Solar radiation use efficiency by soybean under field conditions in the Amazon region

O objetivo deste trabalho foi avaliar a eficiência da soja (Glycine max) em interceptar e usar a radiação solar em condições naturais de campo, na região Amazônica do Brasil. Os dados de crescimento e área foliar da soja e dados meteorológicos foram obtidos em um experimento agrometeorológico realizado em Paragominas, PA, em 2007 e 2008. A eficiência do uso da radiação (ERU) foi obtida pela razão entre a produção de massa de matéria seca da parte aérea e o acúmulo da radiação fotossinteticamente ativa interceptada (RFA), até os 99 e 95 dias após a semeadura, em 2007 e 2008, respectivamente. As condições climáticas durante o experimento foram muito distintas, com redução na precipitação em 2007, iniciada na metade do ciclo de cultivo de soja, em consequência do fenômeno El Niño. Observou-se uma importante redução no índice de área foliar e na produção de massa de matéria seca durante 2007. Em tais condições de campo na região Amazônica, os valores de EUR foram de 1,46 e 1,99 g MJ-1 RFA, nos experimentos de 2007 e 2008, respectivamente. A provável razão para as diferenças encontradas entre os anos pode estar associada à redução de água em 2007, em conjunto com a elevada temperatura do ar e o deficit de pressão de vapor, e também ao aumento na fração de radiação difusa que atingiu a superfície do solo em 2008.

Radiation balance in a soybean ecosystem in the Amazon

O avanço da fronteira agrícola na Amazônia, da forma como vem sendo realizado, tem deixado a comunidade cada vez mais preocupada ante os possíveis impactos ambientais decorrentes desta mudança no uso da terra, devido à grande importância que a Amazônia representa para o clima global. Neste trabalho avaliaram-se os componentes do balanço de radiação à superfície, ao longo do ciclo da soja (Glycine Max (L.) Merryl), em uma área de avanço da fronteira agrícola na Amazônia. Os componentes do balanço de radiação foram monitorados continuamente durante o ciclo da soja, em 2006 e 2007, em uma área de 200 ha de extensão. O monocultivo da soja na Amazônia apresentou uma contínua mudança nos componentes do balanço de radiação, tendo como consequência uma redução na energia disponível para o ambiente devido o aumento na reflexão da superfície. Observou-se uma importante contribuição da radiação solar difusa na interceptação da soja durante dias nublados, mesmo sob condições de dossel incompleto. Por outro lado, após o fechamento do dossel, a interação da soja com a radiação acontece de forma semelhante, independente da condição de nebulosidade.

Características agrometeorológicas da cultura de soja (Glycine max (L.) Merrill) variedade Candeias em Paragominas – PA

