Avaliação do binómio água-energia de um sistema de aproveitamento de águas pluviais – estudo de caso do Campus do IST no Taguspark

O crescimento demográfico das próximas décadas terá lugar principalmente nas grandes cidades, o que levantará novos desafios para os sistemas de abastecimento de água. Adicionalmente, as alterações climáticas tenderão a acentuar a intensidade de cheias e secas, forçando as entidades gestoras a relocalizar as suas captações ou optar por técnicas alternativas de tratamento da água. Deste modo, assistir-se-á a uma intensificação dos consumos energéticos associados ao abastecimento de água, e o binómio água-energia assumirá crescente importância. O recurso a sistemas descentralizados e com menores consumos energéticos pode constituir uma alternativa, dentro dos quais se enquadra o aproveitamento de águas pluviais, que pode ajudar a promover a sustentabilidade do sector a nível local, mas também reduzir a factura energética do sistema e as respectivas emissões de gases de efeito de estufa (GEE). No âmbito desta dissertação, foi desenvolvida uma ferramenta, RaINvesT, para avaliar a viabilidade da instalação de um sistema de aproveitamento de águas pluviais (SAAP), considerando usos não potáveis. Esta ferramenta foi testada no edifício universitário do Campus do Instituto Superior Técnico (IST) no Taguspark, estimando-se não só a concepção do sistema, mas também a energia incorporada por metro cúbico de água abastecida, em kWh/m3, e a emissão de GEE. Esta ferramenta inclui ainda uma análise de custo-benefício da instalação e operação do SAAP. Os resultados evidenciaram uma dependência significativa da rede pública de abastecimento para suprir as necessidades de água. No entanto, a energia incorporada por metro cúbico de água abastecida pelo SAAP revelou ser muito inferior àquela incorporada na água da rede pública de abastecimento (0,013 e 0,791 kWh/m3, respectivamente), e consequentemente também as emissões de GEE. A análise de custo-benefício revelou um baixo custo de investimento inicial, em parte devido ao facto de se aproveitarem para este SAAP os reservatórios de combate a incêndio já existentes. Foi ainda apurado um período de retorno de 12 anos, na óptica do utilizador final, não consistindo este sistema um modelo de negócio viável por parte da entidade gestora dos serviços de abastecimento de água.

Utilização da tecnologia de separação por membranas na reabilitação de sistemas de tratamento de água

Os sistemas de tratamento de água, existentes e de futuro, deverão ter em consideração diversos aspectos multidisciplinares, tais como o fenómeno de sobrepopulação, a escassez de água, a deterioração da qualidade das águas superficiais, o aumento das exigências legais e o aumento dos custos de energia. Neste sentido, os processos de separação por membranas (PSM), foram estudados para aferir acerca da sua aplicação na produção de água de elevada qualidade para consumo humano, independentemente das variações de qualidade na origem. Neste trabalho avaliou-se a qualidade da água da Albufeira de Monte Novo, concluindo-se que esta se encontra eutrofizada e com parâmetros indicadores da qualidade da água classificados com nível >A3. A linha de tratamento convencional, instalada na ETA de Monte Novo, foi avaliada perante um cenário de deterioração da qualidade da água bruta e de novos objectivos definidos para a qualidade final da água tratada. Sem a existência de uma nova etapa final de afinação, não é garantida a completa remoção de parâmetros microbiológicos (microrganismos potencialmente patogénicos, vírus, cianotoxinas) e de subprodutos da desinfecção. Foi proposta uma solução de reabilitação da linha de tratamento, que inclui um processo integrado de UF, complementado pela linha de tratamento existente, que actua como pré-tratamento. Esta solução foi analisada em termos de custos operacionais, comparativamente à solução actualmente instalada. Em comparação, o consumo energético anual da solução ETA-UF, tanto em época baixa, como em época alta, foi mais elevado, e o consumo de reagentes foi mais reduzido. Globalmente, a poupança obtida através das menores dosagens de reagentes, permitiu à solução ETA-UF diluir o efeito de um maior consumo energético, obtendo-se uma redução de 11% nos custos anuais operacionais e um custo de 0,08 €/m3 de água tratada. Tendo em conta o elevado investimento inicial na solução ETA-UF, o período de retorno foi de 6 anos, para um horizonte de projecto de 16 anos.

