Avaliação de fluxos de calor e evapotranspiração pelo modelo SEBAL com uso de dados do sensor ASTER

O objetivo deste trabalho foi avaliar a eficiência da aplicação do modelo SEBAL em estimar os fluxos de energia em superfície e a evapotranspiração diária, numa extensa área de cultivo de arroz irrigado, no município de Paraíso do Sul, RS, tendo como parâmetros dados do sensor ASTER. As variáveis estudadas constituem importantes parâmetros do tempo e do clima em estudos agrometeorológicos e de racionalização no uso da água. As metodologias convencionais de estimativa desses parâmetros são pontuais e geralmente apresentam incertezas, que aumentam quando o interesse é o comportamento espacial desses parâmetros. Aplicou-se o algoritmo "Surface Energy Balance Algorithm for Land" (SEBAL), em uma imagem do sensor "Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer" (ASTER). As estimativas obtidas foram comparadas com medições em campo, realizadas por uma estação micrometeorológica localizada no interior da área de estudo. As estimativas mais precisas foram as de fluxo de calor sensível e de evapotranspiração diária, e a estimativa que apresentou maior erro foi a do fluxo de calor no solo. A metodologia empregada foi capaz de reproduzir os fluxos de energia em superfície de maneira satisfatória para estudos agrometeorológicos e de rendimento de culturas.

Fluxos de calor no dossel vegetativo e infiltração de água no solo, em floresta tropical

Este estudo analisou as variações sazonais e anuais dos fluxos de calor sensível e latente, armazenados pelo dossel vegetativo de floresta tropical úmida, bem como a taxa de infiltração de água no solo em duas parcelas experimentais, uma com exclusáo de chuva e outra submetida às condições reais de precipitação pluvial. Os dados aqui usados foram obtidos do projeto ''Estudo da Seca da Floresta (ESECAFLOR), subprojeto do Experimento de Grande Escala da Biosfera-Atmosfera na Amazônia (LBA), conduzido na reserva florestal de terra firme em Caxiuaná, PA. Os dados de temperatura e umidade relativa do ar foram coletados no perfil da floresta amazônica, em intervalos de 8 m, deSde a superfície até 32 m, durante o ano de 2008, em intervalos horários, para se determinar os fluxos de calor sensível e latente armazenados nos período chuvoso (fevereiro, março e abril) e menos chuvoso (setembro, outubro e novembro). Os resultados indicaram que o fluxo de calor sensível armazenado no dossel da floresta no ano de 2008, foi 167,93 W m-2 e o fluxo de calor latente armazenado foi de 5184,38 W m-2. A taxa de infiltração de água do solo na floresta foi reduzida drasticamente nos primeiros minutos do início do experimento, independentemente das condições de umidade do solo e, em seguida, ela apresentou comportamento quase constante ao longo do tempo.

Desenvolvimento de formulações de elementos finitos para problemas de transferência de calor

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil - Perfil de Estruturas

Uso de transdutores de fluxo de calor no estudo da transferência de calor em alimentos embalados

A densidade de fluxo de calor que atravessa uma superfície é classicamente determinada mediante a medição das temperaturas apropriadas e da aplicação da Lei de Fourier. Uma alternativa a esse procedimento é a utilização de transdutores de fluxo de calor, os quais geram um sinal elétrico proporcional ao fluxo térmico que os atravessa. Neste trabalho, processos de aquecimento e de resfriamento de alimentos foram estudados em laboratório, utilizando-se um recipiente de vidro cilíndrico para simular uma embalagem. Dois transdutores de fluxo de calor a gradiente tangencial foram previamente instalados no recipiente, revestindo completamente a superfície lateral do mesmo. O recipiente contendo a amostra foi inserido em banho de água circulante à temperatura constante. Os sinais fornecidos pelos transdutores e por termopares inseridos no interior do recipiente foram registrados por um sistema de aquisição de dados computadorizado. Os resultados obtidos com o uso dos transdutores foram comparados com aqueles obtidos através de balanços de energia realizados a partir dos dados experimentais de evolução temporal das temperaturas da amostra junto à superfície interna da embalagem e no centro da mesma. A comparação mostrou que os transdutores de fluxo de calor a gradiente tangencial puderam determinar os fluxos de calor, com tempo de resposta característico dos termopares. Os resultados apresentados mostraram a viabilidade de utilização desses fluxímetros no estudo não destrutivo e não invasivo dos processos de aquecimento e de resfriamento de alimentos, fornecendo informações complementares àquelas obtidas pelo uso de termopares instalados no interior da embalagem.