O Município de Paragominas pertence à Mesorregião Sudeste Paraense (03° 00' 00” S e 47° 21' 30" W) onde há toda uma área já alterada por desmatamentos e pastagens apenas à espera de ser incorporada ao processo produtivo agrícola..A cultura da soja tem importância significativa para a economia nacional, sendo um dos principais produtos agrícolas de exportação e geração de divisas,, pertencente à família das leguminosas, se adapta em uma ampla faixa de climas, podendo ser cultivada em todos os tipos de solo. O objetivo deste estudo é avaliar as condições agrometeorológicas durante o ciclo vegetativo da soja em Paragominas - PA. Nesta área foi construída uma torre meteorológica automática de 4 metros de altura, sendo a fazenda Boi branco localizada a 03°02´15´´S e 47°17´56´´W e instalada uma estação com medidas a cada (5) cinco minutos das seguintes variáveis: temperatura do ar (Tar), umidade específica do ar (q), temperatura do solo (Tsolo), umidade do solo (Usolo), velocidade do vento (W), direção do vento (D), radiação solar incidente (Sin), radiação solar refletida (Sout), saldo de radiação (Rn) e fluxo de calor no solo (G) e precipitação. Variações microclimáticas têm efeitos bastante diretos no desenvolvimento da planta. As coletas realizadas entre fevereiro a início de junho de 2006 mostram que os dias 84, 98 e 126 foram os dias de maior precipitação e os dias 70 e 154 e 161 não houve chuva. De acordo com o desenvolvimento do plantio observamos que nos meses de fevereiro a início de abril a umidade específica máxima do ar se manteve elevada 21,0 g/Kg. A jornada da temperatura do ar máxima se manteve entre 23,5 ºC e 32,5 ºC acompanhando o desenvolvimento da cultura. A temperatura média do solo em três medidas (5, 10 e 20 cm), observou-se que as temperaturas estão entre 25 ºC a 35 ºC. No início do plantio a velocidade do vento estava por volta de 3 m/s decrescendo, e no final do cultivo encontrava-se 2,5 m/s. No período de floração a velocidade se manteve estável o que contribui para a dispersão de pólen e sementes. O vento vem de todas as direções, entretanto, o vento é predominante de nordeste. Quando o solo ainda se encontra completamente nu, o albedo é elevado, pois a radiação que entra no sistema é a mesma que sai. Quando o plantio começa a se desenvolver o albedo tende a diminuir, pois a quantidade de radiação solar que chega ao sistema parte é refletida e outra absorvida pela superfície. A umidade média do solo em três medidas (10, 20 e 30 cm), onde observamos que a umidade está entre 0,2 m⁄m³ a 0,45 m⁄m³. O fluxo de calor no solo a 10 cm apresentou picos em torno de -135 W/m2 e 55 W/m2 (7 as 18 h) e a 20 cm apresentou picos em torno de -25 W/m2 e 45 W/m2 (7 as 18 h). O sinal positivo representa transferência de calor do ar para o solo e o fluxo foi da superfície para as camadas mais internas do solo. Quando analisamos a evapotranspiração estimada notamos que foi inferior do que a evapotranspiração medida, sendo o pico da evapotranspiração estimada 4,0 mm⁄dia e a evapotranspiração medida 8,8 mm⁄dia. Quando analisamos a regressão linear a evapotranspiração estimada foi inferior a evapotranspiração medida.

Efeitos de um evento de friagem nas condições meteorológicas na Amazônia: um estudo de caso

A influência do fenômeno da friagem nas variáveis meteorológicas e nos fluxos de energia e CO2 , foi realizada numa área de floresta próxima à região de Ji-Paraná, Rondônia, durante o mês de junho de 2001. A friagem ocasionou uma diminuição de 35% no valor da temperatura do ar. Notou-se uma redução de 75 W.m-2, na radiação solar incidente, associada à nebulosidade presente em decorrência da penetração da massa de ar fria. Conseqüentemente, tanto o fluxo de calor sensível (H) quanto o de calor latente (LE), apresentaram uma diminuição no seu valor médio diário, apresentando uma diferença em relação aos dias normais de 8 e 34%, respectivamente. A concentração de CO2 permaneceu constante, sem apresentar o aumento comum durante a noite, devido à condição de vento forte típica da friagem. Em situação normal o fluxo médio durante o dia de CO2 (-2,44 mmol m-2 s-1) foi menor que durante os dias de friagem (-5,78 mmol m-2 s-1); enquanto que os fluxos médios noturnos foram +1,77mmol m-2 s-1 e +2,83mmol m-2 s-1 durante situações de dias normais e de friagem, respectivamente.

Modelo matemático de linhas de transmissão, contemplando influências ambientais, para o trecho Guamá-Utinga, localizado em Belém, pertencente à Eletronorte

Teoricamente, a predição de falha em cadeia de isoladores pode ser observada pela verificação do comportamento harmônico da corrente através dos isoladores, chamada de corrente de fuga. Isto porque a capacitância de uma cadeia de isoladores permite a passagem das componentes harmônicas de maior ordem da corrente na linha. No entanto os projetos e planejamento de linhas de transmissão só levam em consideração as dimensões e geometrias da linha; esquecendo ou ignorando os efeitos ambientais em uma linha de transmissão. A omissão de tais efeitos, podem confundir um diagnóstico de falha no sistema de isolação da linha, de forma que foi necessário desenvolver uma metodologia para determinação dos valores dos parâmetros elétricos, resistência elétrica e capacitância em função de variáveis ambientais como: temperatura ambiente, radiação solar, umidade relativa do ar, velocidade do vento e direção do vento, particularmente a determinação do comportamento da capacitância, em função dessas variáveis ambientais se deu de maneira inovadora e experimental, tendo em vista obter um modelo matemático de linha de transmissão mais realista e dinâmico, que possa identificar de maneira precisa os parâmetros elétricos, sob a influência das variáveis ambientais. Nesse trabalho é desenvolvido esse modelo, que, além de ser alimentado com dados elétricos e ambientais reais, é feito o estudo da decomposição harmônica da corrente de fuga; além da comparação com resultados de outros modelos já existentes. São realizadas ainda, simulações de falhas virtuais, que compravam a eficiência e limitações do modelo, além de sugerir uma forma de monitoração em tempo real e a baixos custos.

