Padrões e processos espaço-temporais em ecótonos de campos e floresta com araucária, em São Francisco de Paula, RS

Conjecturas sobre os processos ecológicos que formaram no Planalto Meridional Brasileiro o mosaico vegetacional de Floresta com Araucária e Campos têm sido postuladas. Estudos paleopalinológicos recentes confirmam a hipótese de expansão florestal sobre as áreas campestres, em virtude de alterações climáticas ocorridas no Holoceno. Por outro lado, os regimes de queima e de pastejo, provavelmente, têm retardado o estabelecimento arbóreo em áreas campestres. Portanto, os padrões vegetacionais têm resultado de processos ocorrendo em diferentes escalas espaço-temporais. Esta dissertação objetiva investigar padrões e processos espaço-temporais da vegetação atual em ecótonos entre Campos e Floresta com Araucária. Para tanto, estudos foram conduzidos no Centro de Pesquisas e Conservação da Natureza (CPCN) Pró-Mata, em São Francisco de Paula, RS, uma área de encontro de formações campestre e florestais, destinada à conservação desde 1994. Primeiramente, estudou-se a dinâmica vegetacional na escala de paisagem, por meio da comparação de registros aerofotográficos de 1974 e 1999 analisados num sistema de informações geográficas. Nesse período foram registradas intensas alterações na vegetação campestre adjacente às manchas de floresta, especialmente um pronunciado estabelecimento de arbustos. Além disso, foi evidenciado um padrão direcional de alteração nas comunidades campestres, indicado pelo estabelecimento de arbustos e posterior ocupação arbórea. Baseado em observações in situ , conjetura-se que as alterações foram muito mais pronunciadas a partir da criação do CPCN Pró-Mata, quando a área foi protegida de queima e pastejo. Em seguida, investigaram-se padrões e processos vegetacionais pela descrição da composição florística e das condições do solo em transecções localizadas na transição campo-floresta. Foram utilizados métodos de análise exploratória multivariada, considerando várias escalas de observação. Os resultados evidenciaram padrões vegetacionais consistentes, e associação destes com variáveis de solo. Pelos resultados infere-se que o processo de avanço florestal sobre os campos têm produzido alterações edáficas, como evidenciado pela relação Mg K-1, pH e teores de alumínio trocável. Os resultados de ambos os estudos sobre transições campo-floresta no nível da paisagem e no das comunidades corroboram a teoria de expansão florestal sobre os campos, bem como, ressaltam a influência de fatores de distúrbio atuando localmente no processo.

Padrões vegetacionais em capões de floresta com araucária no planalto nordeste do Rio Grande do Sul, Brasil

Capões naturais de vegetação florestal inseridas em meio a uma matriz dominada por campos freqüentemente destacam-se na paisagem do planalto sul-brasileiro. São importantes núcleos de manutenção dos processos florestais, bem como fornecedores de alimento e refúgio à fauna silvestre. Baseado em recentes estudos paleopalinológicos, nos últimos séculos as florestas do sul do Brasil estariam em um franco processo de avanço sobre a vegetação campestre. Hipotetíza-se que os capões desempenham um papel fundamental nesta expansão, mesmo que o processo possa sofrer inúmeras restrições de distúrbios como o pastejo e fogo, tradicionalmente utilizados como manejo por pecuaristas da região. O objetivo principal deste estudo foi a identificação de padrões vegetacionais na expansão das manchas florestais e relacioná-los às condições ambientais de solo e topografia. O estudo foi realizado no Centro de Pesquisa e Conservação da Natureza Pró-Mata, localizado na porção leste do planalto, no município de São Francisco de Paula, RS, a cerca de 900 m de altitude. A área, excluída da interferência antrópica há aproximadamente 10 anos, caracteriza-se pelo predomínio de Floresta com Araucária entremeada por campos nativos. Foram selecionados cinco capões de tamanho e forma semelhantes, em cada qual foram demarcadas quatro transecções orientadas perpendicularmente à borda entre floresta e campo. As transecções subdivididas em quadros contíguos foram avaliadas quanto à cobertura da vegetação dos componentes superior e inferior, além da descrição de fertilidade química da porção superficial do solo. Os resultados demonstram padrões consistentes e indicam uma expansão radial dos capões sem limitações edáficas. Sem a influência dos distúrbios, os capões estariam recuperando a capacidade de expansão e apresentam um rápido processo de reestruturação interna.

Avaliação das alterações ambientais causadas por perfuração exploratória em talude continental a partir de dados geoquímicos - Bacia de Campos, Brasil.

