Capítulo 4 Crescimento das gotas por Colisão e Coalescência

Documentos relacionados
4 DEFINIÇÃO DA GEOMETRIA, MALHA E PARÂMETROS DA SIMULAÇÃO

UNIVERSIDADE EDUARDO MONDLANE Faculdade de Engenharia. Transmissão de calor. 3º ano

Como é formada uma nuvem?

Prática X PÊNDULO SIMPLES

5 Tudo que sobe, desce

Um dos conceitos mais utilizados em Matemática

TRANSMISSÃO DE CALOR II. Prof. Eduardo C. M. Loureiro, DSc.

A função f(x) = x é a função modular, cujo gráfico. A função g(x) = 1 - x é a função f(x) transformada.

Quanto mais alto o coqueiro, maior é o tombo

Medidas Doppler. Cap. 8 - Battan

Sempre que há movimento relativo entre um corpo sólido e fluido, o sólido sofre a ação de uma força devido a ação do fluido.

Análise teórica Fluidodinâmica e transferência de calor na solução aquosa

Características do escoamento interno adiabático em tubos circulares

Dinâmica da Atmosfera

O Experimento da Queda de Corpos

Problemas de Mecânica e Ondas 3

INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO UNIVERSIDADE TÉCNICA DE LISBOA. Guia do ensaio de laboratório para as disciplinas:

8.5 Cálculo de indutância e densidade de energia magnética

0.1 Sistema de partículas e momento linear

Como detergente tira gordura?

II. MODELAGEM MATEMÁTICA

PROVA DE MATEMÁTICA DA UFBA VESTIBULAR a Fase. RESOLUÇÃO: Profa. Maria Antônia Gouveia.

CONDENSADORES. Condensadores são equipamentos de troca de calor onde ocorre a mudança de fase vapor para líquido.

ϕ ( + ) para rotações com o Flechas e deflexões

GABARITO LISTA 5 = REVISÃO GEOMETRIA ESPACIAL: PRISMAS, CILINDROS, PIRÂMIDES, CONES E ESFERAS.

C. -20 nc, e o da direita, com +20 nc., no ponto equidistante aos dois anéis? exercida sobre uma carga de 1,0 nc colocada no ponto equidistante?

Universidade do Vale do Paraíba Faculdade de Engenharias, Arquitetura e Urbanismo - FEAU. Física Experimental I Prof. Dra. Ângela Cristina Krabbe

Mecânica I (FIS-14) Prof. Dr. Ronaldo Rodrigues Pelá Sala 2602A-1 Ramal 5785

Física do Calor

Física 1. Resumo e Exercícios P1

O que é água pura? Temperatura de ebulição Método de purificação de um líquido Conservação da matéria Substância pura

Lista de Exercícios Perda de Carga Localizada e Perda de Carga Singular

Unidade Curricular: Física Aplicada

Diretoria de Ciências Exatas. Laboratório de Física. Roteiro 04. Física Geral e Experimental I (2011/01) Experimento: Queda Livre e Anamorfose

Ponto de Separação e Esteira

USANDO O MODELLUS. Aula 2

Universidade Federal do Pampa UNIPAMPA. Fluidos Hidrostática e Hidrodinâmica

Mecanismos da ebulição nucleada (nucleação heterogênea)

Profa. Dra. Milena Araújo Tonon Corrêa. Turma Farmácia- 4º Termo

Parábola. Sumário Parábola com vértice V = (x o, y o ) e reta focal. paralela ao eixo OX... 7

Modelo de relatório. Queda Livre

Introdução às interações de partículas carregadas Parte 1. FÍSICA DAS RADIAÇÕES I Paulo R. Costa

11 Sistemas resolvem problemas


No posto de gasolina

Mecânica dos Fluidos

Mecânica dos Fluidos Fundamentos da Cinemática dos Fluidos

Departamento de Engenharia Mecânica. ENG 1011: Fenômenos de Transporte I

Física para Engenharia II - Prova P a (cm/s 2 ) -10

A Aerodinâmica da Bola de Futebol

Módulo 06 - VISCOSÍMETRO DE STOKES

Projeção ortográfica de sólidos geométricos

MODELAGEM NUMÉRICA DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA ATMOSFERA E SEUS IMPACTOS NO TEMPO, CLIMA E QUALIDADE DO AR

MOVIMENTO RETILÍNEO. Prof. Bruno Farias

c) Compare o resultado da alínea anterior com o a variação da energia potencial elástica da massa ligada à mola.

