Capítulo 3

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
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Natureza da fonte poluidora
Propriedades dos poluentes
Hidrodinâmica dos processos de transporte
Efeitos topográficos, vegetação
Microescala: escala de pequenos turbilhões, com
movimentos caóticos – alguns metros. (casa ou
chaminé)
2. APROXIMAÇÃO EULARIANA, LAGRANGEANA e
GAUSSIANA
Mesoescala: escala de uma cidade – dezenas de
quilómetros. (fenómenos de mesoescala: ventos que se
formam sobre montanhas, pequenas tempestades
tropicais)
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.
Escala sinóptica: escala dos mapas de tempo –
quilómetros.
Escala Global ou Escala
continentes e da Terra.
Planetária: escala dos
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.
Fig 2.1 Escalas de movimento.
3. PARA QUE SERVEM MODELOS DE PREVISÃO
DE POLUENTES DA ATMOSFERA
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Fig 2.2 Escalas de movimento atmosférico em função
do tempo de vida.
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.
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:
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Fig 2.3 Estratégia de controlo da Poluição atmosférica.
4. SIMULAÇÃO da DISPERSÃO de POLUENTES
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.
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Vantagens: simplicidade e flexibilidade
matemática e numérica.
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Desvantagens:
modelação
de
efeitos
aerodinâmicos entre estruturas, necessidade
de dados meteorológicos.
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Aplicação: Modelação da zona a mais de 500
metros da fonte.
6. ESCOLHA DE UM MODELO APROPRIADO
Análise do Problema
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Tipo de poluente: reactivo, não reactivo,..
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Escalas de tempo: instantâneo (odor), 1 hora, 1
dia, 1 ano.
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Características
Topográficas: terreno plano, terreno complexo
Limitações computacionais.
Escolha do Modelo
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.
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Vantagens: informação pontual completa
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Desvantagens: modelação de turbulência
complexa, dificuldade de aplicação a domínios
complexos, tempo de CPU.
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Aplicação: Modelação da zona, até 500
metros da fonte.
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.
Modelos
Integrais:
integram-se
as
equações
diferenciais por a planos assumindo a forma do perfil e
lei de arrastamento do fluído.
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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.
Incerteza total do modelo
Erros nos dados
Incerteza
Erros físicos do modelo
Incerteza natural ou estocástica
Número de parâmetros do modelo
Fig 2.7. Grau de incerteza do modelo de dispersão de
poluentes.
8. NECESSIDADE de CALIBRAÇÃO de MODELOS
SIMPLES
Fig 2.6. Calibração do modelo de dispersão de
poluentes.
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