Lista de Exercícios Climatologia UnB

UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA

FACULDADE DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL

DISCIPLINA: CLIMATOLOGIA APLICADA

PROFESSOR: CARLOS H. R. LIMA

LISTA DE EXERCÍCIOS 2

Eliza Clericuzi Bezerra  10/0099556

Brasília - DF

30 de Janeiro de 2013

1.          A suposição adiabática é um modelo idealizado que considera, que na atmosfera existe certa parcela de ar, de dimensão infinitesimal, ao subsidir ou ascender, a parcela de ar realiza processo adiabático, no qual não há troca de calor com a vizinhança, e que a pressão do ar ambiente ao nível em que esta parcela se encontra permanece a mesma.  Esta suposição é crítica para determinar a estabilidade atmosférica, quando analisada por dois fatores da parcela de ar, a temperatura e pressão.

1.   Ao considerar a primeira lei da termodinâmica, observa-se que o ar não saturado resfria ao ascender adiabaticamente (dq=0; sem trocas de calor com o ambiente), pois quando aumenta a altura, por consequência ocorre uma diminuição da pressão sobre a parcela de ar não saturado, o resultado disso é que ocorre a expansão da parcela. Com isso  observa que a energia interna do sistema foi utilizada na realização do trabalho, expansão adiabaticamente, resultando no resfriamento da parcela.

[pic 1]

 

1. Ao considerar os processos de compressão, isotérmico e adiabático, e com o auxilio da figura abaixo: Com o gráfico pode verificar que, ao diminuir o volume, a pressão e a temperatura aumentam. Com isso pode-se concluir que a compressão adiabática é o processo em que terá a temperatura mais elevada, pois durante uma compressão adiabática, a energia interna aumenta já que é convertida em trabalho, visto que dq= 0 então, [pic 2][pic 3]. E no processo isotérmico ocorrem perdas de calor ao longo da compressão, o que produz valores de temperaturas inferiores ao modelo adiabático, onde não tem trocas de calor com o meio.

[pic 4]

1.   Dentre os quatro mecanismos de ascensão de ar convergência ( o ar é levantado pela convergência horizontal de baixa pressão), frontal (ascensão do ar quente sobre o ar frio na zona de contato entre duas massas de ar de características diferentes), orográfico (Resultam da ascensão mecânica de correntes de ar úmido horizontal sobre barreiras naturais) e convectivo (São típicas das regiões tropicais. O aquecimento desigual da superfície terrestre provoca o aparecimento de camadas de ar com densidades diferentes, o que gera uma estratificação térmica da atmosfera  em equilíbrio instável. Se esse equilíbrio, por qualquer motivo (vento, superaquecimento), for quebrado, provoca uma ascensão brusca e violenta do ar menos denso, capaz de atingir grandes altitudes)

O mecanismo que é mais pobremente ilustrado pelo gradiente adiabático seco (O gradiente adiabático é a variação de temperatura que ocorre nas massas de ar em movimento vertical. Se a condensação de vapor de água não ocorrer, este gradiente é denominado seco)  é o convectivo, pois nele existe ganho de energia para que ocorra a ascensão.

1.  Os três principais processos que o ar pode atingir a saturação são: Ponto de orvalho, bulbo úmido e resfriamento adiabático.

Ponto de orvalho: é o resfriamento da parcela de ar úmido, a umidade e pressão constante e um decréscimo na temperatura da parcela. A temperatura na qual esta parcela atinge a saturação é chamada, temperatura do ponto de orvalho. É possível observar na natureza um exemplo da formação do ponto de orvalho, quando ocorre a condensação do vapor de água nas gramíneas.

Bulbo Úmido: Ocorre através da evaporação forçada da água para a parcela de ar úmido à pressão constante. Há um aumento da razão de mistura e decréscimo na temperatura, isso se deve ao  calor latente de vaporização. A temperatura na qual a saturação é atingida é chamada, temperatura de bulbo úmido. Um exemplo disso na natureza são os nevoeiros.

Resfriamento Adiabático: é o resfriamento da parcela de ar úmido com a razão de mistura e temperatura potencial constante, decréscimo da pressão, temperatura e pressão parcial de vapor. A temperatura e a pressão na qual ocorre a saturação são chamadas, respectivamente, de temperatura isentrópica e pressão isentrópica. Ao ser resfriada adiabaticamente chega a certo ponto no qual estas parcelas formam nuvens.

1.  O gradiente adiabático é considerado seco caso a condensação do vapor de água não ocorra, não existe trocas de calor com a vizinhança. Já no processo pseudoadiabático considera-se a troca de calor devido à condensação, calor latente, ou seja, há trocas de calor, porém assume-se que o condensado é água no estado líquido, não se considera o calor latente de sublimação.  A diferença entre esses dois gradientes é quão maior quanto for a quantidade de umidade presente na situação

1.  

1.  Considerando a pressão na superfície igual a 1 atm (ou 1013,25 hPa), considerando que a cada 8m que sobe a altitude diminui-se a pressão em 1hPa, a pressão à 100m de altura será de 1000,75 hPa, através da equação de Poisson temos:

[pic 5]

[pic 6]

[pic 7]

1.  Como [pic 8] ,  sendo que  a 1000 m foi dado na questão e vale 9,6 então a 100m teremos uma variação de [pic 11][pic 12]. Logo, [pic 13][pic 14]. Assim, a temperatura do ponto de orvalho a 100m será [pic 15][pic 16][pic 9][pic 10]

1. Para que a condensação ocorra, a parcela de ar precisa se tornar saturada, ou seja, e precisa se igualar a es, onde a temperatura do ponto de orvalho Td = temperatura na qual saturação é alcançada[pic 17]

[pic 18]

1.  A taxa de variação da temperatura que uma parcela de ar seco sofre quando sobe ou desce na atmosfera é chamada taxa adiabática seca. Seu valor pode ser calculado a partir da equação (5.26), dividindo-a por dz:

. [pic 19]

      

Substituindo a equação hidrostática, ,  Portanto, -    Onde g = 9,81 dessa forma pode dizer que  = 0,0098 
 [pic 20][pic 21][pic 22]