Seleção de um modelo. Cálculo da carga axial. Fa3= μ mg + f mα 19. Fa4= mg f mα 26 Fa5= mg f 27 Fa6= mg f + mα 28. Fa3= mg + f mα 25.

FIS-26 Resolução Lista-11 Lucas Galembeck

IPH a LISTA DE EXERCÍCIOS (atualizada 2017/1) Sempre que necessário e não for especificado, utilize:

O que podemos encontrar dentro de uma nuvem?

d 2 h dt 2 = 9, 8 dh b) Para a altura inicial da massa h(0) = 200 metros e velocidade inicial v(0) = 9, 8m/s, onde v(t) = dh

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ACRE

Universidade Paulista Instituto de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Engenharia Civil Professora Moema Castro, MSc.

7. Diferenciação Implícita

QUESTÃO 16 QUESTÃO 17 PROVA DE FÍSICA II

20 de setembro de MAT140 - Cálculo I - Taxa de Variação e Taxas Relacionadas

a 1,019m/s, S 89,43N ; b)

FEP Física para Engenharia II. Prova P1 - Gabarito

1ª Prova de Física I - FCM0101

AB-701: Desempenho de Aeronaves

Viscosidade Viscosidade

Na figura abaixo, a balança está em equilíbrio e as três melancias têm o mesmo peso. Nessas condições, qual é o peso (em kg) de cada melancia?

FENÔMENOS DE TRANSPORTES AULA 7 E 8 EQUAÇÕES DA ENERGIA PARA REGIME PERMANENTE

BOLA DE FOGO (FIREBALL)

2ª Lista de Exercícios de Física I (Movimento em Uma Dimensão)

Material de apoio. Granulometria do Solo. Granulometria do Solo

1 O mundo da Física. A curiosidade do homem pode ser compreendida

I m k m r (3,5) 3000.(3) kg.m. Como d d d 3,697sen d

CAPITULO 2 PROF. OSCAR

PRÁTICA: LÍQUIDOS: DETERMINAÇÃO DA VISCOSIDADE

Cinemática Escalar. DEFINIÇÃO: estudo do movimento sem se

LISTA 05. Rotação de corpos rígidos e momento angular

Leandro Lima Rasmussen

Laboratório de Física I. Experiência 3 Determinação do coeficiente de viscosidade de líquidos. 1 o semestre de 2014

Aula de Física II - Capacitância e Energia

Série IV - Momento Angular (Resoluções Sucintas)

QUESTÕES CORRIGIDAS PROFESSOR Rodrigo Penna QUESTÕES CORRIGIDAS ESTACIONÁRIAS E MHS ÍNDICE. Ondas Estacionárias

Física Geral e Exp. para a Engenharia I - Prova Substitutiva - 05/07/2012

Remoção de sedimentos em BMPs Capitulo 08- Lei de Stokes Engenheiro Plínio Tomaz 21/08/13

AULA DO CAP. 15-2ª Parte Fluidos Ideais em Movimento DANIEL BERNOULLI ( )

s t V = 42 7 = t t = 6s

Unidade Curricular: Física Aplicada

Terra: o mundo de nitrogênio

CIRCUITOS MAGNÉTICOS LINEARES E NÃO LINEARES

Eletromagnetismo I. Prof. Daniel Orquiza. Eletromagnetismo I. Prof. Daniel Orquiza de Carvalho

Exemplo de cálculo da vida nominal

Disciplina: Camada Limite Fluidodinâmica

Movimento Retilíneo Uniforme e Uniformemente Variado MRU e MRUV

FÍSICA. Questões de 01 a 06

Respostas Caderno de Exercícios 3

Anglo. 2ª- 1 série. Física. Caderno de Exercícios. Ensino Médio

Transcrição:

Capítuo 4 Crescimento das gotas por Coisão e Coaescência

Coisões podem ocorrer a partir de diferentes respostas das gotícuas com as forças gravitaciona, eétrica e aerodinâmica. O efeito gravitaciona predomina nas nuvens, ou seja, as gotas grandes caem mais rápido que as pequenas, ogo passando e capturando uma fração das gotícuas que ficam ao ongo do seu caminho. (Veocidade termina de queda 0,5 a 9 m/s) O efeito eétrico e turbuento necessário para produzir um número comparáve de coisões, deve ser muito maior do que usuamente existe na natureza. Em tempestades entretanto, campos eétricos intensos (00-300 kv/m) criam efeitos ocais significativos (*aceeração ~0-4 m/s ou 0, segundos para desocar 00 mm) * Jermacans K, Laws K., Coaescence of raindrops in an eectrostatic fied. The physics teacher, 999, 37(4):08-.