Regimes térmico e hídrico em solos sob ecossistemas naturais e área agrícola no Leste da Amazônia

A temperatura e umidade do solo são variáveis cujo conhecimento é fundamental para determinar os balanços de energia e água na biosfera. Os regimes térmico e hídrico dos solos sob cada ecossistema apresentam variações consideráveis, de acordo com sua mineralogia, o clima local e a vegetação. Nesse contexto, as temperaturas e umidades do solo foram medidas sob três ecossistemas existentes na região leste da Amazônia, a saber: floresta nativa (FLONA Caxiuanã, 01° 42' 30" S e 51° 31' 45" W), pastagem nativa (Soure, 00° 43' 25" S e 48° 30' 29" W) e área agrícola (!garapé-Açu, 01° 07' 59" S e 47° 36' 55" W). Os dados de campo na floresta e na pastagem foram coletados entre dezembro de 2001 e fevereiro de 2005; enquanto que na área agrícola, o monitoramento foi limitado de agosto de 2003 a fevereiro de 2005. Estas observações das variáveis físicas do solo foram analisadas levando em consideração as variáveis meteorológicas medidas simultaneamente tais como o fluxo de radiação solar incidente e a precipitação pluviométrica, que interferem diretamente nas variáveis do solo em cada sitio escolhido para estudo. As temperaturas do solo foram monitoradas por meio de sondas térmicas em profundidades de 0,05; 0,20 e 0,50 m. Fluxímetros de calor mediram esta variável em níveis de profundidade em 0,05 e 0,20 m. A umidade volumétrica do solo na camada superior de 0,30 m foi medida por sensor de sonda dupla por Reflectometria no Domínio do Tempo (TDR) em cada sitio. Foram feitas analises considerando as respostas do solo durante o período seco e chuvoso local, nestes três ecossistemas representativos do leste da Amazônia. Estimativas de difusividade térmica aparente do solo foram feitas pelos métodos da amplitude e da fase usando os dados de propagação do pulso diário de calor nesses solos. Os resultados mostraram valores bem diferentes, porém,no primeiro método pareceu mais confiável e adequado para o modelamento numérico. Como esperado, considerando a sua pouca cobertura vegetal, as temperaturas dos solos nos níveis superficiais, apresentaram grandes variações na pastagem e na área agrícola. Inesperadamente, as temperaturas na profundidade de 0,5 m abaixo da floresta mostraram maiores variações de amplitude que as profundidades de 0,20 e 0,05 m. O modelamento numérico das variações temporais da temperatura, em função da profundidade, para cada solo foi feito através do método harmônico Os resultados mostraram que o primeiro harmônico representou mais de 90% da variação total observada do pulso diário da temperatura da pastagem e área agrícola em 0,2 e 0,05 m de profundidade. Performance similar do modelamento foi observada na floresta nos níveis de 0,05 e 0,20 m. A magnitude dos fluxos de calor abaixo da pastagem e área agrícola atingiram valores seis vezes maiores que aqueles observados sob a floresta. Os resultados mostraram que, para a camada do solo superior de 0,30 m, a umidade volumétrica do solo sob a floresta é maior que sob os outros ecossistemas estudados neste trabalho. Este resultado é devido aparentemente; à proteção da floresta contra a evaporação da superfície do solo. Uma análise do comportamento sazonal e diário das temperaturas e umidade solos em resposta à radiação solar e precipitação é apresentada. Estudos de caso da taxa de perda da umidade do solo depois de significativa recarga de água por eventos de precipitação, também foram analisados. Algumas estimativas diárias de diminuição de água e recarga durante a noite e madrugada por subida de água de camadas subjacentes para a camada de 0.30 m foram feitas. Este trabalho analisou a maior serie temporal dos dados de temperatura e umidade dos solos coletados com alta freqüência de amostragem disponível até o momento, para o leste da Amazônia. Foi possível caracterizar as diferenças dos regimes destas variáveis físicas, abaixo de três ecossistemas importantes desta região. Estudos futuros dos minerais e materiais orgânicos nestes solos, bem como dos índices de área foliar e da biomassa das coberturas vegetais desses ecossistemas, melhoraria a compreensão dos regimes descritos neste trabalho.