Efeito da radiação solar e temperatura na emissão de metano associado à produção e perda de calor em bovinos

Pós-graduação em Zootecnia - FCAV

Validation of the Deardorff model for estimating energy balance components for a sugarcane crop

The quantification of the available energy in the environment is important because it determines photosynthesis, evapotranspiration and, therefore, the final yield of crops. Instruments for measuring the energy balance are costly and indirect estimation alternatives are desirable. This study assessed the Deardorff's model performance during a cycle of a sugarcane crop in Piracicaba, State of São Paulo, Brazil, in comparison to the aerodynamic method. This mechanistic model simulates the energy fluxes (sensible, latent heat and net radiation) at three levels (atmosphere, canopy and soil) using only air temperature, relative humidity and wind speed measured at a reference level above the canopy, crop leaf area index, and some pre-calibrated parameters (canopy albedo, soil emissivity, atmospheric transmissivity and hydrological characteristics of the soil). The analysis was made for different time scales, insolation conditions and seasons (spring, summer and autumn). Analyzing all data of 15 minute intervals, the model presented good performance for net radiation simulation in different insolations and seasons. The latent heat flux in the atmosphere and the sensible heat flux in the atmosphere did not present differences in comparison to data from the aerodynamic method during the autumn. The sensible heat flux in the soil was poorly simulated by the model due to the poor performance of the soil water balance method. The Deardorff's model improved in general the flux simulations in comparison to the aerodynamic method when more insolation was available in the environment.

Métodos computacionais em engenharia mecânica

Este estudo pretende mostrar algumas aplicações dos métodos computacionais na actividade de projecto em Engenharia Mecânica. Apresentam-se problemas concretos de engenharia que foram abordados durante um estágio realizado no CERN – Centre Européen pour la Recherche Nucléaire, e onde foram utilizados: a) o método dos elementos finitos para cálculo de temperaturas e fluxos de calor e a sua influência sobre os deslocamentos, tensões e deformações que ocorrem numa peça; b) o método híbrido dos elementos finitos/volumes finitos para a discretização das equações de Navier-Stokes e a análise do escoamento de fluidos; c) um algoritmo genético para a obtenção da solução óptima de um problema estrutural. O projecto em engenharia é uma actividade cada vez mais complexa, que requer o uso de ferramentas computacionais sofisticadas tais como os programas ANSYS e MATLAB que foram utilizados no estudo. A criação de modelos numéricos e a análise do seu comportamento com estas ferramentas requer simultaneamente um bom conhecimento dos princípios que estão na base do seu desenvolvimento e uma boa perícia na sua manipulação. Com elas é possível obter soluções quando os constrangimentos do projecto são exigentes e análises detalhadas do comportamento estrutural são necessárias. Neste estudo pretende-se também demonstrar que uma combinação inovadora destas ferramentas pode contribuir para obter aplicações úteis para a actividade de projecto em engenharia.

Calibração do "simplified simple biosphere model - SSiB" para áreas de pastagem e floresta na Amazônia com dados do LBA

Os parâmetros do "Simplified Simple Biosphere Model"-SSiB foram validados e posteriormente calibrados para os sítios de pastagem da Fazenda Nossa Senhora Aparecida (62º22'W; 10º45'S) e de floresta da Reserva Biológica do Jaru (62º22'W; 10º45'S), ambos situados no estado de Rondônia. Foram utilizadas medidas micrometeorológicas e hidrológicas obtidas durante o período seco de 2001, como parte do Experimento de Grande Escala da Biosfera-Atmosfera na Amazônia - LBA. Os resultados indicam que o modelo simulou bem o saldo de radiação, tanto na pastagem quanto na floresta. O fluxo de calor latente foi superestimado nos dois sítios nos períodos de simulação, o que deve estar relacionado aos parâmetros utilizados no cálculo dessa variável. O modelo subestimou o fluxo de calor sensível na pastagem e na floresta, principalmente no período noturno; porém, para a floresta, os valores foram mais próximos daqueles observados. Com os parâmetros ajustados, melhores estimativas dos fluxos de calor latente e de calor sensível foram geradas e, conseqüentemente, representou melhor as partições de energia na floresta e na pastagem.

