Aula 1 Importância relativa dispersão

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Importância Relativa dos Processos Físicos para 
Tipos Diferentes de Corpos D’Água 
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AMBIENTAL
FUNDAMENTOS DA DISPERSÃO DE POLUENTES EM CORPOS D’ÁGUA
VITÓRIA
06/04/2017
Bruno Peterle Vaneli
Introdução
2
O entendimento desse assunto é de fundamental importância para o
desenvolvimento coerente e otimizado de análises qualitativas de depuração
de corpos d’água.
Autodepuração: Fenômeno no qual o curso d’água se recupera, por meio de
mecanismos puramente naturais. Está vinculada ao reestabelecimento do
equilíbrio no meio aquático, após as alterações introduzidas pelo despejo de
efluentes (VON SPERLIN, 2007, p. 295).
Interesse 
Ambiental
Depuração de constituintes em corpos hídricos
3
Mudanças na 
concentração do 
constituinte com o 
tempo 
Devido à 
advecção: 
transporte do 
constituinte no 
campo de 
velocidades do 
meio fluido
Devido à 
difusão: 
espalhamento 
das partículas 
do constituinte 
devido à 
agitação
Devido aos processos 
de conversão: Fatores 
químicos e biológicos
Depuração de constituintes em corpos hídricos
4
Depuração de constituintes em corpos hídricos
5VON SPERLING (2007)
Depuração de constituintes em corpos hídricos
6VON SPERLING (2007)
Faixas típicas do coeficiente de difusão em corpos d’água
7VON SPERLING (2007, p.220)
Lagos
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Quais processos físicos devem ser considerados numa análise de depuração neste
tipo de corpo d’água?
Lagos
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É mais provável que a Advecção seja mais relevante onde?
Lago 1
P1 e P2: Pouca influência da Advecção no processo
de depuração
Lago 2
P1: Pouca influência da Advecção no processo de
depuração
P2: Dependendo da magnitude da corrente, a
Advecção pode contribuir de forma significativa ao
processo de depuração
Lagos
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É mais provável que a difusão molecular seja mais relevante onde?
Lago 1
P1 e P2: Este processo de transporte do constituinte
não é desprezível
Lago 2
P1: Este processo de transporte do constituinte não
é desprezível
P2: O processo advectivo no curso d’água que
atravessa o lago pode ser muito mais dominante
Lagos
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É mais provável que a difusão turbulenta seja mais relevante onde?
Nos Lagos 1 e 2: Dependerá das características da
disposição do constituinte no corpo d´água
No Lago 2: Dependerá das características do
escoamento. No P2, a geração de turbulência é
influenciada pela Advecção diferenciada
Lagos
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Ação do vento
 Afeta o processo de transporte e mistura de constituintes no lago
 Ex: Se o vento possui a mesma direção do movimento do constituinte,
favorece o transporte e o misturamento
 Eleva a magnitude da difusão turbulenta
 O cisalhamento com a superfície do lago dá origem a correntes e pode
formar ondas, favorecendo a difusão turbulenta
Lagos
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Convecção
 Este processo será afetado pelo grau de estratificação de densidade do lago
Lagos
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Estratificação de densidade
Onde:
Ri= Número de Richardson;
= Gravidade
= massa específica
=velocidade do fluido na direção principal
=coordenada vertical
ଶ
Gradiente de 
densidade 
(estratificação 
de densidade)
Advecção 
diferenciada
Valores altos de Ri: menor geração de turbulência; tendência ao equilíbrio
estável
Valores Baixos de Ri: maior geração de turbulência; tendência ao equilíbrio
instável
Lagos
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Tempo de residência
Quantidade média de tempo que uma partícula reside (passa) em um sistema
em particular
௥
Menores tempos, maior
frequência de troca de massa,
impactando positivamente na
qualidade de água
Rios e canais
16VON SPERLING (2007, p.112 e 113)
Rios e canais
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Efeito da profunidade e largura
 Cursos d’água rasos e estreitos possuem uma maior capacidade de
misturamento na direção vertical
 Maior facilidade de mistura
 Maior turbulência na superfície
Rios e canais
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Quais processos físicos devem ser considerados numa análise de depuração
neste tipo de corpo d’água?
Rios e canais
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É mais provável que a Advecção seja mais relevante onde?
Advecção: Dependerá da magnitude da velocidade
local e do gradiente de concentração do constituinte
na direção do escoamento
P3: Transporte de constituinte dar-se-á,
predominantemente para a jusante, na direção do
escoamento principal
P4: Alta capacidade de mistura local, mais pouco
transporte de constituintes desta região para outras
Rios e canais
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É mais provável que a difusão molecular e turbulenta
sejam mais relevante onde?
 Em geral, costuma-se desprezar as contribuições da
difusão molecular no processo de depuração
 Em geral, a difusão turbulenta possuir maior relevância
que a molecular
 O escoamento em P4 é geralmente menos turbulento que
o observado em P3, mesmo sendo recirculatório
Rios e canais
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É mais provável que a dispersão seja mais relevante onde?
Dispersão: resultado da combinação entre a difusão
e o transporte devido a advecção diferenciada
P3: Maior Advecção diferenciada e difusão
turbulenta
P4: Menor Advecção diferenciada e difusão
turbulenta
Rios e canais
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Ação do vento
 De modo geral, costuma-se desprezar os efeitos da ação do vento no processo
de depuração.
 A ação pode ser importante em rios que possuam seção transversal muito
grande.
Estuários
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Fatores que afetam o transporte do constituinte:
 Vazão da água doce afluente
 Oscilações de maré
 Estratificação horizontal e vertical de densidade
 Ação dos ventos
 Geometria do estuário
Padrão complexo
de circulação
Estuários
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Efeito da vazão do rio
 Pequena amplitude de maré: A água do rio escoa pela camada superior da 
profundidade d’água, sem mistura significante com a água salina
 Grande amplitude de maré: movimento da frente salina para dentro e fora do 
estuário (maré alta e baixa, respectivamente)
Estuários
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Oscilações de maré
 As oscilações de maré exigem que o problema seja tratado como do tipo
escoamento transiente
 Devido a variação temporal e a complexidade do sistema hidráulico os
processos de transporte e mistura requerem modelos mais abrangentes.
Dispersão Longitudinal
26VON SPERLING (2007, p.221)
TRABALHO
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TEMAS: Lagos e Reservatórios; Estuários; Baías; Costa; e Lagunas
SUMÁRIO BASE
1-INTRODUÇÃO
2-OBJETIVOS
3-METODOLOGIA
4-RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1-Caracterização geral
4.2-Fatores físicos relevantes e suas influências no movimento de um dado
contaminante
4.2.1-Equações básicas dos fatores físicos relevantes
4.2.2-Equações paramétricas para obtenção do coeficiente de difusão
turbulenta
4.3-Relação dos fatores físicos com o equilíbrio do ecossistema aquático e
impactos sobre as atividades humana
4.3.1-Exemplos reais
5-CONCLUSÃO
TRABALHO
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Formato de apresentação
 30 min. de apresentação para a turma;
 30 min. de perguntas/discussões
Entrega
 Na semana seguinte à primeira prova