Recentemente se descobriu que a Termodinâmica da água do mar é muito mais importante do que se pensava para o entendimento dos processos que ocorrem nos ambientes marinhos e os que recebem algum tipo de influência destes. Aponte para cada situação (local, premissas consideradas etc), quais os termos da equação da conservação do calor que você, como pesquisador Oceanógrafo, usaria e quais desprezaria em um estudo científico. Justifique sua resposta.
d) Água intersticial no sedimento de um mangue onde reações químicas podem absorver ou liberar calor.
d) Água intersticial no sedimento de um mangue onde reações químicas podem absorver ou liberar calor.
Passo 1
Resumindo o enunciado: queremos escrever a equação geral da conservação de calor para a água intersticial num sedimento de mangue, onde há reações químicas que podem absorver ou liberar calor. O conteúdo é termodinâmica de meios porosos, e vamos precisar da forma genérica da equação de energia, que inclui termos de acumulação, advecção, condução e fontes internas de calor.
Passo 2
A equação geral da conservação de calor num meio poroso saturado é
onde
– é a densidade aparente do material (águ
edimento),
– o calor específico aparente,
– a velocidade da água intersticial,
– a condutividade térmica aparente,
– a taxa volumétrica de calor de reações químicas,
– a dissipação viscosa,
– fonte de radiação,
– troca de calor em mudanças de fase, etc.
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Passo 3
Termo de acumulação
:
Como queremos seguir a evolução temporal da temperatura no sedimento, mantemos esse termo. Ele representa a capacidade térmica do meio, fundamental mesmo que as variações sejam lentas.
Como queremos seguir a evolução temporal da temperatura no sedimento, mantemos esse termo. Ele representa a capacidade térmica do meio, fundamental mesmo que as variações sejam lentas.
Passo 4
Termo de condução
:
Em sedimentos porosos, o calor se propaga principalmente por condução entre grãos e água nos poros. Logo, esse termo é essencial e deve ser mantido.
Em sedimentos porosos, o calor se propaga principalmente por condução entre grãos e água nos poros. Logo, esse termo é essencial e deve ser mantido.
Passo 5
Termo de advecção
:
No mangue, a velocidade da água intersticial costuma ser muito baixa salvo em zonas de fluxo forte (raiz de árvore, fluxo de maré). Se o seu estudo envolver infiltração significativa ou maré forte no subsolo, mantém-se; caso contrário, despreza-se esse termo por condução dominante.
No mangue, a velocidade da água intersticial costuma ser muito baixa salvo em zonas de fluxo forte (raiz de árvore, fluxo de maré). Se o seu estudo envolver infiltração significativa ou maré forte no subsolo, mantém-se; caso contrário, despreza-se esse termo por condução dominante.
Passo 6
Termo de fonte interna de calor
:
Reações redox e decomposição de matéria orgânica no sedimento liberam ou absorvem calor localmente. Como o enunciado menciona explicitamente reações químicas, esse termo é crucial e deve ser mantido.
Reações redox e decomposição de matéria orgânica no sedimento liberam ou absorvem calor localmente. Como o enunciado menciona explicitamente reações químicas, esse termo é crucial e deve ser mantido.
Passo 7
Termo de dissipação viscosa
:
Em fluxos de água muito lentos e pequenas escalas, a dissipação por viscosidade é ínfima comparada à condução ou fonte química. Logo, despreza-se esse termo.
Em fluxos de água muito lentos e pequenas escalas, a dissipação por viscosidade é ínfima comparada à condução ou fonte química. Logo, despreza-se esse termo.
Passo 8
Termos de radiação
e mudança de fase
:
Dentro do sedimento não há penetração significativa de radiação solar nem mudança de fase de água (evaporação/condensação). Ambos podem ser desprezados.
Dentro do sedimento não há penetração significativa de radiação solar nem mudança de fase de água (evaporação/condensação). Ambos podem ser desprezados.
Passo 9
Termo de trabalho de compressão ou expansão (efeito P–V):
Pressões em sedimentos de mangue mudam pouco e o efeito termodinâmico de compressão é desprezível, então esse termo também é desprezado.
Pressões em sedimentos de mangue mudam pouco e o efeito termodinâmico de compressão é desprezível, então esse termo também é desprezado.
Passo 10
Equação simplificada a usar no estudo:
Resposta
Manter:
– Acumulação
– Condução
– Fonte química
– Advecção somente se houver fluxo de água intersticial significativo
– Acumulação
– Condução
– Fonte química
– Advecção
Desprezar:
– Dissipação viscosa
– Radiação
– Mudança de fase
– Trabalho de compressão/expansão (efeito P–V)
– Dissipação viscosa
– Radiação
– Mudança de fase
– Trabalho de compressão/expansão (efeito P–V)