Abstract:
A turbulência é um grande desafio para estudos de escoamento. Na Camada Limite Atmosférica, muitas teorias têm sido formuladas na tentativa de obter uma descrição universal para a turbulência que seja adequada a problemas de interesse prático. As Teorias de Similaridade apresentam boas aplicações em terrenos homogêneos. Pretende-se aplicar a Teoria de Similaridade de Monin-Obukhov a medidas do escoamento realizadas no município de Rio Grande, para caracterizar a turbulência local. Como este município está em crescente desenvolvimento industrial e as indústrias já em atividade podem ocasionar impactos ambientais, torna-se necessário um conhecimento da turbulência local para a realização de planejamentos de meio ambiente. Por outro lado, é importante considerar a demanda energética necessária para o bom funcionamento destas indústrias. Esta região contém índices favoráveis em relação à geração de energia eólica. Logo, a caracterização da turbulência local é útil para avaliar o potencial eólico quando considerando a variação dos períodos de estabilidade estática da camada superficial na estimativa da velocidade do vento em uma determinada altura. Variáveis como rugosidade aerodinâmica, energia cinética turbulenta, intensidade da turbulência, fluxos turbulentos e as escalas de comprimento, velocidade e temperatura foram estimadas e suas magnitudes concordaram com valores citados na literatura. Relações de similaridade dos períodos instáveis e estáveis foram definidas. No período estável, o comportamento foi impreciso, porém, para o período instável, as relações entre as flutuações de temperatura e vento na vertical normalizadas pelas escalas de temperatura e velocidade apresentaram um comportamento satisfatório. Portanto, é possível utilizar o parâmetro de estabilidade na generalização de comportamentos de variáveis na camada superficial para o local deste estudo. Adicionalmente, a análise inicial da avaliação do potencial eólico aplicando a correção de estabilidade para a estimativa da velocidade do vento apresenta resultados compatíveis com o potencial eólico considerado para região. A aplicação da Teoria de Similaridade permitiu a descrição da variação da Camada Superficial em dois níveis de medida. Estes resultados podem ser utilizados em trabalhos futuros para avaliar a dispersão de poluentes na região. Eles permitiram também calcular a correção da estimativa de velocidade devido às variações de estabilidade.
The turbulence is a great challenge for flow studies. In the Atmospheric Boundary Layer, many theories have been formulated in an attempt to obtain a universal description for turbulence that is suitable for problems of practical interest. Similarity Theories have good applications to homogeneous terrains. The Monin-Obukhov Similarity Theory will be applied to flow measurements carried out in Rio Grande city, to characterize local turbulence. This city is in increasing industrial development and these industries already in activity can cause environmental impacts. For that reason the knowledge of the local turbulence is necessary to carry out environmental planning. On the other hand, it is important to consider the energy demand necessary for the proper functioning of these industries. This region contains favorable indices in relation to the generation of wind energy. Therefore, the characterization of the local turbulence is useful to evaluate the wind potential when considering the variation of the periods of static stability of the superficial layer in the estimation of the speed of the wind in a certain height. Variables such as aerodynamic roughness, turbulent kinetic energy, turbulence intensity, turbulent flows and as length, velocity and velocity scales, estimates and their magnitudes were in agreement with values cited in the literature. Similarity relationships of the unstable and stable periods were defined. In the stable period, the behavior was imprecise, however, for the unstable period, as relations between temperature fluctuations and vertical wind normalized by temperature and velocity scales showed a satisfactory behavior. Therefore, it is possible to use the stability parameter in the generalization of behaviors of variables in the superficial layer to the place of this study. In addition, an initial analysis of the wind potential assessment applying a stability correction to an estimated wind speed presents results compatible with the wind power considered for the region. The application of the Similarity Theory allowed a description of the variation of the Surface Layer in two measurement levels. These results can be used in future work to evaluate a dispersion of pollutants in the region. They can also be applied to calculate a correction of the speed estimate due to stability variations.