As atividades de exploração e produção de petróleo e gás no Brasil têm se tornado mais intensas ao longo desta última década, apresentando uma tendência de avanço em direção a ambientes de maior profundidade, onde se localizam grande parte das reservas de óleo já comprovadas. Os processos de exploração e produção de petróleo e gás apresentam muitas etapas com considerável potencial gerador de impactos ao meio ambiente, entre elas, a perfuração de poços exploratórios marítimos, objeto do presente estudo. Este estudo originou-se do Projeto MAPEM – Monitoramento Ambiental em Atividades de Perfuração Exploratória Marítima (Águas Profundas), do qual foram utilizados os dados analisados nesta dissertação. O monitoramento foi realizado visando avaliar os efeitos da perfuração do poço Eagle, localizado em talude continental, região norte da Bacia de Campos, Brasil, próximo ao limite entre os estados do Rio de Janeiro e Espírito Santo, a 902 metros de profundidade. Foram coletadas amostras de sedimentos superficiais na região de entorno da atividade, em 48 estações de monitoramento e 6 estações de controle, durante os cruzeiros oceanográficos realizados um mês antes, um mês após e um ano após a perfuração. As análises dos sedimentos geraram informações sobre sua composição granulométrica, mineralógica (argilominerais e carbonato de cálcio) e química (hidrocarbonetos e metais), e foram comparadas em sua variação espacial (área de monitoramento/estações de controle) e temporal (3 cruzeiros oceanográficos). A variação temporal foi abordada de três maneiras distintas, onde o Cruzeiro I representou o background da área, a variação do Cruzeiro I para o II representou o impacto sobre a área de monitoramento e na variação do Cruzeiro II para o III, buscou-se evidências de recuperação da área monitorada com tendência de retorno às suas características iniciais O background da área definiu os níveis médios de todas variáveis analisadas, identificando, além de teores naturais para alguns dos componentes dos sedimentos, sinais de contaminação de origem antrópica, principalmente de As, Pb e hidrocarbonetos petrogênicos (n-alcanos) e pirogênicos (aromáticos). Na perfuração do poço Eagle foi utilizado fluido de base aquosa (FBA) e fluido de base sintética (FBS), dos quais se buscou identificar as áreas de influência e as alterações causadas nos sedimentos. Identificou-se a ocorrência de um fluxo gravitacional de massa, no período entre o Cruzeiro I e a perfuração, restrito ao cânion submarino que cruza a área de monitoramento, do qual também foi avaliada a influência sobre a composição dos sedimentos. A influência do FBA (indicada pelos teores de bário) estendeu-se por uma grande área, apresentando maiores concentrações nas estações próximas do poço. A área de influência do FBS (indicada pelos n-alcanos entre C14 e C22) apresentou distribuição mais restrita, em duas manchas, uma a norte e outra a oeste do poço. Além dos n-alcanos, foi identificado aumento dos teores de bário, UCM (mistura complexa não resolvida), fluoreno e acenaftaleno. O fluxo gravitacional de massa causou elevações na proporção de areia das estações do cânion submarino e redução do carbono orgânico. Efetivamente pode se concluir que a atividade de perfuração exerceu influência significativa nas propriedades químicas dos sedimentos, contudo, de improvável efeito tóxico sobre a biota. Pode-se concluir também que ocorreu recuperação da área, após o período de um ano, por redução das concentrações médias de algumas variáveis e sinais de reposição de n-alcanos naturais, porém não foi possível a identificação de degradação do material sintético utilizado no FBS.

Evolução mineralógica da alteração laterítica em rochas vulcânicas básicas na borda sudeste da Bacia do Paraná (Rio Grande do Sul e Santa Catarina)