Aplicação do novo regime de produção distribuída de eletricidade renovável

A necessidade de reduzir a dependência energética externa de Portugal e contribuir para a mitigação das alterações climáticas, passa por uma aposta na produção de energia elétrica com origem em fontes renováveis. O elevado número de horas de Sol disponíveis e a redução dos custos dos painéis fotovoltaicos, atingindo-se a paridade em relação aos custos de compra de eletricidade pelo consumidor, tornou o aproveitamento doméstico da energia solar particularmente atraente. Nos anos recentes, face ao elevado défice tarifário, o Governo mudou a sua política de tarifas garantidas para produção de eletricidade renovável e a sua injeção na rede, substituindo-a pelo conceito de autoconsumo. Trata-se duma oportunidade estratégica que reduz o transporte de eletricidade e promove uma produção descentralizada, mas que implica um conhecimento detalhado da procura, incentivando o consumidor a gerir melhor a energia em sua casa. O presente estudo avalia a aplicação deste novo regime de produção distribuída de eletricidade renovável segundo duas abordagens. A primeira teve em conta uma amostragem muito simples dos consumos mínimos em moradias e apartamentos no Monte de Caparica, nas horas de maior produção de energia fotovoltaica. A segunda abordagem baseou-se em perfis individualizados de consumo de eletricidade para uma amostra de 19 moradias da cidade de Évora durante o ano de 2014. Foram calculados diversos parâmetros para três potências diferentes de painéis fotovoltaicos (200 Wp, 250 Wp e 500 Wp) tais como a produção fotovoltaica utilizada, poupança, gastos e período de retorno do investimento. O período de retorno teve por base preços de mercado de painéis fotovoltaicos. Os resultados obtidos permitiram identificar a melhor solução em termos de custo para cada moradia. Constatou-se que as potências dos painéis que melhor se adequavam às moradias estudadas são 250 Wp e 500 Wp com percentagens de utilização da eletricidade produzida acima dos 80%. As poupanças potenciais no consumo total de eletricidade situam-se entre os 7% e os 30% e os períodos de retorno do investimento entre os cinco e os doze anos.

Análise custo-benefício da integração de painéis solares térmicos na reabilitação de um edifício

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

Análise de chuvas intensas a partir da desagregação das chuvas diárias de Lages e de Campos Novos (SC)

O conhecimento da magnitude das chuvas intensas é de fundamental importância para a elaboração de projetos hidráulicos e gerenciamento dos recursos hídricos em engenharia, além do dimensionamento de estruturas para o controle de erosão hídrica na conservação do solo. No entanto, informações sobre a intensidade da chuva só podem ser obtidas diretamente de pluviogramas, os quais nem sempre estão disponíveis no local de estudo, sendo mais comum a presença de dados de pluviômetro (chuva de "um dia"). Nesse caso, pode-se utilizar o método que desagrega as chuvas diárias em chuvas de 24 horas de duração e menores, possibilitando, assim, estimar as intensidades correspondentes. O estudo foi desenvolvido na Universidade do Estado de Santa Catarina (UDESC), em Lages (SC), durante o primeiro semestre de 1996. Utilizaram-se séries anuais de chuvas máximas de "um dia", obtidas de pluviômetros localizados em Lages e Campos Novos (SC), durante um período de 30 anos consecutivos (1966 a 1995). Aplicou-se a distribuição estatística de Gumbel para a obtenção das alturas de chuvas em períodos de retorno de 2, 5, 10, 15, 20, 25, 50 e 100 anos e, a partir destas, o modelo de desagregação de chuvas diárias, obtendo-se as alturas máximas esperadas para tempos de duração entre 24 horas e 5 minutos e suas respectivas intensidades máximas médias. Foram obtidas as curvas intensidade-duração-freqüência (I-D-F) para os tempos de retorno selecionados, bem como suas relações matemáticas. Para Lages, a equação da família de curvas I-D-F obtida foi: I = 2050TR0,20 (T + 29,41)-0,89 e, para Campos Novos, a equação foi I = 2157TR0,17(T + 29,42) -0,89: , em que i é a intensidade máxima média (mm h-1),T a duração (minuto) e TR o período de retorno (ano) das chuvas.

