Mistura aula 4

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MISTURA
4ª AULA 
Professor: Julio Tomás Aquije Chacaltana
Aluna: Ana Raquel Gorethe de Almeida Damacena
Aula do dia 19/07/2022
Programa de Pós Graduação em Engenharia Ambiental 
Disciplina de Mecânica dos Fluidos Ambiental 
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MISTURA PELO VENTO
O vento também é responsável por gerar uma tensão superficial possibilitando a desestratificação do perfil vertical da coluna d’água, ou mesmo a geração de ondas e correntes em estuários de maior área superficial, intensificando a mistura (MIRANDA, CASTRO e KJERFVE, 2002). 
Ademais, o vento pode causar mudanças no nível da água e correntes de deriva modificando também o transporte de sedimentos em suspensão. Também é afirmado por Nichols e Biggs (1985) que ventos fortes em direção ao continente, eventualmente originam mudanças na direção da corrente superficial, gerando uma resultante na direção da cabeça do estuário.
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MISTURA PELO VENTO
Não é fácil quantificar o efeito dos ventos na mistura estuarina. A quebra de ondas de vento obviamente induz a mistura vertical local, e o vento conduz uma corrente de superfície local que leva a uma circulação vertical.
 Wu (1969) analisou o aumento do efeito de cisalhamento vertical pela corrente impulsionada pelo vento, mas como esse efeito é pequeno, o aumento pelo vento provavelmente não é importante. 
Estudos de mistura induzida pelo vento em lagos mostraram que a estratificação do ambiente é um fator determinante (Csanady 1975); presumivelmente o mesmo é verdade em estuários, mas a adição de uma corrente de maré torna uma solução analítica improvável.
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Quando um vento constante sopra sobre uma bacia de profundidade variável, uma corrente média vertical é induzida, fluindo com o vento nas águas rasas e contra o vento nas profundezas.
Alguns cálculos numéricos de dispersão causada por fluxos de maré com vento vs sem vento são fornecidos por Fischer (1970). A Figura 6 mostra um giro topográfico observado em uma bacia de laboratório com seção transversal triangular.
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MISTURA PELO VENTO
Hansen e Rattray em umas de suas observações, em quatro estações nas baías de San Pablo e Suisun, forneceu valores de v de aproximadamente 0,7. 
O resultado de captura de Okubo [equação (11)] , com o bastante arbitrário suposição de que r = 0,05 e com k-I = 22.500 s, dá D = 1490 ft²/s. 
A circulação bombeada de aproximadamente 10.000 cfs na Baía de San Pablo, mostrada na Figura 4, contribui claramente para a intrusão de salinidade, assim como as circulações presumivelmente gerado pelos fortes ventos de oeste da tarde comuns na Baía de San Pablo durante o verão.
v pode ser relacionado com a diferença relativa de salinidade e a razão de velocidades de superfície para média em uma seção transversal
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Okubo descobriu que para uma velocidade de fluxo uniforme no canal principal de velocidade 
e uma distribuição uniforme de armadilhas ao longo dos lados tendo uma razão entre o volume da armadilha e o volume do canal de r, a difusividade longitudinal efetiva é dada por
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onde D' é a difusividade longitudinal no próprio canal principal. 
r: Volume do canal 
k: escala de tempo
uo:Velocidade de pico da maré
Frequência de maré (2π/T)
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Figura ao lado mostra uma corrente rotacional causada por um vento uniforme soprando sobre uma bacia de profundidade. O vento está soprando do topo da imagem para o fundo a uma velocidade de 4,5 m/s'. A bacia tem 0,3 cm de profundidade no lado esquerdo, inclinando-se uniformemente até 5 cm de profundidade do lado direito. Quatro plumas de corante podem ser vistas, cada uma liberada perto do fundo. 
os plumas mostram que o fluxo está na forma de um rotor quase circular que se estende por todo o a bacia. (A fotografia é de um experimento do Sr. R. Spigel, um estudante de pós-graduação da Universidade da Califórnia, Berkeley.)
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Concluíram que os efeitos de "aprisionamento", "bombeamento" e vento são inteiramente capazes de produzir resultados observados. Uma conclusão semelhante provavelmente se aplicaria em muitos casos geométricos. Estuários semelhantes, mas ainda não é possível classificar todos os estuários com base em quais mecanismos são importantes. 
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Os modelos numéricos, tratados na próxima seção, são particularmente hábeis em descrever armadilhas e bombeamento, mas muito menos hábeis em descrevendo a circulação gravitacional. 
Talvez seja por isso que os modelos numéricos usado com sucesso razoável para estudar a Baía de São Francisco, mas às vezes tem sido menos confiável em outros estuários. É também uma razão pela qual é útil começar um estudo de um estuário avaliando quais mecanismos são importantes.
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O USO DE MODELOS PARA ESTUDOS DE MISTURA
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Em que:
A: Área de seção transversal
D: Coeficiente de dispersão longitudinal 
C: concentração média do ciclo de maré de um constituinte conservativo
U: Velocidade média das marés 
 
(3)
em que C é a concentração média do ciclo de maré de um constituinte conservativo e a derivada do tempo significa a mudança de um ciclo de maré para o seguinte. 
A equação (3) também foi usada com A e C representando valores observados na maré alta ou baixa. Os valores calculados de D dependerão, é claro, das definições de A e C, mas, fora isso, as análises médias de maré lenta e ciclo de maré são as mesmas. As suposições necessárias para obter (3) da equação constituinte tridimensional são discutidas por Okubo (1964). 
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O USO DE MODELOS PARA ESTUDOS DE MISTURA
Houve várias tentativas de derivar modelos unidimensionais não baseados na equação diferencial. Preddy (1954) desenvolveu um modelo baseado na distribuição de probabilidade do movimento de partículas durante um ciclo de maré. 
Di Toro (1969) estendeu o modelo aumentando a generalidade da distribuição de probabilidade.
 
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O USO DE MODELOS PARA ESTUDOS DE MISTURA
Embora que seu raciocínio físico não é claro, ele afirmou que a distribuição de partículas marcadas dentro de um estuário adotaria a distribuição mais aleatória possível consistente com as restrições, e obteve um acordo razoável com as observações maximizando a "entropia" do sistema. 
Fischer (1972b) descreveu o que chamou de modelo "Lagrangeano" que segue o movimento das partículas de água; o modelo foi verificado por observações do movimento de um marcador de corante em um pequeno estuário. 
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O USO DE MODELOS PARA ESTUDOS DE MISTURA
A mistura completa da seção transversal de uma descarga lateral requer um tempo da ordem de 0,4h2/et• que muitas vezes pode ser da ordem de dias. P
Por exemplo, em um trecho do estuário de Delaware com aproximadamente 1300 m de largura, Fischer (1974a) descobriu que a mistura completa de um corante descarregado perto de uma margem exigiria aproximadamente 10 dias
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O USO DE MODELOS PARA ESTUDOS DE MISTURA
Claramente o modelo unidimensional não daria uma boa descrição da propagação deste corante. Em muitos casos, o material descarregado em um estuário é descarregado no oceano em menos tempo do que o necessário para a mistura transversal, e a equação unidimensional é irrelevante.
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O USO DE MODELOS PARA ESTUDOS DE MISTURA
OBRIGADA!
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