Perfis de alteração em basaltos com baixos teores de Ti02 (LTiB) da Parte Sudeste da Bacia do Paraná (SPB) associam-se a superfícies aplainadas, nos planaltos das Araucárias (Ab' Saber, 1973), entre altitudes de 950 m a 750 m (Vacaria) e 1000m a 920m (a Sul de Lages). Em domínios mais dissecados do relevo, que crescem de Este para Oeste, e nas encostas intensamente dissecadas destes planaltos a Sul (calha do rio Antas) e a Norte (calha do rio Pelotas), os perfis de alteração são truncados ou inexistentes. A associação dos perfis de alteração com superfícies geomorfológicamente mais antigas (aplainadas e elevadas) faz supor que o início dos processos de alteração seja correlativo às superfícies aplainadas, antigo e, provável mente, Terciário. As sequências de alteração mais completas localizam-se em morros de topo plano e apresentam as seguintes fácies: Rocha mãe, saprólito, alterito argiloso, alterito esferoidal, "stone line", coberturas móveis e solo atual. Químicamente os produtos de alteração intempérica dos basaltos são "lateritas" segundo definição de Schellmann (1981), com enriquecimento em Fe2D.3 e H20; perdas em Si02, FeO, MgO, CaO, Na20 e K20; prováveis pequenas perdas emA12D.3. No saprólito, os pedaços de rocha fragmentada permitiram a descrição das alterações hidrotermais refletidas nas para gêneses dos sítios intersticiais, constitui dos por materiais cristalinos e criptocristalinos. Os cristais de titanomagnetita aparecem com manchas azuis irregulares que sugerem variações cristaloquímicas contínuas dentro de um mesmo cristal, típicas da maghemitização. O alterito argiloso é sede de pseudomorfoses dos minerais magmáticos e hidrotermais. Esmectitas, ocupam os sítios das camadas mistas hidrotermais; halloysitas 7 e 10 Á são dominantes nos plasmas das pseudomorfoses de plagioclásios e plasmas ricos em ferro e sílica predominam nas pseudomorfoses de piroxênios. Observa-se a transição halloysita -caolinita desordenada rica em ferro estrutural nas partes superiores do conjunto. Os plasmas secundários são silico-aluminosos, nas partes baixas do conjunto, e predominantemente opacos no topo. Estes plasmas constituem-se de halloysita, litioforita (ou plasma rico em Mn), goethita e maghemita. O alterito esferoidal apresenta o núcleo de rocha e um córtex de cor amarelo -alaranjada em que se verifica a presença dominante da goethita aluminosa. Secundáriamente, aparecem cristobalita, maghemita e gibbsita. As coberturas móveis, são constitui das de plasma caolinítico e plasmas ricos em hematita e goethita. Aparecem ainda grânulos, pisólitos e nódulos herdados de antigas couraças desmanteladas. Os minerais, formados em condições lateritizantes, são os filossilicatos halloysita 7Á e lOÁ, caolinita desordenada e os óxidos e hidróxidos, hematita, goethita, gibbsita e litioforita.Observou-se que a mineralogia de alteração está intimamente associada à textura da rocha original. Encontram-se, ainda, nestes horizontes de alteração intempérica, a cristobalita (metaestável) e a titanomaghemita. As titanomaghemitas identificadas nos saprólitos e alteritos apresentam as características de maghemitização: diminuição da taxa 32(Fe+ Ti)/O, aumento de lacunas na malha cristalina e diminuição do parâmetro ~. Mg diminui com o intemperismo, Mn e AI se concentram nas fases magnéticas. A halloysita 7Á predomina sobre a lOÁ, na fração < 2Jlm, do alterito argiloso, alterito esferoidal e no sistema fissural. A caolinita predomina no horizonte "tacheté". No alterito esferoidal, ocorre também caolinita e esmectita. As argilas halloysíticas apresentam quatro morfologias: esferas, tubos, lamelas planares e cones. A halloysita forma-se preferencialmente à caolinita no córtex de alteração do alterito esferoidal e na fácies argilosa, constituindo um primeiro estágio de intemperismo. Os tubos e cones têm os menores teores de Fe2Ü3 enquanto as halloysitas planares têm os mais altos teores de Fe2Ü3. O teor de Fe das partículas esferoidais é variado. Os óxidos e hidróxidos destes perfis caracterizaram variações da atividade a água, de atividade da sílica dissolvida e temperatura, refletindo as paleocondições (climáticas) de formação destas coberturas fósseis.

Análise energética de sistemas de aquecimento de água com energia solar e gás

Esta Tese apresenta uma análise do comportamento térmico de um sistema de aquecimento de água combinando energia solar e gás como fontes energéticas. A ênfase desta análise está na influência que a forma de conexão dos coletores solares e do circuito da fonte auxiliar de energia ao reservatório exercem sobre a eficiência e o custo de operação do sistema. O trabalho engloba uma montagem experimental, caracterização de componentes, validação experimental de um programa de simulação, análises de eficiência utilizando o programa e análises econômicas com dados simulados. Na fase experimental desta Tese, foram montados três sistemas de aquecimento de água. Dois sistemas utilizando reservatórios verticais e um sistema utilizando reservatório horizontal. Os sistemas foram montados com componentes similares: reservatórios metálicos isolados termicamente com capacidade de 600 litros (verticais), reservatório de polietileno isolado termicamente com capacidade de 600 litros (horizontal), 2 coletores solares de placas planas, tubulação de cobre e aquecedores a gás de passagem de 7,5 l /min. Os componentes foram caracterizados mediante a curva de eficiência dos coletores solares, eficiência dos aquecedores a gás de passagem e o coeficiente de perdas térmicas dos reservatórios Sensores foram instalados para monitorar os sistemas em operação. Os sinais dos sensores foram medidos através de uma central de aquisição de dados conectado a um computador. Temperaturas, irradiância solar, consumo de gás e consumo de água foram registrados ao longo do tempo. Os resultados experimentais foram comparados com resultados calculados por meio de um programa desenvolvido no Laboratório de Energia Solar apresentando boa concordância. Utilizando o mesmo programa determinou-se a configuração do sistema de aquecimento de água com energia solar e gás mais eficiente para a cidade de Porto Alegre com um determinado perfil de consumo. Outros tipos de sistemas de aquecimento de água foram simulados para atender o mesmo perfil de demanda. Análises econômicas comparando estes sistemas entre si foram realizadas considerando diversos cenários econômicos.

