Rainfall erosivity and rainfall return period in the experimental watershed of Aracruz, in the coastal plain of Espirito Santo, Brazil

Knowledge on the factors influencing water erosion is fundamental for the choice of the best land use practices. Rainfall, expressed by rainfall erosivity, is one of the most important factors of water erosion. The objective of this study was to determine rainfall erosivity and the return period of rainfall in the Coastal Plains region, near Aracruz, a town in the state of Espírito Santo, Brazil, based on available data. Rainfall erosivity was calculated based on historic rainfall data, collected from January 1998 to July 2004 at 5 min intervals, by automatic weather stations of the Aracruz Cellulose S.A company. A linear regression with individual rainfall and erosivity data was fit to obtain an equation that allowed data extrapolation to calculate individual erosivity for a 30-year period. Based on this data the annual average rainfall erosivity in Aracruz was 8,536 MJ mm ha-1 h-1 yr-1. Of the total annual rainfall erosivity 85 % was observed in the most critical period October to March. Annual erosive rains accounted for 38 % of the events causing erosion, although the runoff volume represented 88 % of the total. The annual average rainfall erosivity return period was estimated to be 3.4 years.

A bivariate return period based on copulas for hydrologic dam design: accounting for reservoir routing in risk estimation

A multivariate analysis on flood variables is needed to design some hydraulic structures like dams, as the complexity of the routing process in a reservoir requires a representation of the full hydrograph. In this work, a bivariate copula model was used to obtain the bivariate joint distribution of flood peak and volume, in order to know the probability of occurrence of a given inflow hydrograph. However, the risk of dam overtopping is given by the maximum water elevation reached during the routing process, which depends on the hydrograph variables, the reservoir volume and the spillway crest length. Consequently, an additional bivariate return period, the so-called routed return period, was defined in terms of risk of dam overtopping based on this maximum water elevation obtained after routing the inflow hydrographs. The theoretical return periods, which give the probability of occurrence of a hydrograph prior to accounting for the reservoir routing, were compared with the routed return period, as in both cases hydrographs with the same probability will draw a curve in the peak-volume space. The procedure was applied to the case study of the Santillana reservoir in Spain. Different reservoir volumes and spillway lengths were considered to investigate the influence of the dam and reservoir characteristics on the results. The methodology improves the estimation of the Design Flood Hydrograph and can be applied to assess the risk of dam overtopping

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.

Reabilitação térmica e energética de edifício antigo: aplicação ao antigo edifício dos CTT em Coruche

O estudo desenvolvido no presente documento teve como alvo um edifício antigo construído entre 1930 e 1940 no concelho de Coruche, com construção característica da sua época. Numa fase inicial analisou-se de que forma se comporta o edifício em termos térmicos e energéticos, com base nas metodologias de cálculo apresentadas pelo regulamento térmico em vigor (RCCTE, 2006), e de seguida foram analisadas várias soluções existentes para a reabilitação térmica e energética do edifício que poderá ser concretizada, essencialmente devido às soluções para isolamento térmico das paredes, pavimentos e cobertura, assim como devido às soluções para vidros e caixilharia dos vãos envidraçados. Numa fase posterior, foi estudada a aplicação isolada das várias soluções de reabilitação consideradas, tendo sido simulada a aplicação de várias espessuras de isolante para as soluções da envolvente opaca e vários tipos de vidro duplo e caixilharia para as soluções da envolvente envidraçada, de forma a perceber-se a implicação que cada uma tem quanto à variação das necessidades energéticas do edifício. Por fim, foram calculados os custos de aplicação das várias soluções estudadas, com auxílio de um software de orçamentação, de forma que estas possam ser comparadas em termos da relação custo/benefício, em que, o benefício de cada solução será a variação provocada nas necessidades energéticas do edifício com aplicação da mesma. Assim, procurará encontrar-se para o edifício em estudo não só as soluções mais vantajosas em termos energéticos mas também as mais rentáveis, e procurará perceber-se se um investimento numa intervenção de reabilitação deste género conduzirá a um período de retorno do investimento reduzido, que possa ser considerado aceitável.

Estudo comparativo de sistemas em aquecimento

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Otimização energética na empresa Simoldes Plásticos S.A.

Mestrado em Engenharia Química - Ramo Optimização Energética na Indústria Química