Comparação entre dois métodos para a determinação do volume de escoamento superficial

A determinação do volume máximo de escoamento superficial é fundamental para o dimensionamento de diversos tipos de obras hidráulicas, constituindo o parâmetro de maior importância no projeto de sistemas de terraceamento em nível. A determinação incorreta do volume escoado superficialmente gera imprecisões no dimensionamento destes sistemas que, quando superdimensionados, apresentam elevado custo de instalação. Tendo em vista esses aspectos, o presente trabalho teve por objetivo comparar os valores de volume máximo de escoamento superficial, obtidos por meio do método empírico do número da curva, desenvolvido pelo Serviço de Conservação de Solos dos Estados Unidos, com aqueles obtidos por meio do método desenvolvido por Pruski e colaboradores, baseado em princípios consagrados na hidrologia. O desempenho dos dois métodos foi analisado com base nas condições pluviométricas correspondentes a Belo Horizonte e Uberlândia, para período de retorno de 10 anos. Evidenciaram-se grandes diferenças entre os valores de volume de escoamento superficial obtidos pelos dois métodos, as quais se mostraram mais acentuadas para maiores velocidades de infiltração de água no solo, tendo o método proposto por Pruski e colaboradores apresentado comportamento mais condizente com a realidade.

Caracterização de padrões de chuvas ocorrentes em Santa Maria (RS)

As características da chuva de uma região podem determinar a maior parte dos efeitos danosos da erosão. A variação da intensidade durante a chuva é uma dessas importantes características. Entretanto, pouco se sabe sobre os padrões de chuva ocorrentes no Brasil. Este trabalho teve como objetivos determinar os padrões das chuvas erosivas naturais verificadas em Santa Maria (RS), e estimar o período de retorno das chuvas em três padrões propostos. Pluviogramas diários foram cedidos pela Estação Central Experimental de Silvicultura e Conservação do Solo de Santa Maria, pertencente à Fepagro, compreendendo o período de 1963 a 1989 e 1991 a 1992. As chuvas foram classificadas em padrão avançado, intermediário e atrasado, de acordo com a posição do pico de máxima intensidade e, posteriormente, foi estimado o período de retorno das chuvas para cada padrão. Algumas características de interesse foram calculadas, como a intensidade média dos picos, duração das chuvas e dos picos com intensidade superior a 100 mm h-1. Das 1.193 chuvas erosivas individuais analisadas, os padrões, avançado, interme-diário e atrasado, corresponderam a 551, 295 e 347 chuvas, perfazendo 46,2; 24,7 e 29,1% do total de chuvas, respectivamente. Isso caracteriza o padrão avançado como o padrão de chuvas mais freqüente em Santa Maria. Das 79 chuvas com picos de intensidade superiores a 100 mm h-1, os padrões analisados (avançado, intermediário e atrasado) corresponderam a 45, 18 e 16 chuvas, perfazendo 8,2; 6,1 e 4,6% do total de chuvas, respectivamente. A duração média das chuvas com picos de intensidade superiores a 100 mm h-1 foi de 8 h, e a duração dos picos foi de seis min. e 50 seg. Foram calculados os períodos de retorno de 2, 5, 10, 20, 50 e 100 anos para as durações estudadas e construídas curvas de intensidade, duração e freqüência para os padrões de chuva supracitados.