Os efeitos de fluxos de prótons sobre dispositivos MOS no espaço

Dispositivos microeletrônicos como células solares e circuitos integrados MOS em satélites, estão sujeitos ao bombardeamento de partículas de alta energia, especialmente os uxos de prótons. Os danos causados pela irradiação de prótons podem ser facilmente simulados usando as técnicas implantação iônica, uma vez que os estudos de con abilidade dos dispositivos em condições reais (no espaço) são despendiosos. A proposta deste trabalho é usar capacitores MOS para estudar a in uência do bombardeamento de prótons na degradação do tempo de vida de portadores minoritários, na mudança de corrente de fuga através do SiO2 e na mudança da carga efetiva na interface SiO2/Si. Assim como o tempo de vida está relacionado aos defeitos criados na estrutura cristalina devido às colisões das partículas com os átomos de Si, a corrente de fuga caracteriza a estabilidade do dielétrico e a carga efetiva mostra o quanto a tensão de limiar dos transistores MOS (VT) é afetada. Uma combinação de formação de zona desnuda na região de depleção e gettering por implanta ção iônica na face inferior das lâminas garantiu o melhoramento do tempo de vida nos capacitores MOS. Os aceleradores de íons do Laboratório de Implantação Iônica da UFRGS foram usados para produzir bombardeamentos de prótons com energias de 100keV , 200keV , 600keV e 2MeV , e doses no intervalo de 1x10 9 cm-2 a 3x10 12 cm-2 O tempo de vida de geração foi obtido através do método C-t (Zerbst modificado), a corrente de fuga através do método I-V e a carga criada no óxido através do método C-V de alta freqüência. A literatura apresenta dados de uxos de prótons no espaço possibilitando a conexão entre os efeitos simulados por implantação iônica e o espectro solar real. Como eventos solares apresentam variabilidade, alguns casos de atividade solar proeminente foram estudados. Foi de nida a função (x) que relaciona a concentração defeitos eletricamente ativos com a profundidade e foi feito um cálculo para estimar as conseqüências sobre o tempo de vida dos portadores minorit ários. Os resultados mostram que um dia de atividade solar expressiva é su ciente para degradar o tempo de vida intensamente, tendo como conseqüência a destruição de uma célula solar sem blindagem.

Caracterização de unidades de manejo (biótopos) na futura unidade de conservação ambiental da UFRGS, Porto Alegre, RS : uma contribuição com bases na ecologia de paisagem

Para a caracterização dos biótopos naturais da futura Unidade de Conservação (UC) do Morro Santana (Porto Alegre, RS) foi realizado o macrozoneamento da área de estudo utilizando-se a cobertura com fitofisionomias campestres e florestais nativas e as variáveis do meio físico: declividade, altitude e exposição solar. Em quatro macrozonas campestres e em nove florestais, foram realizados estudos fitossociológicos e estatísticos para definir as unidades e sub-unidades vegetais presentes e a relação destas com a variável distância aos cursos d’água, caracterizando assim os onze biótopos naturais da área de estudo. Os tipos naturais de uso e cobertura do solo ocupam 51,6% da área do morro e as categorias de uso antrópico cobrem 48,4%. As formações de campo nativo do Morro Santana foram caracterizadas a partir da estrutura da vegetação dominante fisionomicamente, por duas unidades e quatro sub-unidades de vegetação, sendo que a unidade Aristida filifolia - Axonopus sp1 obteve a maior freqüência e densidade, não ocorrendo em apenas uma macrozona. A unidade de vegetação Guapira opposita - Casearia sylvestris ocorreu em todas as macrozonas arbóreas amostradas e caracteriza a estrutura da vegetação dominante fisionomicamente, nestas formações O método seguiu o cruzamento de informações espacializadas utilizando o sistema de informação geográfica (SIG) Idrisi, versão 14.02 (Kilimanjaro). Uma nova análise conferiu valores ecológicos às áreas com cobertura campestre e florestal nativas do morro a partir dos parâmetros relativos à: climacidade das espécies presentes nas unidades e sub-unidades de vegetação, naturalidade das comunidades vegetais presentes e índices da configuração estrutural da paisagem (tamanho e forma das manchas e distância de áreas urbanas). Foram então somados os valores ecológicos de cada parâmetro e estabelecidas as quatro zonas de caracterização ecológica, que são: núcleo, extensão do núcleo, tamponamento e ligação, em ordem decrescente de valor ecológico. Os biótopos de formações campestres encontram-se com melhor grau de conservação em relação aos florestais, por comporem a maior parte da zona núcleo. As zonas de caracterização ecológica servem como importante ferramenta para a realização do plano de manejo da unidade de conservação.

Simulação numérica da transferência simultânea de energia e umidade através do solo em um sistema trocador-armazenador de calor