Estudo de uma instalação de climatização adiabática

Esta dissertação teve como objetivo o estudo de uma central de climatização adiabática, que tem como finalidade controlar a temperatura e a humidade de um salão com equipamentos de torcedura e de bobinagem, pertencente à Continental - ITA. Foi realizado um levantamento de dados relativamente à temperatura e humidade interior e exterior do referido salão. Verificou-se que estes parâmetros não estavam dentro dos valores ótimos desejados, 26 ± 1˚C e 50 ± 5%, e por isso foi necessário estimar as necessidades nominais de arrefecimento. Este valor foi determinado a partir do Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE), obtendo-se o valor de 79 kWh/m2.˚C. No sentido de avaliar se as centrais de climatização instaladas no salão em estudo satisfaziam estas necessidades, calcularam-se as suas capacidades de arrefecimento obtendo-se um valor máximo de 64 kWh/m2.˚C. Paralelamente a este estudo, foi calculada a eficiência de humidificação para cada central nos meses de março e setembro. Os valores obtidos foram oscilantes obtendo-se um valor máximo de 100% em setembro. Este fato deve-se à temperatura exterior neste mês ser mais alta e, por consequência, a eficiência de humidificação da central é maior, pois a quantidade de água que o ar pode conter na sua composição é também mais elevada. Com o objetivo de colmatar a diferença entre as necessidades nominais de arrefecimento e a capacidade de arrefecimento das centrais, foram analisadas algumas soluções que, a serem implementadas, poderiam ajudar na poupança energética. Uma dessas soluções era a substituição do sistema atual de humidificação por um sistema mais eficiente de alta pressão. Com o estudo económico deste investimento obteve-se um período de retorno de dois anos. Foram ainda apresentados mais dois investimentos onde foi alterado o sistema de controlo automático existente, obtendo-se para um, dois anos de período de retorno e para o outro três anos e meio.

Acção do vento em pontes: estudo comparativo RSA/NP EN 1991-1-4

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização em Estruturas

Auditoria energética às unidades de cogeração e central térmica

A tese de mestrado teve como objetivo o estudo e análise do funcionamento das centrais de cogeração e térmica da fábrica da Unicer em Leça do Balio, com o intuito de melhorar a sua eficiência, propondo alterações processuais. O trabalho realizado consistiu no reconhecimento das instalações, seguido da formulação e resolução dos balanços de energia globais. Com o acompanhamento diário do funcionamento foi possível propor melhorias sem custos que se revelaram muito benéficas, registando-se um aumento nas recuperações térmicas e por consequência no Rendimento Elétrico Equivalente (R.E.E.), na eficiência da instalação da cogeração e da central térmica. Na cogeração registou-se um aumento de 36,2% na potência recuperada em água quente, aproximadamente 600 kW, sendo já superior à prevista pelo projeto. Na caldeira recuperativa registou-se um ligeiro aumento de 4,0% na potência recuperada. Deste modo o rendimento térmico da central aumentou 6,4%, atingindo os 40,8% e superando os 40,4% projetados. O rendimento global final foi de 83,1% o que representa um aumento de 6,3%. O R.E.E. em Maio de 2014 foi de 76,3%, superior ao valor em Junho de 2013 em 8,7%. Tendo como referência o valor alvo de 70,5% para o R.E.E. apontado no início do estágio, nos últimos 8 meses o seu valor tem sido sempre superior e em crescimento. Existe ainda a possibilidade de aproveitar a energia térmica de baixa temperatura que está a ser dissipada numa torre de arrefecimento, no mínimo 40 kW, num investimento com um período de retorno de investimento máximo de 8,1 meses. Na central térmica registou-se um aumento do rendimento para a mesma quantidade de energia produzida na central, pois esta é a principal variável do processo. Em 2014 a produção de energia apresentou um valor inferior a 2013, 6,9%, e a eficiência registou um acréscimo de 2,0%. A incorporação de biogás na alimentação de combustível à caldeira bifuel não pareceu comprometer significativamente a eficiência da central térmica, pelo que a sua utilização é benéfica. Com o aumento das recuperações térmicas na central de cogeração foram estimadas poupanças de gás natural equivalentes a 3,3 GWh, o que significa 120.680€ economizados nos últimos 11 meses do trabalho. É esperado uma poupança de 18.000€ mensais com a melhoria do funcionamento obtida nas duas centrais.

Estudo e Projeto de uma variante urbana no Concelho de Cinfães

A criação de infraestruturas passa pela construção de estradas que ligam pontos estratégicos, permitindo acesso a bens e serviços, de forma cómoda e segura. No desenvolvimento deste trabalho é abordado o estudo e projeto de uma variante urbana no concelho de Cinfães, nas especificidades de traçado, pavimentos e sinalização. Inicia-se por uma apresentação sobre o trabalho, os objetivos, estrutura e metodologia utilizada na sua elaboração. São apresentados os softwares utilizados, como editores de imagem (Google Earth, Microsoft ICE e Caesium) que permitem obter e trabalhar imagens panorâmicas, o Civil 3D que possibilita a realização ágil de um projeto de vias, e o Alize-LCPC que determina as caraterísticas de dimensionamento de um pavimento flexível. São apresentados os estudos necessários para a construção da variante em questão passando pela localização da via, o trabalho sobre o levantamento topográfico fornecido pela Câmara Municipal, condicionantes de traçado e serviços afetados. Posteriormente, são abordados alguns conceitos teóricos como geometria do traçado, velocidade, tráfego e visibilidade. Descrevem-se as caraterísticas geométricas de infraestruturas rodoviárias a conhecer anteriormente à realização de um projeto de execução de uma via, como o traçado em planta (alinhamentos retos, curvas, raios, sobreelevação, sobrelargura), perfil longitudinal (trainéis, inclinações, concordâncias verticais) e perfil transversal (faixa de rodagem, bermas, valetas e taludes). É realizada ainda uma apresentação sobre os elementos integrantes de uma plataforma rodoviária e passeio, os seus critérios de dimensionamento, como caraterização do tráfego, temperaturas de serviço e deformações, assim como os elementos teóricos para o estudo de drenagem (período de retorno, precipitação e tipos de dispositivos). São ainda apresentadas as caraterísticas gerais de um projeto de sinalização e segurança, enunciando as marcas rodoviárias e a sinalização vertical. Termina-se apresentando as soluções encontradas e os meios utilizados, para a elaboração do projeto de uma via nova, alargamento de via existente e requalificação de pavimento de um troço de ligação à EN222, expondo ainda as conclusões obtidas na realização do projeto com propostas para desenvolvimento futuros.