Influência de variáveis meteorológicas na produção de liteira na Estação Científica Ferreira Penna, Caxiuanã, Pará

A avaliação da influência da exclusão da precipitação sobre a variação na produção de liteira foi realizada na Reserva Florestal de Caxiuanã – Estação Científica Ferreira Penna (1º 42' S, 51º 31' W) durante o período de março de 2001 a fevereiro de 2003, com o objetivo de identificar as principais variáveis meteorológicas e do balanço hídrico mensal que afetaram a produção e decomposição de liteira. Este trabalho foi parte do subprojeto EXPERIMENTO DE SECA NA FLORESTA (ESECAFLOR), que tinha o objetivo de estudar o impacto de seca prolongada na floresta nos fluxos de água, energia e dióxido de carbono na floresta amazônica. A sazonalidade na produção de liteira e de seus componentes (folhas, gravetos e partes reprodutivas) foi bem estabelecida, com a ocorrência da maior produção de liteira nos meses com menor precipitação. A produção total mensal de liteira variou durante o período experimental, de 294,78 kg.ha-1 a 1758,69 kg.ha-1, com um valor médio de 777,70 kg.ha-1. A produção total de liteira foi distribuída em folhas (61,40 %), gravetos (18,45 %) e partes reprodutivas (20,14 %). Os resultados obtidos na parcela sob condições naturais apresentaram uma maior produção de liteira, aproximadamente 25 %, comparada com a produção de liteira na parcela submetida à exclusão da água de chuva. As variáveis mais fortemente correlacionadas com a produção de liteira e suas componentes foram a velocidade do vento, a densidade de fluxo de radiação solar global, a densidade de fluxo de radiação fotossintéticamente

Metodologia de planejamento para inserção de geradores fotovoltaicos em redes elétricas isoladas e supridas por geradores a diesel

Fontes renováveis de energia baseadas na geração fotovoltaica (GFV) são alternativas energéticas promissoras para a complementação da geração elétrica convencional e centralizada, como usinas térmicas a diesel que suprem potência para redes elétricas isoladas em cidades e localidades remotas na Amazônia. A alocação e o dimensionamento de geradores para aplicação como geração distribuída (GD) é um problema desafiador, com implicações técnicas e econômicas, relacionadas ao planejamento, projeto e operação da rede e, particularmente, a GFV em função das condições ambientais, principalmente radiação solar e temperatura ambiente. Esta tese apresenta uma metodologia analítica para alocar e dimensionar a potência ativa de unidades de geração fotovoltaica, composta pelo gerador FV integrado ao inversor CC/CA (GDFV) para integração, de forma concentrada ou dispersa em redes isoladas de média tensão, e contempla o atendimento de múltiplos objetivos, melhoria do perfil de tensão da rede, redução das perdas ativas e redução da participação da geração a diesel, proporcionando redução no consumo de óleo diesel e, consequentemente, redução da poluição ambiental. A solução global do método proposto constitui um compromisso em relação a esses objetivos, apresentando ponderações diferenciadas para os mesmos, de acordo com prioridades estabelecidas no planejamento do sistema elétrico sob estudo. Para validação da metodologia proposta, foram modeladas e simuladas as redes de 33 e 69 barras do IEEE e um sistema elétrico isolado, cuja usina térmica a diesel supre alimentação para a cidade de Aveiro-PA, Região Amazônica, obtendo-se como resultados dessas simulações melhoria significativa no perfil de tensão, redução nas perdas ativas e na potência de geração a diesel, de acordo com indicadores técnicos que permitem a avaliação quantitativa da integração da GDFV na rede elétrica.