O presente trabalho pesquisa o fenômeno da transferência simultânea de calor e umidade em solos insaturados que envolvem dutos enterrados. Estes dutos e o solo envolvente compõem o chamado sistema trocador-armazenador de calor no solo, que é muitas vezes utilizado como fonte complementar de aquecimento em estufas solares agrícolas. O funcionamento do sistema trocador-armazenador de calor é baseado na energia armazenada no solo durante os horários de máxima insolação, sendo que durante a noite parte desta energia é recuperada. Durante o dia o ar quente do meio interno da estufa solar é bombeado para dentro do feixe de tubos enterrados, que devolvem o ar mais frio na outra extremidade. Por outro lado, durante a noite o ar mais frio do meio interno da estufa é bombeado para dentro dos dutos, os quais efetuam troca térmica com o solo envolvente, que neste horário possui a temperatura mais elevada do sistema. O objetivo geral deste trabalho é resolver o problema transiente periódico e tridimensional da transferência simultânea de calor e umidade em solos não-saturados, que compõem o sistema trocador-armazenador de calor, utilizando a simulação numérica. Como objetivos secundários têm-se: o melhoramento do sistema de troca térmica, a quantificação da parcela de calor transportado pela difusão da umidade no solo e a análise dos campos de temperatura e de conteúdo de umidade, sendo que a análise dos campos de umidade permite verificar se existe formação de frentes de secagem significativas na vizinhança dos dutos durante os sucessivos períodos de aquecimento e resfriamento a que o sistema é submetido. Na resolução do problema em questão é empregado o modelo clássico de Philip e De Vries para a transferência simultânea de calor e massa em meios porosos insaturados Neste modelo, as equações de conservação de energia e massa obtidas trazem explicitamente as influências combinadas dos gradientes de temperatura e de conteúdo de umidade nos processos de transporte de calor e umidade. O sistema de equações diferenciais governantes do problema em questão é resolvido numericamente utilizando o Método dos Volumes Finitos e na discretização destas equações é usada uma integração temporal totalmente implícita. Todas as propriedades difusivas e termofísicas empregadas são consideradas variáveis com a temperatura e o conteúdo de umidade. Os dutos de seção transversal circular do sistema trocadorarmazenador de calor no solo, são modelados como dutos de seção transversal quadrada de área equivalente para que coordenadas cartesianas possam ser utilizadas nos modelos analisados. Neste trabalho são simulados quatro modelos computacionais associados ao sistema trocador-armazenador de calor no solo. Estes modelos são compostos por: um duto isolado, um duto com convecção, dois dutos isolados e dois dutos com convecção. A variação da temperatura do ar na entrada do(s) escoamento(s), assim como a temperatura do meio ambiente, para os modelos com convecção, é dada por uma senóide com uma amplitude de 14 ºC. No modelo de um duto isolado, são realizadas simulações utilizando várias combinações dos parâmetros do modelo em questão e os resultados, assim obtidos, são comparados com aqueles encontrados na literatura Visando melhorar o sistema de troca térmica dos modelos computacionais investigados, são selecionados valores e intervalos de valores recomendados para os parâmetros do modelo de um duto isolado. Para este modelo, com um diâmetro de 0,1 m, são escolhidos valores (ou intervalos de valores) recomendados: de 4 m/s para a velocidade do escoamento interno dentro do duto, de 0,25 para o conteúdo de umidade do solo, de 5 até 20 metros para o comprimento do duto e de 0,20 até 0,30 m para a distância entre centros do dutos. As simulações dos quatro modelos computacionais realizadas utilizando as várias combinações dos valores recomendados para os parâmetros destes modelos, mostrou que não há diferença significativa entre os valores de calor volumétrico armazenado no solo empregando a resolução acoplada das equações de energia e de massa e a resolução da equação da temperatura. Mesmo para os modelos de um e de dois dutos com convecção a diferença percentual encontrada foi insignificante. Finalmente, são apresentados e analisados os campos de temperatura e de conteúdo de umidade para os quatro modelos computacionais avaliados. Os perfis de temperatura e de conteúdo de umidade em diferentes horários mostraram que, durante o dia, o solo absorve calor dos escoamentos internos de ar e, uma vez que, junto à superfície dos dutos tem-se regiões de maior temperatura, há, conseqüentemente, uma migração da umidade nestas regiões. Durante a noite, ocorre o contrário, o solo fornece calor aos escoamentos dentro dos dutos, e, desta forma, as regiões próximas aos dutos apresentam níveis de conteúdo de umidade superiores ao inicial. Ainda, os perfis de conteúdo de umidade para todas as situações analisadas mostraram que, não há formação de frentes de secagem significativas nas proximidades dos dutos que compõem os quatro modelos computacionais avaliados.

Análise experimental e numérica do comportamento térmico de um coletor solar acumulador