Análise de modelos matemáticos aplicados ao estudo de chuvas intensas

A estimativa de chuvas intensas máximas é de grande importância para o dimensionamento de projetos agrícolas, tais como: terraços para controle de erosão, obras de barragens de terra e drenagem em solo agrícola. As chuvas são caracterizadas pela sua intensidade (mm h-1), pelo tempo de duração (min) e pelo período de retorno (anos). O modelo básico tem sido usado para determinação da intensidade de precipitação máxima diária a ser aplicada no dimensionamento de estruturas de contenção, fixando-se o período de retorno e a duração da chuva. O tempo de concentração em bacias hidrográficas, que normalmente fica entre 60 e 120 min para bacias consideradas pequenas, tem sido usado como tempo de duração na estimativa de chuvas intensas. Nesse intervalo, existem outros modelos que propiciam melhores ajustes e, conseqüentemente, maior confiabilidade na estimativa da chuva a ser usada nos dimensionamentos de estruturas de contenção. Assim, este trabalho teve como objetivo ajustar dois outros modelos para a estimativa de chuvas intensas: um exponencial e um linear, além do modelo básico. Esses modelos foram ajustados com base em dados de precipitação máxima diária anual da região de Lavras (MG), empregando-se dados de chuvas diárias do período de 1914 a 1991. Os dados foram transformados em intensidades de precipitação, com tempo de retorno variando de 2 a 100 anos e duração entre 5 e 1.440 min. Verificou-se que o modelo exponencial proposto proporcionou melhores ajustes, com menores erros na estimativa, para chuvas variando de 5 a 240 min, sendo, portanto, recomendável a bacias em que o tempo de concentração se enquadre nesta faixa de tempo; o modelo básico mostrou-se mais aplicável a bacias em que o tempo de duração seja maior que 240 min, enquanto o modelo linear não se mostrou confiável para a estimativa de chuvas intensas.

Erosividade da chuva: distribuição e correlação com a precipitação pluviométrica de Teodoro Sampaio (SP)

Foram separadas 812 chuvas individuais consideradas erosivas de uma série contínua de 19 anos de registros de dados pluviográficos. As chuvas selecionadas foram cotadas, digitalizadas e, posteriormente, analisadas pelo programa desenvolvido por Cataneo et al. (1982). O fator erosividade da chuva, expresso pelo parâmetro EI30 médio anual calculado, foi de 7.172 MJ mm ha-1 h-1 ano-1, fator esperado no local pelo menos uma vez a cada 2,33 anos, com uma probabilidade de ocorrência de 42,9 %. Os valores anuais de erosividade de Teodoro Sampaio, esperados nos períodos de retorno de 2, 5, 10, 20, 50 e 100 anos, foram, respectivamente, de 6.831, 8.666, 9.877, 11.046, 12.546 e 13.675 MJ mm ha-1 h-1 ano-1. No semestre de outubro a março, ocorreu 74,0 % da erosividade anual, sendo 45,7 % de dezembro a fevereiro. Observou-se elevada correlação entre o parâmetro EI30 médio mensal e o coeficiente de chuva (P²/P). Portanto, a equação de regressão determinada permite que seja estimado, com boa margem de segurança, o fator R para outros locais que não disponham de dados pluviográficos, mas que, entretanto, tenham dados pluviométricos e condições climáticas semelhantes às de Teodoro Sampaio (SP).

Importantes características de chuva para a conservação do solo e da água no município de São Manuel (SP)

