Efeitos da transferência de massa na relação matemática entre espessuras real e aparente em fase livre de gasolina com etanol nas contaminações subterrâneas

Abstract

Esta tese trata da relação matemática entre as espessuras real e aparente em contaminações subterrâneas com gasolina e com gasolina e etanol. Foi testada a hipótese de que a relação entre as espessuras dos dois tipos de gasolinas pode ser descrita pela mesma relação matemática desde que esta relação incorpore as tensões interfaciais entre a água e a gasolina e gasolina e o ar que ocorrem no meio poroso. É proposta uma relação matemática hidrostática para o equilíbrio considerando o contato entre o poço de monitoramento e o meio poroso e a tensão interfacial responsável pelos efeitos capilares no meio poroso e a densidade dos fluidos. Os experimentos conduzidos em meio poroso e colunas acrílicas mostraram um ajuste estatisticamente melhor da equação matemática proposta para a gasolina pura e um ajuste que apresentou menor representatividade estatística para a gasolina com etanol. Esta discrepância está relacionada ao fato da transferência de massa do etanol presente na gasolina para a água não ser um fenômeno desprezível, causar grande influência no sistema e não estar contemplada na relação matemática proposta. Outro fenômeno observado em gotas de fluidos em experimentos para medir a tensão interfacial pode ser responsável pelo ajuste menos representativo da equação que é a presença de instabilidades na interface de contato entre a gasolina e a água. Estas instabilidades que são chamadas na literatura de Efeito Marangoni produzem variações na interface entre água e gasolina e são também responsáveis pela diferença no ajuste da equação.

A mathematical relationship between real and apparent thickness for gasoline free phase is the main subject of this Thesis. The mathematical equation is based on hydrostatics, capillary pressure and fluids densities. As the equation considers physical characteristics of the fluids, it should be sufficient to model any pair of fluids including gasoline or gasolhol and water despite the great difference between free phases of this products. Experiments conducted in acrylic and glass columns produced data to fit the equation. The experiments were conducted with gasoline and gasohol 24% to ethanol in volume. The equation fit better data produced with gasoline and did not fit statistically well the gasohol data. This difference seems to be related to the mass transfer of ethanol from to gasohol to water, since ethanol is hydrophilic. Experiments conducted with drops of water in gasohol to measure interfacial tension demonstrated that this system presented superficial effects called Marangoni Effect. This phenomena is responsible for increase in mass transfer and turbulence in the interface that causes kicks. It seems the Marangoni effect is also responsible for the lack of statistical representativity fit of the equation to the gasohol system.