 1,02 m/s), principalmente durante os períodos de enchente sob condições de sizígia, que são fortemente influenciadas pela orientação do canal de navegação. A análise das séries temporais das componentes da velocidade mostraram, em conformidade ao relatado por alguns autores, que esta é uma baía cuja circulação é fortemente influenciada pela dinâmica da maré sendo M2, M4, M6 e M8 as principais componentes harmônicas que atuam no sistema. Além disso, observou-se significativa assimetria da maré, sendo os períodos de enchente consideravelmente mais curtos e associados às correntes mais intensas, o que permite concluir que no setor investigado da baía de Sepetiba há dominância de enchente. Outra característica interessante da área de estudo relaciona-se à observação de que ventos intensos de S-SO são responsáveis pelo empilhamento de água no interior da baía, sendo que altura do nível da superfície da água apresenta relação direta com as variações da pressão atmosférica local. Em diversos períodos, quando há atuação de ventos de E-NE é possível encontrar Água Central do Atlântico Sul (ACAS) no interior da baía de Sepetiba, desde a sua entrada principal até as adjacências da ilha Guaíba. Além disso, foram identificadas diversas oscilações de baixa frequência que puderam ser associadas à variação da pressão atmosférica. Oscilações de alta frequência foram associadas à dinâmica da maré, a co-oscilações da maré e ao vento. Em relação à concentração de Material Particulado em Suspensão (MPS), durante os períodos de sizígia foram registradas as maiores concentrações material particulado na coluna d água. Durante os períodos de sizígia, o fluxo de MPS é mais pronunciado do que durante as quadraturas, sendo que, independente do período da maré, o fluxo cumulativo de material particulado em suspensão é dirigido para o interior da baía de Sepetiba. Considerando o alinhamento dos vetores de velocidade em conformidade a direção preferencial do canal de navegação, tem-se que o fluxo cumulativo de MPS varia entre dirigido para SE na região próxima ao fundo, a dirigido para NE próximo ao topo da coluna d água, o que sugere a deflexão do movimento das correntes em consequência do atrito. Ao longo de um dia, o fluxo do material particulado é mais pronunciado durante as enchentes, quando há aumento das tensões cisalhantes que atuam sobre o leito da baía redisponibilizando para a coluna d água o material que estava depositado no fundo.

The hydrodynamics, morphology and sedimentology of the Taperaçu estuary were investigated. This is one of several estuaries located within the largest mangrove fringe in the world, bordering the Amazon region, subject to a macrotidal regime and regionally atypical negligible fresh water supply. The results reveal widespread sand banks that occupy the central portion of the estuarine cross-section. Well-sorted very fine sandy sediments of marine origin prevail. Shorter flood phases, with substantially higher current velocities, were observed in the upper sector of Taperaçu, as expected for a shallow, friction-dominated estuary. However, ebb domination can be expected for estuaries with large associated mangrove areas and substantial estuarine infilling, both of which situations occur on the Taperaçu. The tidal asymmetry favoring flood currents could be the result of the absence of an effective fluvial discharge. Furthermore, it was observed that the Taperaçu is connected by tidal creeks to the neighboring Caeté estuary, allowing a stronger flux during the flood and intensifying the higher flood currents. As a whole, the results have shown a complex interaction of morphological aspects (friction, fluvial drainage, connections with neighbor estuaries, infilling and large storage area) in determining hydrodynamic patterns, thus improving the understanding of Amazon estuaries.

The Laje de Santos Marine State Park (LSMSP), located in southeastern Brazil, is the only marine park in São Paulo State. This conservation unit has been established as a protected area of high biological diversity. Despite its importance for the conservation of the marine biota, little is known about the park's seaweed flora. The objectives of this study were as follows: to furnish increased knowledge of the composition of the macroalgae in the Park area; to relate the area's macroalgal composition to the presence of an important water mass in the region, the South Atlantic Central Water (SACW); and to investigate the possible influence of the Port of Santos on the composition of the macroalgae of the LSMSP. This study registered 31 new records for the LSMSP, 11 for São Paulo State, four for Brazil, one for the western Atlantic and one for the South Atlantic Ocean, in addition to the possible occurrence of one new species of Osmundea (Rhodomelaceae) and one new genus belonging to Ceramiaceae. The taxonomic composition of the macroalgae had a direct correlation with the arrival of the SACW in the summer-fall season. The SACW generated a strong thermocline and increased the supply of nutrients in the water column. Hydrodynamic and dispersion modeling analyses suggested that the Port of Santos influenced the composition of the LSMSP phycoflora.

A instalação do Complexo Industrial Portuário de Suape (CIPS) modificou algumas características físicas, químicas e biológicas do Estuário de Suape. Este estudo apresenta a primeira caracterização física deste sistema, focando na hidrodinâmica local, transporte de materiais e a influência destes sobre algumas propriedades locais. Os parâmetros físicos também foram associados aos hidrocarbonetos de petróleo dissolvidos e/ou dispersos (HPDDs). Durante um ciclo completo de maré (13 h), foram registrados o nível, fluxo e propriedades da água (salinidade, temperatura, material em suspensão - MS -, clorofila e oxigênio dissolvido), além da velocidade e direção das correntes, usando ADCP e CTD. Os HPDDs foram investigados nas águas superficiais e de fundo, através de espectrofluorescência. Os resultados revelaram uma estrutura vertical homogênea, um regime de maré semidiurno e um padrão térmico diurno. As concentrações de HPDDs na superfície e no fundo são baixas e similares, devido à ação da maré. A fonte mais provável é o CIPS, uma vez que o transporte residual dos hidrocarbonetos de petróleo, da clorofila e do oxigênio dissolvido são no sentido do estuário do Massangana. Um padrão oposto foi observado para o transporte residual da salinidade e MS, no sentido da lagoa. Estes resultados indicam que a hidrodinâmica local é essencial para entender o transporte e troca de materiais entre os vários segmentos do estuário. Estudos mais completos são necessários para se obter conclusões mais consistentes.