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Tópicos sobre infiltração: teoria e prática aplicadas a solos tropicais
Valores analíticos para a ascensão capilar podem ser obtidos em função da tensão superficial
σ e o raio de curvatura r da interfase com o uso da Equação (18). A tensão superficial está
relacionada com o gradiente de pressão ΔP (diferença de pressão nas duas fases) por meio da
equação de Young-Laplace, Equação (19), sendo θ o ângulo de contato. Por sua vez, ΔP, nas
análises numéricas, está relacionado à densidade por meio da equação de estado.
σ
h = (18)
rρg
σ
ΔP = cos θ (19)
r
Os valores de ascensão capilar obtidos analiticamente são relativamente inferiores aos
obtidos numericamente, 23,6 lu e 28 lu respectivamente na simulação da Figura 13. Uma das
razões pode ser atribuída à imprecisão do cálculo da tensão capilar σ na simulação. Outra razão
é a variação vertical da densidade detectada ao longo do líquido, o que representa um grau
de compressibilidade nessa fase. Contudo, o fenômeno físico foi reproduzido qualitativamente.
De acordo com Sukop e Thorne (2007), melhores modelos multifásicos são necessários
para representar o fenômeno de ascensão capilar com maior precisão.
4.5.2 Aplicação ao fenômeno de infiltração
A simulação da infiltração pelo MLB pode ser realizada a partir de análises multifásicas
utilizando o modelo de Shan e Chen (1993). Resultados de simulações do processo de infiltração
apresentam concordância qualitativa com resultados experimentais, além de mostrar
a capacidade do MLB de simular fluxo em geometrias complexas. Durand et al. (2011) realizaram
um conjunto de análises de infiltração para diferentes condições de umidade e índice
de vazios do meio poroso. A Figura 14 mostra um exemplo das geometrias utilizadas pelos
autores onde o raio e a distância entre círculos, constituídos por grupos de nós sólidos, foram
variados de modo a representar diferentes índices de vazios. Além disso, os nós da parte inferior
do domínio foram definidos como sólidos, representando uma camada impermeável.
Condições de contorno periódicas foram aplicadas no lado esquerdo e direito do domínio, de
modo a simular um domínio com largura infinita.
Figura 14. Geometria característica utilizada nas análises de infiltração.