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Avaliação do potencial passível de conversão em energia elétrica das correntes na plataforma continental sul brasileira
(2013) Kirinus, Eduardo de Paula; Marques, Wiliam Correa
O contínuo crescimento da população mundial aumenta a demanda e a competição por energia, colocando grande esforço sobre as fontes de energia não renováveis existentes. Devido a isso, políticas globais para geração de energias renováveis e menos poluentes estão sendo fortalecidas, além de promoverem o desenvolvimento de novas tecnologias. Várias formas de conversão de energia foram desenvolvidas no decorrer dos anos, com destaque para os conversores de energia das correntes a base de turbinas, que demonstram alta capacidade de conversão energética e já se encontram em funcionamento. O modelo tridimensional TELEMAC3D foi utilizado para a investigação dos processos hidrodinâmicos. Este modelo foi acoplado ao módulo de conversão de energia para as análises nos locais de maior viabilidade e conversão energética na Plataforma Continental do Sul do Brasil. A região de estudo demonstrou possuir duas regiões com alto potencial para a exploração da energias das correntes marinhas, entretanto a região mais viável para a instalação de conversores de corrente é a região norte delimitada entre o Farol da Conceição e o Farol da Solidão, podendo atingir potência média de 10kW=Dia, e alcançando valores integrados de 3:5MW=Ano. Através de uma análise da sazonalidade foram observados, durante a primavera os períodos mais energéticos em ambas as regiões estudadas. As maiores intensidades de conversão de energia foram estimadas com variabilidade temporal de 16 dias, demonstrando alta correlação com eventos associados à passagem de frentes meteorológicas na região. O sítio da região norte, com a presença de barreiras que representam a forma dos conversores, se destaca mantendo boa conversão durante os eventos de ótimo potencial energético. Esta melhora se deve ao efeito de intensificação do campo de correntes associado à presença da estrutura física que otimiza a eficiência do sítio. Não foram observadas diferenças significativas no padrão de variabilidade temporal das simulações estudadas, indicando que a presença das barreiras não induz grandes alterações no padrão temporal da conversão de energia nas escalas temporais analisadas neste trabalho. Os eventos de alta geração de energia foram relacionados a incidência de fortes ventos de quadrante sul e norte, indicando que pelo formato e disposição dos conversores, ventos de sudoeste e norte podem favorecer ótimos eventos de conversão de energia. As simulações dos sítios de conversão demonstraram alta capacidade de geração energética, com quatro eventos de extrema geração de energia. Entretanto, o sítio da região norte demonstrou eficiência superior a 59,39 GWh ao ano, equivalendo a 0.22% do consumo energético do estado do Rio Grande do Sul no ano de 2010.
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Diagnóstico da qualidade da água monitorada pelo Porto de Rio Grande -RS conforme condicionantes de legislação ambiental
(2021) Correia, Sandra; Kirinus, Eduardo de Paula
O estuário da Lagoa dos Patos está inserido em uma região extremamente dinâmica e possui em seu entorno a cidade de Rio Grande e um dos portos marítimos de maior importância da América Latina. Frente a isto, essa região deve ser monitorada frente a possíveis ações poluentes em relação à legislação ambiental vigente. Sendo assim, o presente trabalho objetivou obter um diagnóstico ambiental da qualidade da água do estuário da Lagoa dos Patos, além de estimar parâmetros tróficos e analisar o atual enquadramento legislativo ambiental dos dados analisados. Foram consideradas 3 linhas de base, a primeira na caracterização do corpo hídrico “referência” e as outras após o Licenciamento Ambiental. A metodologia considerou uma comparação dos dados obtidos e suas conformidades com a legislação vigente. O cálculo do índice de estado trófico considerou o zoneamento portuário existente. Avaliando os parâmetros obtidos, foi possível observar que dentre as diversas medições de monitoramento anual, as concentrações alcançadas para a série nitrogenada e fósforo total estavam acima do estabelecido pela Resolução no 357 do Conselho Nacional de Meio Ambiente. Os resultados não se enquadraram dentro dos requisitos das classes 1 e 2 simultaneamente, sendo que os parâmetros mais divergentes são: nitrogênio amoniacal, nitrato, demanda bioquímica de oxigênio e fósforo total. Este quadro indica que o uso predestinado das águas não atende os padrões pré-estabelecidos. Foi possível ainda observar que desde o início da caracterização das águas da Lagoa dos Patos em 1996 e 1997, o corpo de água continua com nível de trofia “hipereutrófico”, e nitrogênio amoniacal, acima do previsto em legislação.