Efficiency of Gumbel analyses for determining extreme daily precipitation in Switzerland

Gumbel analyses were carried out on rainfall time-series at 151 locations in Switzerland for 4 different periods of 30 years in order to estimate daily extreme precipitation for a return period of 100 years. Those estimations were compared with maximal daily values measured during the last 100 years (1911-2010) to test the efficiency of these analyses. This comparison shows that these analyses provide good results for 50 to 60% locations in this country from rainfall time-series 1961-1990 and 1980-2010. On the other hand, daily precipitation with a return period of 100 years is underestimated at most locations from time-series 1931-1960 and especially 1911-1940. Such underestimation results from the increase of maximal daily precipitation recorded from 1911 to 2010 at 90% locations in Switzerland.

Duration-frequency relationships of heavy rainfall in Santa Catarina, Brazil

The purpose of this study was to adjust equations that establish relationships between rainfall events with different duration and data from weather stations in the state of Santa Catarina, Brazil. In this study, the relationships between different duration heavy rainfalls from 13 weather stations of Santa Catarina were analyzed. From series of maximum annual rainfalls, and using the Gumbel-Chow distribution, the maximum rainfall for durations between 5 min and 24 h were estimated considering return periods from 2 to 100 years. The data fit to the Gumbel-Chow model was verified by the Kolmogorov-Smirnov test at 5 % significance. The coefficients of Bell's equation were adjusted to estimate the relationship between rainfall duration t (min) and the return period T (y) in relation to the maximum rainfall with a duration of 1 hour and a 10 year return period. Likewise, the coefficients of Bell's equation were adjusted based on the maximum rainfall with a duration of 1 day and a 10 year return period. The results showed that these relationships are viable to estimate short-duration rainfall events at locations where there are no rainfall records.

Erosivity of rainfall in Lages, Santa Catarina, Brazil

The erosive capacity of rainfall can be expressed by an index and knowing it allows recommendation of soil management and conservation practices to reduce water erosion. The objective of this study was to calculate various indices of rainfall erosivity in Lages, Santa Catarina, Brazil, identify the best one, and discover its temporal distribution. The study was conducted at the Center of Agricultural and Veterinary Sciences, Lages, Santa Catarina, using daily rainfall charts from 1989 to 2012. Using the computer program Chuveros , 107 erosivity indices were obtained, which were based on maximum intensity in 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 135, 150, 165, 180, 210, and 240 min of duration and on the combination of these intensities with the kinetic energy obtained by the equations of Brown & Foster, Wagner & Massambani, and Wischmeier & Smith. The indices of the time period from 1993 to 2012 were correlated with the respective soil losses from the standard plot of the Universal Soil Loss Equation (USLE) in order to select the erosivity index for the region. Erosive rainfall accounted for 83 % of the mean annual total volume of 1,533 mm. The erosivity index (R factor) of rainfall recommended for Lages is the EI30, whose mean annual value is 5,033 MJ mm ha-1 h-1, and of this value, 66 % occurs from September to February. Mean annual erosivity has a return period estimated at two years with a 50 % probability of occurrence.

Calibration and application of the MN2D dynamics model to the avalanches of Las Leñas (Argentina)

During the winters of 1999 and 2000 large avalanches occurred in the ski resort of Las Leñas (Los Andes, Mendoza, Argentina). On 8 September 1999 an avalanche of new, dry snow ran over a path with a 1000 m vertical drop. On 30 June and on 1 July 2000 five avalanches of similar vertical drop, which start with new snow, entrained very wet snow during their descent, and evolved into dense snow avalanches. To use the MN2D dynamics model correctly, calibration of model parameters is necessary. Also, no previous works with the use of dynamics models exist in South America. The events used to calibrate the model occurred during the winters of 1999 and 2000 and are a good sample of the kind of avalanches which can occur in this area of the Andes range. By considering the slope morphology and topography, the snow and meteorological conditions and the results of the model simulations, it was estimated that these avalanches were not extreme events with a return period greater than one hundred years. This implies that, in natural conditions, bigger, extreme avalanches could happen. In this work, the MN2D dynamics model is calibrated with two different avalanches of the same magnitude: dry and wet. The importance of the topographic data in the simulation is evaluated. It is concluded that MN2D dynamics model can be used to simulate dry extreme avalanches in Argentinean Andes but not to simulate extreme wet avalanches, which are much more sensitive to the topography.