Esta tese apresenta um estudo do comportamento térmico de um coletor solar acumulador e desenvolve uma metodologia para medir a sua eficiência diária. O coletor solar acumulador está instalado na face norte do prédio de Energia Solar da UFRGS e possui cerca de 26 m2. É constituído de uma massa espessa de concreto com uma superfície absorvente feita de tijolos, possuindo uma cobertura dupla de vidros colocada de modo a deixar um espaço para a circulação de ar. Os raios solares atravessam a cobertura de vidro e aquecem a massa absorvente de tijolo, a qual aquece o ar que é introduzido no interior da construção por efeito de termossifão. Uma das principais características do coletor solar acumulador consiste no fato de que a resposta do coletor é defasada no tempo. Este fenômeno permite que o coletor entregue calor ao ambiente mesmo após o término da radiação solar. Essa defasagem dos picos de energia térmica ocorre devido ao baixo valor da difusividade térmica do concreto. Este trabalho foi dividido em duas etapas. A primeira etapa consistiu na montagem de um calorímetro para controle e monitoração das variáveis envolvidas. No interior do calorímetro foram instaladas 36 garrafas com água. As temperaturas dos conteúdos das garrafas, do coletor solar e as radiações envolvidas foram monitoradas através de 26 sensores de temperatura de CI, 8 sensores resistivos PT100 e dois sensores de radiação fotovoltaicos. Para obter as medidas dos sensores instalados foi feita a montagem de um sistema de aquisição de dados interfaceado a um microcomputador A segunda etapa consistiu na produção de um programa computacional, escrito em linguagem Fortran 90, para simular o comportamento térmico dos diversos elementos constituintes do coletor, determinar a potência térmica do coletor solar e sua eficiência diária. Para a simulação numérica do coletor solar acumulador, adotou-se um modelo simplificado bidimensional do mesmo. Foi integrada, através do Método dos Volumes Finitos, a equação de difusão de calor transiente em 2 dimensões. Na formulação das equações lineares optou-se pelo emprego das diferenças centrais no espaço e formulação explícita no tempo. Ao todo foram produzidas 4 malhas computacionais, com distintos refinamentos e foi realizado o estudo da estabilidade numérica das diversas malhas. Através da montagem experimental obtiveram-se várias características térmicas do comportamento do sistema, entre as quais, a transmitância da cobertura, curvas de temperatura do ar fornecido ao calorímetro e curva da eficiência diária do coletor solar . Através da simulação numérica foi possível determinar a potência térmica que o coletor entrega para o laboratório, a eficiência do coletor, os campos de temperatura e a vazão mássica nos diversos canais interiores do coletor solar.

Processos de degradação e regeneração da vegetação campestre do entorno de areais do sudoeste do Rio Grande do Sul

No Sudoeste do Rio Grande do Sul ocorrem manchas de substrato arenoso sem cobertura vegetal, conhecidos regionalmente como areais. A tese reexamina o problema e suas causas, enfatizando o papel da vegetação natural e propondo estratégias para a revegetação e prevenção à arenização em sistemas pastoris. Evidências foram obtidas em levantamentos e experimento avaliando processos de degradação e regeneração da vegetação campestre do entorno de areais. Levantamento da vegetação, realizado em 41 parcelas de 4,5 x 9,0 m na borda de 11 areais indicou a existência de dois tipos de comunidades. Areais de Manoel Viana e aqueles usados pelo gado em São Francisco de Assis, com alto percentual de substrato exposto, são caracterizados principalmente por Elyonurus sp., Axonopus pressus e Butia paraguayensis. Areais de Alegrete e aqueles excluídos de pastejo em São Francisco de Assis, com menor percentual de substrato exposto, são caracterizados principalmente por Andropogon lateralis e Aristida laevis. Foi também avaliada a dinâmica da vegetação em gradientes de arenização, usando quadros (0,25 m2) contíguos em 16 transecções de 10 m localizadas em cinco areais. A dinâmica da vegetação foi associada ao uso das áreas pelo gado, pois houve aumento, após 14 meses, de substrato exposto em comunidades de areais sob pastoreio, enquanto que aquelas sem gado apresentaram uma dinâmica espacial-temporal de maior estabilidade da cobertura vegetal. Um experimento foi realizado para avaliar, durante 8 meses, o efeito de níveis controlados de soterramento por areia (0, 5, 10 e 20 cm) em comunidades do entorno de dois areais sob pastoreio. Comunidades caracterizadas por Elyonurus sp. e Axonopus pressus foram mais tolerantes ao soterramento. As evidências indicam que a exclusão do gado de areais pode ser uma alternativa eficaz para a revegetação de areais por espécies das comunidades naturais do entorno. Ademais, a arenização pode ser prevenida pelo uso adequado dos campos que mantenha a cobertura vegetal natural protegendo o solo dos processos erosivos hídrico e eólico.

New Ventures Brasil (Forum 2008) - Solari

Multinox do Brasil, empresa de tecnologia em aquecimento. Solari: Aquecedor solar termo dinâmico

Optimização de sistemas híbridos fotovoltaicos‐eólicos em zonas insulares de diversidade climática‐Arquipélago da Madeira