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Estimativa do transporte longitudinal de sedimentos a partir da modelagem de ondas para a Costa Brasileira
(2019) Trombetta, Thaísa Beloti; Marques, Wiliam Correa; Kirinus, Eduardo de Paula
A ocorrência de mudanças morfológicas nos ambientes costeiros é decorrente da interação dos processos terrestres, oceânicos e atmosféricos. A mobilidade dos sedimentos, transportada pe- los efeitos constantes das ondas, correntes litorâneas, marés e ventos, resulta em processos de acreção e/ou erosão praial. A falta de planejamento e gestão com relação ao transporte de sedimentos ao longo da costa, seja por causas naturais ou antropogênicas, pode alterar a curto ou longo prazo o equilíbrio existente em regiões costeiras, ocasionando ou acelerando processos erosivos e resultando em prejuízos econômicos e ambientais. Inserido neste contexto, o presente trabalho tem como finalidade identificar as médias anuais do transporte de sedimentos ao longo de toda a costa brasileira, a direção dominante da deriva litorânea e a sua variabilidade espaço- temporal. Para isso, foi considerada a modelagem de ondas geradas por vento, utilizando o modelo Tomawac (pertencente ao consórcio open Telemac-Mascaret), para um período de 37 anos (1979 a 2015), além de quatro metodologias para o cálculo do transporte sedimentar. Para a análise de variabilidade espaço-temporal foi aplicada a análise de ondaletas, relacionando o efeito dos ciclos de curto e longo período sobre o comportamento do transporte longitudinal de sedimentos. Os resultados mostraram que três metodologias aplicadas nos cálculos se mos- traram satisfatórias, e apenas uma superestimou os resultados, sendo considerada inadequada em todos os trechos. As maiores taxas calculadas para o transporte longitudinal de sedimentos ocorreram na Região Nordeste, destacando-se o trecho entre Pina (Pernambuco) e Piaçabuçu (Alagoas), com médias de até 844 320 m3 ano−1 . Além disso, destaca-se os pontos em Maraú e Ilhéus, ambos na Bahia, com médias de aproximadamente 650 000 m3 ano−1 . Por outro lado, as menores médias ocorreram em Meia Praia (Santa Catarina), com 13 497 m3 ano−1 , seguida por Mucurí (Bahia), com 22 577 m3 ano−1 , e Ilha Comprida (São Paulo), com 24 067 m3 ano−1 . Em relação ao efeito dos ciclos de variabilidade no transporte sedimentar, foi observado que na Região Nordeste, os ciclos anuais e interanuais resultaram mais frequentes e energéticos que na Região Sul, onde os ciclos de período curto apresentaram importância similar aos ciclos mais longos, durante os 37 anos do estudo. Entretanto, no contexto global da análise, os ciclos de longo período são mais significativos para o transporte longitudinal de sedimentos, por se tratar de um processo que ocorre a longo prazo. Desta forma, o presente estudo contribui com informações sobre o transporte longitudinal de sedimentos, destacando-se as médias anuais e a deriva dominante. Além disso, questões importantes relacionadas à influência dos ciclos de variabilidade na região de estudo são discutidas, ressaltando a importância dos eventos de mais longo período para o controle do transporte sedimentar no litoral brasileiro. Ademais, tais informações podem ser consideradas em projetos futuros, que envolvem a gestão e o manejo sustentável das zonas costeiras, possibilitando uma identificação preliminar do movimento dos sedimentos ao longo de toda a costa brasileira.