Geotermia rasa em Belém

Um estudo detalhado de geotermia rasa foi realizado no intervalo de profundidade de 0,02 a 210,0 m, na região metropolitana de Belém. As medidas de temperatura foram efetuadas com o uso de termômetros de mercúrio e termistor, enquanto as medidas de condutividade térmica foram feitas em testemunhos de sondagem, utilizando-se o aparato tipo agulha. O fluxo de radiação solar incidente foi registrado com um actinógrafo do tipo Robitzech. O gradiente geotérmico médio obtido na região metropolitana de Belém foi de 0,0254 ± 0,0007 °C.m^-1. O valor médio de condutividade térmica dos testemunhos de sondagem coletados nesta região foi de 1,66 ± 0,52 W.m^-1.°C^-1. Por sua vez, o fluxo geotermal médio na região estudada é de 42,16 ± 1,14 mW.m^-2. A 1,0 m de profundidade ocorrem mudanças temporais nos valores de temperatura, as quais não podem ser consideradas como desprezíveis. Estas, mudanças estão diretamente relacionadas com as variações do fluxo de radiação solar incidente na superfície. O maior incremento deste fluxo, observado de um dia para o outro, foi de cerca de 30 W.m^-2, o que correspondeu a um aumento de temperatura a 1,0 m de profundidade da ordem de 0,22° C. Os perfis de temperatura obtidos durante este trabalho apresentaram deriva em sentidos alternados, durante o ciclo de período de um ano. Os perfis geotérmicos rasos são caracterizados por uma zona de fluxo de calor nulo, denominada "cotovelo", a partir da qual os valores de temperatura crescem com o aumento da profundidade. A profundidade do cotovelo é fundamentalmente influenciada pelo fluxo de calor gerado pela radiação solar incidente na superfície da área em estudo. Elaborou-se um modelo de evolução temporal o qual representa a estrutura térmica e suas variações, da zona compreendida de 0,02 a 10,0 m de profundidade. Os resultados oriundos deste modelo de transferência de calor por condução foram comparados com os obtidos em trabalhos de campo. Observa-se uma boa concordância entre esses resultados. Porém, o ajuste numérico é mais evidente para o período de setembro a fevereiro. Este modelamento poderá ser utilizado também para previsões de deriva dos perfis geotérmicos, desde que sejam conhecidos, a priori, os valores correspondentes às temperaturas médias mensais na superfície, o gradiente geotérmico regional e um dado perfil geotérmico. Este trabalho comprova que o fluxo de radiação solar incidente na superfície é a principal fonte de influência sobre os perfis geotérmicos rasos. A profundidade máxima dessa influência depende principalmente da magnitude desse fluxo, do grau de proteção superficial à incidência direta da radiação e da litologia do local em estudo.

Monitoramento do desempenho de diferentes tecnologias de módulos fotovoltaicos

Este trabalho consiste na avaliação experimental de 13 módulos fotovoltaicos de 5 diferentes tecnologias. Para isso foi instalado na área externa do laboratório do Grupo de Estudos e Desenvolvimento de Alternativas Energéticas na Universidade Federal do Pará um campo de testes para medição de módulos a sol real, com os testes realizados no período de 21/10/12 a 30/08/2013. Essas medições possibilitaram a aquisição das principais variáveis de interesse nessa aplicação que são: irradiação solar, temperatura da parte posterior dos módulos, tensão e corrente elétrica e curva IV. A partir dessas medições foram calculados parâmetros como eficiência, desempenho global, produtividade, entre outros. Essas grandezas determinam as cacterísticas de geração dos módulos fotovoltaicos e são fundamentais para se entender seu funcionamento, sendo elas apresentadas detalhadamente na forma gráfica ao longo deste trabalho. Além dos dados experimentais, o estudo traz como contribuição um panorama geral sobre o estado da arte de módulos fotovoltaicos, experiências adquiridas durante o período de monitoramento, características do sistema de aquisição de dados desenvolvido e uma análise da influência de sombreamento no desempenho dos módulos fotovoltaicos.