Nesta tese apresento um estudo detalhado sobre vários aspectos relacionados com a optimização de sistemas híbridos fotovoltaicos-eólicos em zonas insulares de diversidade climática-arquipélago da Madeira que foi desenvolvido no Laboratório Regional de Engenharia Civil e com algumas deslocações no Laboratório de Energia Solar da Universidade de Vigo entre 2002 e 2007. Foi baseado nos conhecimentos adquiridos ao longode 25 anos de prática profissional de estudo, projecto, montagem e monitorização de tecnologias solares e eólicas, para produção de electricidade em locais isolados, bem como pesquisa e análise climatológica. Como resultado final e após a criação de uma base de dados climáticos para fins energéticos, determinámos os dias característicos de radiação solar e temperatura para cada um dos doze meses do ano, nas seis estações meteorológicas estudadas. Estes dias são de grande utilidade também para a elaboração de outros estudos. Após o tratamento dos dados constatou-se que a evolução das temperaturas ao longo do ano, tanto no caso das médias como nas médias dos valores máximos e nas médias dos valores mínimos,segue uma tendência similar em todas as estações. Concluimos que, a altitude é o factor determinante nestas diferenças, de tal maneira que quanto maior for a altitude menor são, em geral, as temperaturas médias. No estudo da irradiação global constatámos que na ilha do Porto Santo há mais 4% de radiação solar que na ilha da Madeira. Já na costa norte da Madeira, mais precisamente em São Jorge a média diária mensal e anual é inferior em cerca de 16.5 % em relação ao Porto Santo. Contudo, a costa sul da Madeira apresenta valores de radiação interessantes para o aproveitamento energético. Na abordagem à produção fotovoltaica e eólica, desenvolvemos um novo conceito que relaciona a produção eléctrica por metro quadrado de terreno horizontal, referente à área dos módulos fotovoltaicos e à área de afectação dos aerogeradores. Este novo conceito permite facilmente comparar sistemas energéticos diferentes utilizando diferentes recursos energéticos, permitindo também comparar a energia eléctrica produzida com a energia solar recebida e, deste modo, extrapolar os resultados para a toda a superfície do arquipélago. Finalmente, no que diz respeito à optimização de sistemas híbridos fotovoltaicos-eólicos nas seis zonas climáticas do arquipélago da Madeira, calculámos a produção eólica diária e a produção média diária para cada um dos doze meses do ano, bem como a média anual, isto por metro quadrado de área varrida pelo rótor do aerogerador, para que os resultados se pudessem comparar com os resultados anteriormente obtidos na produção fotovoltaica, reportados também a metro quadrado de área de módulo. No que concerne à produção máxima e comparativa de sistemas (100% fotovoltaicos e 100% eólicos), estudámos várias hipóteses para que os resultados fossem os mais gerais possíveis, tendo-se chegado à conclusão de que se se relacionar a procura de energia/consumo com a produção anual do sistema híbrido, não é necessário fazer a simulação dos sub-sistemas fotovoltaicos-eólicos em tamanho real, bastando apenas conhecer a proporção exacta destes, e extrapolar os resultados obtidos em percentagem para qualquer dimensão. Da análise comparativa dos resultados da produção energética das diferentes composições percentuais fotovoltaico-eólico, podemos avaliar facilmente o grau de cobertura de energia renovável. Conhecidas as percentagens de cobertura da procura que se obtêm com energias renováveis, é possível definir com segurança as percentagens solar-eólica que oferecem as melhores opções técnicas. Em termos de optimização técnica, concluímos que o único factor que diferencia um sistema híbrido de outro, nos 6 locais estudados, é a área do módulo fotovoltaico e a área varrida pelo rótor do aerogerador. Finalmente, concluímos que os custos das instalações híbridas e do kWh renovável produzido nos locais estudados, diminuem em todos os locais ao diminuir a percentagem do sub-sistema eólico no sistema híbrido fotovoltaico-eólico, sendo o custo mais baixo reportado sempre à Instalação toda solar (100% fotovoltaica).

Modelação da interacção entre um plasma de arco de alta pressão e cátodos refractários

Nesta dissertação apresento um estudo detalhado de vários aspectos da interacção entre um plasma de arco de alta pressão e cátodos refractários. Um modelo da camada de plasma junto ao cátodo num plasma sujeito a uma pressão da ordem de uma ou várias atmosferas é reconsiderado com base em recentes resultados teóricos. A física da camada de plasma junto ao cátodo é analisada para valores da queda de tensão na camada de plasma junto ao cátodo até 50V, de acordo com recentes resultados experimentais que mostram que a queda de tensão na camada de plasma junto ao cátodo numa descarga de arco de alta pressão pode atingir valores tão elevados. São identificados os mecanismos que originam a não monotonia da dependência da densidade de fluxo de energia (proveniente do plasma para a superfície do cátodo) em relação à temperatura da superfície do cátodo, para um valor fixo da queda de tensão junto ao cátodo. Uma descrição fechada da interacção plasma-cátodo é obtida por meio da resolução numérica do problema não linear com condições de fronteira para a distribuição da temperatura no interior do corpo do cátodo. São apresentados resultados da modelação numérica da descarga difusa nas condições de funcionamento de uma lâmpada de descarga experimental, sendo bom o acordo entre os resultados numéricos e os dados experimentais. Manchas solitárias num cátodo plano infinito e modos difuso e mancha axialmente simétricos em cátodos finitos de descargas de arco de alta pressão são estudados num grande intervalo de corrente. São analisados aspectos gerais e apresentados resultados numéricos referentes a cátodos de tungsténio planos e de forma cilíndrica a operar num plasma de argon à pressão atmosférica para correntes de arco até 100 kA. Émostrado, em particular, que a temperatura da superfície do cátodo no interior de uma mancha solitária varia relativamente pouco, podendo ser estimada com uma precisão de cerca de 200 − 300K sem ser necesário resolver a equação da condução térmica no corpo do cátodo. O comportamento assimptótico das soluções para um cátodo finito no caso limite de altas correntes é encontrado e confirmado pelos resultados numéricos. É confirmado um padrão geral das características tensão-corrente de vários modos de transferência de corrente em cátodos finitos sugerido previamente com base numa análise de bifurcações. É estudada a transição de modos mancha num cátodo finito no limite de cátodos de grandes dimensões para o modo mancha solitária num cátodo plano infinito. É estabelecido que o modo mancha solitária representa uma forma limite do modo mancha de alta tensão num cátodo finito. É considerada a questão da distinção entre modo difuso e modo mancha num cátodo finito. É desenvolvida uma abordagem para o cálculo de pontos de bifurcação nos quais soluções mancha tridimensionais bifurcam-se a partir de soluções que descrevem o modo difuso e modos mancha axialmente simétricos. Em particular, é calculado o primeiro ponto de bifurcação posicionado na solução que descreve o modo difuso e, por conseguinte, o seu limite de estabilidade, isto é, a corrente abaixo da qual o modo difuso torna-se instável. São apresentados os resultados da modelação numérica efectuada para o caso de um cátodo de tungsténio de forma cilíndrica a operar num plasma de alta pressão. É estudado o efeito produzido no limite de estabilidade pelas variações dos parâmetros de controle (dimensões do cátodo, função de trabalho do material do cátodo, tipo e pressão do gás que produz o plasma). Foi encontrado que o comportamento do limite de estabilidade sujeito a estas variações está em conformidade com as tendências observadas experimentalmente. Foi encontrado que o limite de estabilidade é muito mais sensível às variações dos parâmetros de controle do que as características tensão-corrente do modo difuso, sendo o efeito mais forte produzido pelas variações das dimensões do cátodo e da função de trabalho do material do cátodo. Este resultado está em conformidade com o facto experimental de que a transição difuso-mancha é de difícil reprodução.