Determinação in Loco da difusividade térmica num solo da região de Caatinga (PB)

Um estudo experimental detalhado sobre transferências de calor e água no complexo solo - vegetação - atmosfera, em uma região de caatinga no semi-árido paraibano, mostrou que o comportamento termodinâmico do solo exerce papel fundamental no processo de evaporação do solo e nos fluxos de calor sensível. Este trabalho objetivou mostrar como a difusividade térmica do solo in loco foi determinada. Três métodos diferentes, embasados sobre hipóteses bem distintas, foram utilizados, e os seus resultados foram comparados. O método harmônico não se mostrou adequado para o tipo de solo encontrado. Para a camada superficial do solo (0-5 cm), o método CLTM (Corrected Laplace Transform Method) mostrou-se bem adaptado. Em todos os casos, o método NHS (método de Nassar & Horton), que considera variações verticais da difusividade térmica, apresentou uma dispersão elevada dos seus pontos, porém forneceu valores próximos dos valores estimados pelo método CLTM na camada superior e valores coerentes nas outras camadas. A umidade do solo, na profundidade média de 5 cm, foi medida por uma sonda TDR devidamente calibrada. Assim, pôde se determinar a relação entre a difusividade térmica e a umidade volumétrica para o solo estudado. Os valores muito baixos de difusividade constituem um condicionante importante do clima local.

Balanço de energia e controle biofísico da evapotranspiração na Caatinga em condições de seca intensa

Resumo:O objetivo deste trabalho foi determinar a variação sazonal dos componentes do balanço de energia e avaliar o controle biofísico da evapotranspiração, em área de Caatinga preservada, em condições de seca intensa. O experimento foi conduzido em 2012, tendo-se utilizado o sistema "eddy covariance", instalado a 16,9 m acima da superfície do solo. Além disso, foram realizadas medidas de temperatura, umidade, radiação solar, saldo de radiação, fluxo de calor no solo e temperatura do solo. Os dados dos fluxos de calor sensível e latente foram processados com o programa Alteddy e analisados em escalas diária e sazonal. Com os dados do fluxo de calor latente, foram determinados os valores da evapotranspiração, bem como os indicadores da sua sensibilidade às condições ambientais: fator de desacoplamento, e resistências aerodinâmica e da superfície. O saldo de radiação apresentou forte sazonalidade, com comportamento dependente da radiação solar. A partição dos componentes do balanço de energia revelou que a ocorrência de seca intensa maximiza a destinação da energia disponível ao fluxo de calor sensível, e que a evapotranspiração nessa condição é especialmente dependente do deficit de pressão de vapor e da resistência da superfície.

Balanço de energia e estimativa da evapotranspiração em culturas irrigadas de maracujazeiro pelo método da razão de Bowen

A cultura do maracujazeiro-amarelo tem tido grande expansão da área cultivada no Estado de São Paulo e, apesar da importância da irrigação para a cultura, há poucos estudos sobre sua utilização. Este trabalho foi realizado na área experimental de irrigação, na Fazenda Areão, do Departamento de Engenharia Rural, da Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz" - ESALQ/USP (Piracicaba - SP). Foram coletados dados de saldo de radiação, fluxo de calor no solo, gradientes de temperatura e pressão de vapor do ar com o objetivo de avaliar a partição da energia disponível e a evapotranspiração em cultivo de maracujazeiros em dois sistemas de plantio (linhas de cultivo norte-sul e leste-oeste). O método da razão de Bowen foi utilizado na determinação dos fluxos de calor sensível e latente. O saldo de radiação não foi influenciado pelo sistema de plantio, sendo equivalente a 60% da radiação global. O componente de maior contribuição no balanço de energia foi o calor latente de evaporação ocorrendo imediatamente após a chuva ou irrigação. A utilização do modelo de análise e exclusão de intervalos em que o método da Razão de Bowen falha, melhora a estimativa da evapotranspiração.