Uma vez que a gota cai, ea irá coidir com somente uma fração das gotícuas em seu caminho, porque agumas gotícuas serão expeidas peo fuxo de ar em vota da gota. Dessa maneira, podemos definir a eficiência de coisão como sendo a razão do número de gotícuas com raio r que serão varridas ao ongo do caminho pea gota coetora que irá coidir com eas. Neste sentido, temos que a eficiência de coisão depende do tamanho da gota coetora e do tamanho das gotícuas a serem coetadas Gota coetora Gota coetada Eficiência de Coisão 0 mm 5 mm,5% 0 mm 0 mm 5% 30 mm 5 mm 65%

A coisão não garante coaescência, pois quando um par de gotas coide várias interações são possíveis: ) Rebatem a parte; ) Coaescem; 3) Coaescem temporariamente e se separam, aparentemente retendo suas identidades inicias; 4) Coaescem temporariamente e se quebram em várias gotícuas menores Para gotas com raios menores que 00 mm as interações () e () são as mais importantes

Dessa maneira, podemos definir a Eficiência de Coaescência como sendo a razão entre o número de gotícuas que coaesceram peo número de coisões que ocorreram com a gota coetora. O crescimento de gotas peo processo de coisão-coaescência é governado pea eficiência de coeta, que é o produto das eficiências de coisão e de coaescência. Observações em aboratório indicam que para gotícuas com raios menores que 00 μm a eficiência de coaescência é ~ e a eficiência de coeta é igua a de coisão.

Para entender o mecanismo de coisão, precisamos saber iniciamente a veocidade de queda das gotas, que é um Baanço entre as forças gravitaciona e aerodinâmica

Para raios menores que 40 mm: K ~,9 x0 6 cm - s -. 9 r K g r V T m Para raios no intervao de: 40 mm à 600 mm: r K V T 3 ) ( 0 8 3 3 s x K Para raios no intervao de 0.6 mm à mm onde é a densidade do ar e o =,0 kg/m 3 à P = 0.3 kpa e T = 0 o C / r K V T / / 0 3 0, s cm x K Segundo os dados de Gunn and Kinzer (949)

Gunn R, Kinzer GD. The termina veocity of fa for water dropets in stagnant air. Journa of Meteoroogy. 949 Aug;6(4):43-8.

(b) Eficiência de Coisão Xo é a distância da coisão E R, r X 0 X 0 R r R r A eficiência de coisão é igua a fração das gotícuas com raio r que são varridas pea gota coetora de raio R que coide com eas. Xo é a Área máxima para a coisão E(R,r) pode ser interpretada como sendo a probabiidade de coisão de uma gotícua se ea estivesse em um voume cheio de gotícuas agutinadas.

Gota Coetora Gota coetada

Gota Coetora Gota coetada

Equação de Crescimento por Coisão/Coaescência

Suponha uma gota coetora de raio R e veocidade Termina V caia sob uma popuação uniforme de gotícuas menores com raio r e veocidade termina V. Durante uma unidade de tempo, dt, a gota coetora irá coetar diversas gotícuas de raio r em um voume descrito por: R r V V dt dv Vo = Área x Atura

Assumindo que durante esta coeta tenhamos um crescimento contínuo, a massa da gota coetora irá crescer: dm W dv onde W é o conteúdo de água íquida (massa de água íquida por unidade de voume) ou voce pode pensar como sendo a densidade de gotícuas de água presentes dm W dv W R r V V dt

Entretanto, como a gota coetora coeta somente uma fração das gotícuas dentro do voume, temos que: R r V V W E R r dt dm, onde E(R,r) é a eficiência de coeta que é o produto da eficiência de coisão pea eficiência de coaescência, E R, r X 0 R r quando as gotícuas coetadas são iguais em tamanho e menores que 00 mm, é usuamente assumido que a eficiência de coaescência =, ogo eficiência de coeta = eficiência de coisão.