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Estudo Numérico de Conversão da Energia Cinética das Correntes Marinhas em Energia Elétrica na Plataforma Continental Sul-Sudeste Brasileira
(2017) Kirinus, Eduardo de Paula; Marques, Wiliam Correa
Energias renováveis de fontes marinhas já apresentam potencial possível de exploração, tornando determinante o inicio de estudos e investigações sobre taxas de conversão de energia, bem como dos impactos hidrodinâmicos e morfodinâmicos em longo prazo. Ondas e correntes oceânicas estão sendo pesquisadas ao redor do mundo como possíveis fontes de energia. Descobertas recentes relatam que em lugares energeticamente viáveis, os estudos estão focados em impactos locais, desconsiderando as variações de longo prazo. Este estudo demonstra a importância de se avaliar recursos energéticos através de simulações de longo período, para aumentar o conhecimento sobre os processos de varia-bilidade espacial e temporal que controlam o padrão dinâmico de locais viáveis para a implantação de energias renováveis oceânicas. O principal objetivo deste trabalho é encontrar locais próximos a região costeira da Plataforma Continental Sul-Sudeste Brasileira, que sejam viáveis para a exploração da energia das correntes e ondas, além de avaliar os impactos hidrodinâmicos e morfodinâmicos de longo período. Os modelos hidrodinâmico TELEMAC-3D e espectral de ondas TOMAWAC foram utilizados para o período de 10 anos, entre os anos de 2003 e 2012, para a acessar a viabilidade de ondas e correntes. O modelo morfodinâmico SISYPHE acoplado ao modelo TELEMAC-3D também foi utilizado para o mesmo período em abordagem de cenários, com e sem a presença dos sítios de tur-binas para realizar as comparações dos impactos ambientais. Fontes de alta intensidade das correntes e altura de ondas foram encontradas em cinco localidades na costa da Plataforma Continental Sul do Brasil e Plataforma Continental Sudeste do Brasil, onde foram subsequentemente analisados para a frequência de ocorrência, análise de variabilidade em relação a meses e estações do ano, assim como, variabilidade espacial e temporal. Os resultados apontaram que a energia renovável provinda das cor-rentes oceânicas possui maior estabilidade para a conversão na Plataforma Continental Sul do Brasil, enquanto que para as ondas, as melhores condições encontradas foram na Plataforma Continental Su-deste do Brasil. As estações mais fracas para a conversão energética foram o outono e o verão, para correntes e ondas respectivamente, com variação entre as estações dominantes. A variabilidade das ondas demonstrou grande correlação com a dinâmica atmosférica em relação a passagem de sistemas frontais, em oposição às correntes que foram principalmente forçadas pelo fluxo local dirigido por vento. Através destes resultados, regiões viáveis para as correntes na região costeira da Plataforma Continental Sul-Sudeste Brasileira foram reduzidas e limitadas através da definição de cinco critérios como batimetria, proximidade com a costa, frequência de altas intensidades de velocidade, variabi-lidade sazonal e mensal. Sítios de turbinas foram adicionados ao módulo de conversão de energias acoplado ao modelo hidrodinâmico para que as mudanças impactantes do fluxo, devido a conversão, fossem desenvolvidas corretamente. Os resultados demonstraram que nos três locais selecionados, as turbinas não apresentam taxas de conversão semelhantes, ao contrário, àquelas localizadas nas bordas dos sítios apresentaram melhores taxas de conversão. Em relação aos impactos, a corrente superficial decresceu dentro dos sítios provocando ajustes na coluna de água, quebrando o padrão vertical natural da corrente, e desenvolvendo fluxos laterais que, com o tempo, afetam a dinâmica de fundo, causando mudanças nos depósitos sedimentares, além de impactar as taxas de transporte de sedimentos pelo fundo. As turbinas propostas neste trabalho converteram um total de 1840 GWh ao longo dos 10 anos de estudo, considerando neste valor, as perdas mecânicas e o cabeamento, além de outras fontes de perda. Este valor é equivalente a energia consumida por 56.166 residências durante 10 anos.