Estudo e avaliação das componentes térmicas na utilização de energia em edifícios

Este trabalho tem por objectivo desenvolver eimplementar metodologias relacionadas com a temática de térmica de edifícos, no sentido dequantificar e optimizar as perdas e ganhos decalor e os consumos de energia associados aosedifícios. Com base na teoria de transferência de calor e massa, foram construídos programas de cálculo numérico para simular, em regime estacionário (permanente) e não estacionário (transiente), os fluxos de calor e a distribuição das temperaturas em diferentes tipos de paredes comummente encontradas em Portugal e em particular na Região Autónoma da Madeira. Estes resultados permitiram analisar a eficácia dos diversos tipos de paredes estudadas bem como o risco de condensação em algumas dessas situações. Para além deste estudo houve a preocupação de desenvolver uma metodologia de análise económica relacionada com a espessura de isolamento a aplicar. Foram igualmente estudadas algumas medições simples de conservação de energia cuja implementação em edifícios será facilmente ustificada atendendo aos baixos períodos de retorno de investimento geralmente associados a estas medidas. Como resultado deste trabalho foi desenvolvida uma ferramenta de cálculo cuja aplicaçãovai permitir não só estimar o risco decondensação mas igualmente o campo de temperaturas no interior das paredes ao longo do período de tempo considerado, visando a optimização de soluções de isolamento térmico versus condições de conforto recomendadas.

A influência de decisões arquitetônicas na eficiência energética do Campus vol. 1/UFRN

Building design is an effective way to achieve HVAC energy consumption reduction. However, this potentiality is often neglected by architects due to the lack of references to support design decisions. This works intends to propose architectural design guidelines for energy efficiency and thermal performance of Campus/UFRN buildings. These guidelines are based on computer simulations results using the software DesignBuilder. The definition of simulation models has begun with envelope variables, partially done after a field study of thirteen buildings at UFRN/Campus. This field study indicated some basic envelope patterns that were applied in simulation models. Occupation variables were identified with temperature and energy consumption monitoring procedures and a verification of illumination and equipment power, both developed at the Campus/UFRN administration building. Three simulation models were proposed according to different design phases and decisions. The first model represents early design decisions, simulating the combination of different types of geometry with three levels of envelope thermal performance. The second model, still as a part of early design phase, analyses thermal changes between circulation halls lateral and central and office rooms, as well as the heat fluxes and monthly temperatures in each circulation hall. The third model analyses the influence of middle-design and detail design decisions on energy consumption and thermal performance. In this model, different solutions of roofs, shading devices, walls and external colors were simulated. The results of all simulation models suggest a high influence of thermal loads due to the incidence of solar radiation on windows and surfaces, which highlights the importance of window shading devices, office room orientation and absorptance of roof and walls surfaces

Validation of the Deardorff model for estimating energy balance components for a sugarcane crop

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Balanço de radiação e energia da cultura de alface em estufa de polietileno

Objetivou-se, neste trabalho, determinar os balanços de radiação e energia da cultura de alface (Lactuca sativa, L. cv. Verônica) em estufa de polietileno. O experimento foi realizado em uma estufa tipo túnel alto com cobertura de polietileno (100 mim de espessura) e em uma área externa, ambas com 35 m². Durante o ciclo da cultura, foram monitoradas as radiações global e refletida, saldo de radiação, fluxo de calor no solo e temperatura do ar (seca e úmida) nos dois meios. Utilizou-se um Datalogger que operou na freqüência de 1 Hz, armazenando médias de cinco minutos. A partir das integrações diárias das irradiâncias global (K¯) e refletida (K­), verificou-se que a transmissividade média da radiação global (K¯in / K¯ex) foi aproximadamente constante, em torno de 79,59%, enquanto a razão das radiações refletidas (K­in / K­ex) foi igual a 69,21% com coeficiente de variação de 8,47%. As curvas normalizadas do saldo de radiação de ondas curtas em relação à radiação global (K* / K¯), nos dois meios, mostraram ser aproximadamente constantes no início do ciclo e decrescentes no final. A relação (Rn/ K¯) foi maior no meio externo, em torno de 12%, a partir da fase em que a superfície verde da cultura cobriu o solo. O balanço médio (L*) de radiação de ondas longas foi maior no exterior, em torno de 50%. O balanço de energia, estimado em termos de fluxos verticais, mostrou, em média, que: no exterior, 83,07% do saldo de radiação foi convertido em calor latente (LE), 18,00% em fluxo de calor no solo (G) e 9,96% em calor sensível (H), enquanto que, no interior da estufa, 58,71% do saldo de radiação foi convertido em LE, 42,68% em H e 28,79% em G.