Dessa maneira temos: dm dt R r V V W E R r, mas como a massa da gota coetora pode ser expressa em função do raio, temos: M 4 3 R 3 dm d 4 3 R 3 4 3 3 R dr 4 R dr

então dm dt dr 4 R dt R r V V W E R, r dr dt R r V V R 4 E R, r W

Assumindo que E(R,r) e W são constantes, que V >> V e que R R r A equação de crescimento pode ser descrita como: dr dt EW 4 V MODELO DE BOWEN

Por exempo, para sabermos como uma gota cresce a partir de um processo de coisão coaescência, podemos assumir que a gota coetora segue a ei de Stokes, ogo V CR Usando, o modeo de Bowen temos: dr dt EW 4 V EW 4 CR K R K CEW 4 cte

Então integrando de um estágio inicia Ro até R(t) podemos saber qua será o raio da gota no instante t t t R Ro dt K R dr 0 ) ( t R K R t R 0 0 ) (

Porém se queremos saber qua é o tamanho da gota quando ea esta dentro de uma nuvem, podemos anaisar a sua variação com a atura, ou seja, dr/dz Assumindo que R r R 4 4 V V EW EW V V R r R dt dr

Mas dr dt dr dt dz dz dr dt dr dz dz dt Mas Veocidade é igua a dr dt dr dz u V Veocidade vertica Vertica na nuvem menos A veocidade termina da gota

dr dt dr dz u V V V EW 4 Integrando de R 0 até R(t) a gota sai de uma atura Z 0 e chega a Z Rf 4 E u V V V R 0 dr z z 0 W dz onde W f ( z )

, Agora se quisermos saber qua é o raio da gota quando ea emerge da base da nuvem, temos que: z 0 W dz 0 z 0 Assumindo que V >> V e V CR R f R u 0 C o raio fina depende somente da veocidade da corrente ascendente.

,5 km R 0 = 0 um W = g/m3 m/s Gotas coetadas r=0 um Eficiência de Coaescência= 0,5 m/s, km

,5 km R 0 = 0 um W = g/m3 Gotas coetadas r=0 um Eficiência de Coaescência= m/s, km 0,5 m/s,5 X

Distribuição de Gotícuas S = 0 mm S = 0 mm (a) Todas as coisões possíveis (b) Somente coisões entre a S

Distribuição de Gotícuas S = 0 mm S = 0 mm (c) Somente coisões entre as goticuas S e S (d) Somente coisões entre as goticuas S

Condensação e Coaescência via processo Estocástico

(a) Sem Condensação (b) Com Condensação Fig 8.. Yau e Rodgers, Adaptado De Ryan, 974)

Nc(cm-3)=05 S0.63

Nc(cm -3 ) = 450 S 0.84.

FIM

Dedução da veocidade termina

temos que a Força de Fricção em um fuido viscoso pode ser definida como: F D 6 rv, r 50 m onde é a viscosidade, r é o raio da gota e V é a veocidade. Já a Força gravitaciona pode ser definida como: F G 3 3 g 4 r g 4 r ar Sendo a densidade do iquido e ar a densidade do ar e g a aceeração da gravidade

Quando F D =F G temos que Veocidade da gota (V) atinge a veocidade termina, V T Logo temos que V T pode ser expresso como: V T 9 r g R (mm) V T (cm/s) 0,0 0, 30 0,9 50 30,

Em termos do número de Reynods C D R e 4 m V T 9 r C D 4 R e m g onde m é a viscosidade dinâmica, Re é o número de Reynods, C D é o coeficiente de arrasto. Para gotas bem pequenas, a soução de Stokes para um fuxo ao ongo de esferas mostra que: C D R e 4

ogo, temos que a veocidade termina pode definida como: V T 9 r m g K r onde K ~,9 x0 6 cm - s -. Esta dependência quadrática da veocidade termina é conhecida como ei de Stokes e apica-se para gotícuas com raios menores que 40 mm.

Para raios no intervao de: 40 mm à 0.6 mm, V T K 3 r, sendo que K 3 8 x0 3, ( s )

Para gotícuas com raios no intervao de: 0.6 mm à mm, temos que C D é ato, e torna-se independente do Re e pode ser aproximado a C D ~ 0.45, ogo, sendo que V T K r / K, x0 3 0 / cm / s onde é a densidade do ar e o =,0 kg/m 3 à P = 0.3 kpa e T = 0 o C