Os modelos matemáticos preditivos da erosão do solo, como a Equação Universal de Perda de Solo (EUPS), são de muita valia no planejamento de uso agrícola da terra. Tal equação, desenvolvida para estimar as perdas médias anuais de solo esperadas em dado local, para determinado sistema de manejo, apresenta como variáveis os fatores erosividade da chuva (R), erodibilidade do solo (K), comprimento do declive (L), grau do declive (S), cobertura e manejo (C) e práticas conservacionistas de suporte (P). Com o objetivo de contribuir para o planejamento conservacionista de uso do solo local, foi estimado, de forma simplificada, o fator erosividade da chuva (R) da EUPS para o município de São Manuel (SP), para uma série pluviométrica contínua de 49 anos de dados de chuva diária. Além disso, foram também calculados o período de retorno, a freqüência de ocorrência dos índices de erosividade anuais e as quantidades máximas diárias das chuvas necessárias para o dimensionamento mais adequado de canais de terraços agrícolas em nível. O valor calculado do fator R foi de 7.487 MJ mm ha-1 h-1 ano-1, esperado ocorrer no local, pelo menos, uma vez a cada 2,33 anos, com uma probabilidade de 42,92 %. Observou-se uma concentração de 81,48 % do valor total deste fator no semestre de outubro a março, indicando que, potencialmente, as maiores perdas anuais de solo por erosão são esperadas neste período. Os valores anuais do índice EI30, esperados para os períodos de retorno de 2, 5, 10, 20, 50 e 100 anos, foram de 7.216, 8.675, 9.641, 10.568, 11.768 e 12.667 MJ mm ha-1 h-1 ano-1, respectivamente. Com relação às quantidades máximas de chuva diária, para os mesmos períodos de retorno, os valores foram de 73, 98, 115, 131, 151 e 167 mm, respectivamente.

Erosividade e características hidrológicas das chuvas de Rio Grande (RS)

As características específicas das chuvas variam entre regiões, e o conhecimento da sua potencialidade em causar erosão é necessário para planejar atividades agrícolas e de engenharia civil. Para a localidade de Rio Grande (RS), foi determinada a erosividade e sua relação com a precipitação e o coeficiente de chuva, os padrões hidrológicos e o período de retorno das chuvas. Utilizaram-se dados pluviográficos de 23 anos de Rio Grande. Para cada chuva erosiva, foram separados os segmentos do pluviograma com a mesma intensidade e registrados os dados em planilha. Com o programa Chuveros foram calculados a erosividade mensal, anual e média pelo índice EI30 no Sistema Internacional de Unidades e os padrões hidrológicos das chuvas. Os valores médios mensais da precipitação e do índice de erosividade foram expressos como percentagens do valor médio anual da precipitação e do índice de erosividade, respectivamente, a fim de obter a curva de distribuição acumulada da precipitação e do índice de erosividade em função do tempo. O coeficiente de chuva (Rc) foi calculado. Foram realizadas correlações de Pearson e regressões lineares simples entre o índice de erosividade EI30 e os valores médios anuais de precipitação e de coeficiente de chuva. O período de retorno foi calculado para 2, 5, 10, 20, 50 e 100 anos. O valor médio anual da erosividade das chuvas com base no índice EI30 para o Rio Grande foi de 5.135 MJ mm ha-1 h-1, valor que representa o Fator "R" da Equação Universal de Perdas de Solo (USLE). As equações de regressão entre EI30 e precipitação e coeficiente de chuva não foram significativas. Em relação ao total das chuvas, 32,6 % do número e 99,3 % do volume foram erosivos. Do número total das chuvas erosivas, 45,6 % foram do padrão hidrológico avançado, 25,6 % do intermediário e 28,7 % do atrasado, ao passo que, do volume total das chuvas erosivas, 47,8 % foram do padrão avançado, 28,0 % do intermediário e 24,2 % do atrasado. Da erosividade anual, 49,1 % correspondeu a chuvas do padrão avançado, 28,9 % a chuvas do padrão intermediário e 22,1 % a chuvas do padrão atrasado. O método da distribuição extrema tipo I foi adequado para obter as curvas de intensidade-duração-frequência. Os períodos de retorno da chuva podem ser calculados por meio das equações, utilizando os valores dos parâmetros encontrados, ou pelos gráficos das curvas de intensidade-duração-frequência.

Estudo de viabilidade econômica na cultura da noz-macadâmia no Brasil

A cultura da macadâmia destaca-se como atividade promissora com vistas ao mercado externo. O Brasil está em 6º lugar na produção mundial, com cerca de 3% da produção. Há uma demanda crescente pelo produto, o que vem atraindo a atenção de investidores neste ramo do agronegócio. Um dos gargalos da macadamicultura é o elevado período de retorno do capital, sendo importante para o desenvolvimento da atividade o conhecimento do custo de produção e da lucratividade do investimento. Objetivou-se, neste trabalho, fazer um levantamento da situação da cultura no Brasil e da viabilidade econômica da atividade. Foi realizada uma estimativa dos custos de produção entre os principais produtores e exportadores do País. Levou-se em consideração os indicadores econômicos: Valor Presente Líquido (VPL), Taxa Interna de Retorno (TIR), Pay-back e Pay-back descontado. Os resultados indicam que a cultura da macadâmia é uma atividade viável e que o sucesso do investimento depende da qualidade do produto.