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Estudo numérico hidro-morfodinâmio da Lagoa Mirim, RS, Brasil: análise de cenários de dragagem e seus impactos
(2020) Bendô, Antônio Raylton Rodrigues; Marques, Wiliam Correa; Kirinus, Eduardo de Paula
Muitos ambientes costeiros apresentam condições naturais de navegação com águas relativa- mente calmas e rasas, que fornecem uma conexão entre as vias navegáveis marítimas e continentais. Para garantir ou mesmo expandir a capacidade de transporte por essas vias, é necessário que obras de dragagem sejam executadas com frequência, uma vez que o assoreamento de canais de navegação impede a passagem de embarcações, restringindo ou mesmo inviabilizando a movimentação pelo meio aquaviário. Esse processo associa os canais hidroviários do país a um ciclo curto e oneroso. Inserido nesse contexto, o trabalho tem o objetivo de avaliar os processos hidrodinâmicos, de transporte de sedimentos e investigar estratégias de dragagem e bota-fora nos canais de navegação da Hidrovia da Lagoa Mirim. Para atingir esses objetivos, a Lagoa Mirim foi modelada numericamente utilizando os módulos hidrodinâmico TELEMAC-2D, morfodinâmico SISYPHE e de dragagem NESTOR, todos pertencentes à suíte de modelagem Open TELEMAC-MASCARET. As simulações são de cinco anos e abrangem o período de janeiro de 2000 a dezembro de 2004. Os resultados mostraram que o padrão temporal de circulação e transporte de sedimentos do sistema é governado, principalmente, pela ação das descargas dos rios. Enquanto que a ação dos ventos atua na modulação do nível de água na parte sul da laguna, e contribuem para a formação de células de recirculação. O modelo morfodinâmico representou com sucesso os padrões de erosão e deposição; além disso, foram identificados dois padrões distintos de deposição da Lagoa Mirim. O primeiro mostra que a menor fração do sedimento (silte) é predominantes nas regiões mais profundas, enquanto que nas áreas rasas as frações de areia e silte têm a mesma proporção. O segundo diz respeito à distribuição espacial, no setor central foi relatado uma maior predominância de silte quando comparamos com os setores norte e sul. A comparação dos cenários de dragagem e bota-fora, com diferentes profundidades e sítios de despejo, mostrou que a escolha adequada da estratégia pode reduzir o esforço de dragagem. Além disso, essas operações podem causar significativas variações nos parâmetros hidro-morfodinâmicos, indicando um aumento efetivo na evolução do fundo dos canais de navegação em comparação ao cenário não modificado.
