1. escalas do movimento na atmosfera os movimentos na atmosfera têm várias escalas espaciais e temporais Microescala



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Modelos de Simulação Cap 3 – Introdução ao problema da dispersão de poluentes

1. ESCALAS do MOVIMENTO na ATMOSFERA

Os movimentos na atmosfera têm várias escalas espaciais e temporais


Microescala: escala de pequenos turbilhões, com movimentos caóticos – alguns metros. (casa ou chaminé)
Mesoescala: escala de uma cidade – dezenas de quilómetros. (fenómenos de mesoescala: ventos que se formam sobre montanhas, pequenas tempestades tropicais)
Escala sinóptica: escala dos mapas de tempo – quilómetros.
Escala Global ou Escala Planetária: escala dos continentes e da Terra.

Fig 2.1 Escalas de movimento.


Fig 2.2 Escalas de movimento atmosférico em função do tempo de vida.


Abaixo dos 2 km existe um volume total de 1019 km3: é aqui (baixas camadas da atmosfera) que se situam os problemas mais graves de poluição.

As classificações são baseadas na altura, distância e tempo.

Diversos factores influenciam a dispersão de poluentes na atmosfera:


  • Natureza da fonte poluidora

  • Propriedades dos poluentes

  • Hidrodinâmica dos processos de transporte

  • Efeitos topográficos, vegetação



2. APROXIMAÇÃO EULARIANA, LAGRANGEANA e GAUSSIANA

Aproximação eulariana: descreve os elementos do fluído que não se movem com a trajectória. Trata as propriedades do fluído numa localização específica, sem reconhecer a sua história. As soluções apresentadas são facilmente obtidas.
Aproximação lagrangeana: descreve os elementos do fluído que se movem seguindo a trajectória do campo do vento médio. Fornece a história das partículas do fluído. Útil para descrever a trajectória turbulenta de uma partícula em terreno complexo.
Aproximação gaussiana: assume que a pluma tem uma distribuição gaussiana, ou normal, nas direcções verticais (segundo z) e lateral (segundo y). Utiliza-se quando há dados meteorológicos, mas a modelação dos efeitos aerodinâmicos entre estruturas é difícil.

3. PARA QUE SERVEM MODELOS DE PREVISÃO DE POLUENTES DA ATMOSFERA


  • Controlo da legislação sobre emissões. Determinação das taxas de emissão máximas numa dada região.

  • Técnicas de controlo de emissões e de estratégias.

  • Seleccionar a localização de futuras fontes poluidoras.

  • Seleccionar estações de medição experimental de poluentes

  • Possibilitar a implementação de sistemas de alarme, em tempo real

  • Instalação de sistemas de controlo com capacidade de previsão associada à ocorrência de novas condições meteorológicas.

Fig 2.3 Estratégia de controlo da Poluição atmosférica.



4. SIMULAÇÃO da DISPERSÃO de POLUENTES


Fig 2.4 Metodologia para a simulação da dispersão de poluentes.

5. ALGUNS TIPOS de MODELOS

Modelos Diferenciais: resolvem a forma média temporal (ou instantânea) das equações diferenciais de conservação sem assumir qualquer pressuposto para o carácter da solução. Exigem um modelo de turbulência.

  • Vantagens: informação pontual completa

  • Desvantagens: modelação de turbulência complexa, dificuldade de aplicação a domínios complexos, tempo de CPU.

  • Aplicação: Modelação da zona, até 500 metros da fonte.


Modelos Integrais: integram-se as equações diferenciais por a planos assumindo a forma do perfil e lei de arrastamento do fluído.

  • Dificuldades Principais

  • Correlações experimentais de difícil determinação.

  • Se a estratificação for descrita por uma função complexa da altura o método torna-se muito complexo

  • Insuficiência na descrição da região próxima.



Modelos de Difusão Gaussianos: o perfil da pluma é assumido do tipo gaussiano, os coeficientes de dispersão são assumidos empiricamente.

  • Vantagens: simplicidade e flexibilidade matemática e numérica.

  • Desvantagens: modelação de efeitos aerodinâmicos entre estruturas, necessidade de dados meteorológicos.

  • Aplicação: Modelação da zona a mais de 500 metros da fonte.



6. ESCOLHA DE UM MODELO APROPRIADO

Análise do Problema

  • Tipo de poluente: reactivo, não reactivo,..

  • Escalas de tempo: instantâneo (odor), 1 hora, 1 dia, 1 ano.

  • Características

Topográficas: terreno plano, terreno complexo

Limitações computacionais.



Escolha do Modelo

Fig 2.5 Critérios para a escolha do modelo de.



Aplicação do Modelo Seleccionado
Escoamento da atmosfera é complexo, assim haverá sempre um grau de incerteza associado a qualquer modelação.

7. DIFICULDADE da PREVISÃO dos FENÓMENOS na ATMOSFERA

Apesar dos progressos verificados na previsão das evoluções dos fenómenos da atmosfera não é possível prever ainda com suficiente detalhe as condições meteorológicas a longo prazo (múltiplas escalas). Existem interacções das diferentes escalas de comprimento e todos os fenómenos com escalas diferentes afectam-se mutuamente, devido à não linearidade das equações.

Um poluente emitido para a atmosfera será transportado pelo escoamento. A sua dispersão só poderá ser prevista, com bom conhecimento do campo das velocidades.

Contudo, existem diversos modelos que permitem, do ponto de vista da engenharia, ter um conhecimento das médias temporais de diversas grandezas.



8. NECESSIDADE de CALIBRAÇÃO de MODELOS SIMPLES

Fig 2.6. Calibração do modelo de dispersão de poluentes.


Fig 2.7. Grau de incerteza do modelo de dispersão de poluentes.



5º Ano Eng. Ambiente


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