Metodologia para obtenção do hidrograma de escoamento superficial em encostas e canais. Parte II: modelo computacional e análise de sensibilidade

Estimativas de vazão máxima de escoamento superficial são necessárias para o projeto de obras hidráulicas em bacias urbanas e rurais. A dificuldade em aplicar os procedimentos disponíveis para calcular a variação do escoamento superficial com o tempo e de seu valor máximo deve-se à inexatidão dos métodos usados para esse objetivo e à variabilidade nos resultados que podem ser obtidos por profissionais que usem o mesmo procedimento. Dessa forma, a investigação de um método que produza estimativas confiáveis da vazão máxima e do hidrograma de escoamento superficial é de grande interesse. Neste trabalho, desenvolveu-se e avaliou-se a sensibilidade de um software (HIDROGRAMA 2.1) que permite a obtenção do hidrograma de escoamento superficial, da vazão máxima e seu tempo de ocorrência, da altura e da velocidade máximas do escoamento, do volume e da lâmina de escoamento superficial em encosta e em canais. O modelo apresentou grande sensibilidade ao período de retorno, à taxa de infiltração estável e ao comprimento da encosta e do canal.

Viabilidade econômica do investimento em plataformas de colhedoras de milho em espaçamento reduzido

Com o objetivo de avaliar a relação custo/benefício da adoção de espaçamento reduzido na cultura do milho em relação à aquisição de uma plataforma específica para a colheita mecanizada de grãos, foi realizado um estudo considerando as diferentes variáveis que interferem no investimento. Para tal, foi confeccionado um fluxo de caixa diferencial. Foram calculados com base no fluxo de caixa os indicadores de viabilidade econômica Valor Presente Líquido (VPL), Período de Retorno do Capital (PRC) e Taxa Interna de Retorno (TIR). Fez-se, ainda, a análise de sensibilidade sobre o VPL para variações no aumento da produtividade. Os VPLs encontrados ficaram entre R$ -32.157,00 e R$ 484.022,00. O PRC variou de 1,74 a 17,13 anos, e a TIR de -0,70 a 55,04%. A viabilidade depende, basicamente, do tamanho da área, nível tecnológico do produtor e ganhos de produtividade com a adoção do espaçamento reduzido.

Estimativas de chuvas intensas para o Estado de Goiás

A ausência de estações pluviográficas e de séries históricas longas, tem levado os Engenheiros à utilização de metodologias que permitam expressar a relação intensidade-duração-freqüência de precipitações críticas. Com o objetivo de estimar as alturas de chuvas intensas, associadas a uma duração e freqüência, desenvolveu-se uma rotina computacional para ajustar os parâmetros do modelo de Bell para alguns municípios do Estado de Goiás. Para tal, empregaram-se séries históricas de precipitações diárias e de relações intensidade-duração-freqüência disponíveis para alguns municípios. Determinou-se, também, a relação entre a precipitação de 60 minutos e 1 dia de duração, para um período de retorno de dois anos. As informações geradas neste trabalho foram regionalizadas, permitindo a geração de mapas temáticos, visando a estimar a altura precipitada-duração-freqüência para as localidades desprovidas de registros. Para os municípios estudados, o modelo de Bell se ajustou-se perfeitamente, apresentando alternativa interessante na obtenção das alturas de chuvas intensas a partir de séries curtas. A reconstrução do modelo de Bell a partir da regionalização dos parâmetros ajustados permitiu a ampliação das equações que expressam a relação entre a precipitação máxima para diferentes durações e o período de retorno com baixos valores no erro-padrão da estimativa.