Sistema autónomo de alimentação para monitorização ambiental

Este projecto tem como principal objectivo a criação de sistemas autónomos de^alimentação para redes de sensores sem fios (RSSF) que prolonguem a autonomia das mesmas. Considerando que, geralmente, a alimentação das RSSF é fornecida por baterias e devido à limitação que estas impõem a nível de durabilidade e autonomia é crucial desenvolver sistemas capazes de captar e armazenar energia ambiental de modo a disponibilizá-la aos nós sensores quando estes necessitarem. Assim sendo, este projecto apresenta três protótipos cujo intuito visa prolongar a longevidade dos nós sensores. Nesta conformidade recorreu-se ao aproveitamento da energia produzida pelo sol, vento e cursos de água. Foram estudados dois protótipos solares, um com ligação directa ao elemento de armazenamento e o outro com um circuito que deve transferir o máximo de potência fornecida pela fonte. Para o aproveitamento do fluxo de ar foi desenvolvido um pequeno gerador trifásico com uma estrutura de captação de energia segundo o modelo de pás do aerogerador Savonius. As características (tensão e corrente) foram analisadas com o objectivo de poder desenvolver um circuito de controlo de carga para as baterias. O último sistema de controlo foi dirigido ao aproveitamento da água proveniente das levadas ou ribeiras. Este sistema também é composto por um pequeno gerador trifásico ao qual foi associado um sistema de pás do tipo Pelton. Este protótipo foi proposto para situações em o caudal à saída de um reservatório se mantém constante evitando desta forma, a necessidade de utilização de elementos de armazenamento de energia Todos os sistemas possuem circuitos que permitem a monitorização de variáveis fundamentais para a avaliação dos mesmos. Para a transferência de dados foi utilizada uma rede de sensores sem fios, com recurso a um rádio XBee. Estes dados são encaminhados para uma base de dados presente na estação central. Após todo o tratamento de dados, a informação é disponibilizada através de uma página da Internet.

A energia solar e a utilização racional de energia em edifícios de acordo com os regulamentos em vigor

Este projecto toma partido do Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE), tendo por base uma obrigatoriedade legal imposta a nível nacional e europeu, que funciona como um “benchmark”. Desta forma contribui-se para uma utilização racional da energia, que passa a ser encarada como uma necessidade fundamental para um futuro economicamente sustentável e mais limpo, tendo em conta que os índices de dependência energética terão que diminuir (sustentabilidade), mas com a preocupação e o cuidado de preservar o conforto térmico. O aquecimento de águas para o consumo doméstico – águas quentes sanitárias (AQS) – é nos dias que correm um bem indispensável e de utilização generalizada para a vida e bem-estar de todos nós. O RCCTE permite avaliar o impacto das necessidades de energia para AQS nas necessidades globais de energia primária, com base em parâmetros (e.g., Esolar) que foram estudados neste trabalho, para demonstrar o real impacte associado à introdução de sistemas solares térmicos. Neste trabalho a contribuição da energia solar térmica foi estudada recorrendo a um programa de cálculo desenvolvido e validado pelo autor (Matlab) e ao programa Solterm, tendo sido analisados dois casos distintos com aplicações de sistemas solares térmicos, e um estudo económico de forma a garantir a viabilidade da implementação destes sistemas.