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Modelagem dinâmica da dispersão de efluentes no estuário da Lagoa dos Patos-RS, Brasil
(2020) Silva, Mauren Costa da; Marques, Wiliam Correa; Kirinus, Eduardo de Paula
The city of Rio Grande has long suffered from the inadequate coverage of its sewage collection and treatment network, which favors the clandestine release of domestic and industrial effluents into the waters of Lagoa dos Patos. In this lagoon, the shallow inlet of Saco da Mangueira is located, which receives a large amount of these effluents. Given its economic and ecological importance and the need for environmental protection in this place, studies to verify the behavior and destination of a plume of sewage effluents are extremely important. Therefore, this work approaches the influence of the hydrodynamics of the lagoon, as well as the inlet, on the behavior of water quality indicator variables, such as coliforms, biochemical oxygen demand, dissolved oxygen and dissolved inorganic nutrients. In a complementary way, the numerical work presents an evaluation of the effect of the discharge of effluents on the magnitude of the concentrations of these variables and also indicators of the degree of contamination. For the development of this study, the hydrodynamic model TELEMAC- 3D was applied, coupled to a pollutant module of advection - diffusion - decay, used successfully in the environmental management of coastal regions. The results indicate that the Lagoa dos Patos hydrodynamics is governed mainly by the performance of the winds and the river flow. Factors which directly influence the behavior of the studied variables. Despite the dispersion of part of the pollutants, due to local hydrodynamics, the Saco da Mangueira cove, mainly its margins, because they contain many sources of effluent release, is the place that suffers most from contamination, since a large part of these pollutants are trapped in this region. The coupling of the two models made it possible to demonstrate the efficiency and applicability of numerical modeling, in understanding the dynamics of the system with respect to the dispersion of pollution. Thus, this study consists of a contribution to serve as a basis for decision making in order to try to avoid the natural discharge of effluents in Lagoa dos Patos and for future work.
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The contribution of waves in mixing processes of the Patos Lagoon plume
(2012) Kirinus, Eduardo de Paula; Marques, Wiliam Correa; Costa, Julliet Correa da; Fernandes, Elisa Helena Leão
The analysis of wave effects above salinity is important in order to define mixing processes and their potential to change density gradients, since action in the region of the Patos Lagoon plume is highly dynamic. This paper aims to evaluate the influence of waves on the mixing pattern of the adjacent continental shelf. Constantly marked by tides and circulation variations, changing from flood to ebb tide, salinity stands as a major parameter for analysis. The study is based on hydrodynamic numerical modeling experiments using the TELEMAC3D model and waves generated by the wind using the TOMAWAC coupled model. The comparison between the situations considering the waves generated by the wind and without waves was made through time series analysis, stratification series, transversal cross sections, longitudinal cross sections, salinity mean fields and diagrams by Richardson and Brünt-Väisäläs frequency parameters. With the cross sections analysis, the mixing effect generated by the waves was observed, demonstrating clearly that the waves were capable of raising the superficial salinity in regions far from the Patos Lagoon entrance, while at theen-trance, the wave effects enhanced the mixing on the deepest layers, decreasing the saline intrusion and expanding the plume more radially on the surface. The space-temporal diagrams were effective to demonstrate the modulation effect of the waves over the salt mixing of saline waters, revealing that wave effects decrease the stratification as well as the Brünt-Väisäläs frequency and increase the period of buoyancy, due to the mixing increase.
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Viabilidade de conversão da energia de correntes marinhas na plataforma continental Sul do Brasil
(2012) Kirinus, Eduardo de Paula; Stringari, Caio Eadi; Marques, Wiliam Correa
Várias formas de conversão de energia foram desenvolvidas no decorrer dos anos, com destaque para os conversores de energia das correntes, que demonstram alta capacidade de geração energética e já se encontram em funcionamento em algumas regiões do mundo. A Plataforma Continental Sul do Brasil possui alta variabilidade espacial e temporal no regime de correntes costeiras, fato que dificulta a conversão unidirecional de energia. Neste sentido, para a conversão de energia das correntes, seria recomendado o uso de turbinas helicoidais que são capazes de gerar energia de forma multidirecional. A região de estudo demonstrou possuir duas regiões com ótimo potencial energético, onde na região mais viável a produção média de energia pode alcançar 40 MWh e ainda valores integrados de 13GWh/ano. Através da simulação de sítios de conversão nos locais de maior viabilidade, foi observado que o padrão da velocidade residual das correntes é predominantemente direcionado para sudoeste, devido à predominância de ventos de quadrante norte, sendo o sítio mais energético capaz de gerar 274 GWh durante os 280 dias de simulação. Foi observado que os ciclos de maior geração energética ocorrem com periodicidade de 16 dias demonstrando alta correlação com eventos associados à passagem de frentes meteorológicas na região.