Projeto de Iniciação Científica Estudo do comportamento elétrico

Projeto de Iniciação Científica
Centro Universitário da FEI
Estudo do comportamento elétrico dos Sistemas Convectivos
Organizados
Nome do orientador: Rosangela Barreto Biasi Gin
Nome do aluno: Renato Lombardo
Início do projeto: Março de 2010
Término do projeto: Fevereiro de 2011
Duração: 12 meses
Depto: Física
No. 11.108.578-3
Resumo
Os Sistemas Convectivos Organizados são tempestades que apresentam fortes ventos,
chuva intensa, granizo e alta atividade elétrica. Estes sistemas apresentam grande
extensão horizontal gerando impactos a população de São Paulo e de São Bernardo do
Campo. A identificação do comportamento elétrico das tempestades traz parâmetros
importantes para identificar a dinâmica das tempestades e sua severidade. Atualmente o
setor elétrico já faz uso dessas informações sendo necessário ampliar a utilização
destas. Assim, o estudo do comportamento elétrico dos Sistemas Convectivos
Organizados aqui proposto vem colaborar com a comunidade local identificando
parâmetros de severidade das tempestades. Esses parâmetros podem ser utilizados pelo
setor elétrico bem como órgãos da defesa civil desta região.
Palavras-chave:
1. Descargas atmosféricas
2. Monitoramento de tempestades
3. Áreas de risco
Objetivo e justificativa
O objetivo deste projeto é identificar o comportamento elétrico em larga escala dos
Sistemas Convectivos Organizados que atingem São Bernardo do Campo. Este estudo
tem como base a identificação dos relâmpagos obtida através de sensores
eletromagnéticos disponibilizada pela rede RINDAT. Uma análise elétrica das
tempestades será feita para os sistemas que geram impactos em São Bernardo do
Campo e em São Paulo identificando o comportamento global dos eventos
monitorados na região.
Nos últimos anos, a Grande São Paulo e ABCD tem enfrentado grandes problemas
gerados por Sistemas Convectivos Organizados. Vários são os casos de mortes devido à
ocorrência de enchentes e devido à ocorrência de relâmpagos. Entretanto, muitos desses
danos poderiam ser evitados se houvesse um conhecimento prévio do comportamento
destes sistemas. Estudos feitos no sudeste do Brasil mostram que estas tempestades
apresentam altas taxas de precipitação e descargas elétricas negativas de alta densidade
e alta intensidade de corrente média. Assim, o conhecimento do comportamento
elétrico destas tempestades gera parâmetros que podem auxiliar a tomada de decisão
nos setores de gerenciamento de recursos hídricos, de distribuição de energia elétrica e
órgãos de defesa civil.
Revisão bibliográfica
O Brasil é uma das principais regiões de atividade de tempestade no mundo
(Sagalyn et al., 1961). Cerca de 100 milhões de Descargas Atmosféricas ocorrem no
Brasil causando mortes e danos à população. Só na Grande São Paulo mais de 20
pessoas foram atingidas por relâmpagos no último verão. Além da população as
Companhias de Energia Elétrica são as que mais sofrem com os efeitos diretos ou de
surtos atmosféricos induzidos sobre as instalações e equipamentos do sistema elétrico.
Desta forma, torna-se importante o monitoramento em larga escala destas tempestades.
Em geral, os relâmpagos estão associados a Sistemas Convectivos de Mesoescala
(Chéze e Sauvageot, 1997; Carey e Rutledge, 1998; Gin et al., 1998c; 1999; 2002;
Kane, 1991). Estes sistemas são os grandes responsáveis por fortes ventos, chuva
intensa, granizo e alta atividade elétrica. Atualmente, nada é possível fazer para deter
tais sistemas, entretanto, pode-se identificar o comportamento destas tempestades e
aplicá-lo a um Sistema de Alerta, com o objetivo de minimizar os danos. A habilidade
de localizar e identificar a evolução destas tempestades num programa de
“Nowcasting” auxilia a tomada de decisão num tempo curto e otimizado para
gerenciamento de recursos hídricos, de distribuição de energia elétrica e órgãos de
defesa civil (Gin et al., 2000b).
Várias são as formas de monitoramento de tempestades. Uma das técnicas mais
utilizadas é o monitoramento dos relâmpagos em larga escala. Esta técnica está baseada
no sistema de Detecção e Localização de Descargas Atmosféricas (Lightning Position
and Tracking Systems) que identifica e localiza as descargas atmosféricas que ocorrem
numa determinada região. Este sistema tem sido amplamente utilizado no
gerenciamento da manutenção de sistemas de transmissão e distribuição de energia
elétrica e na emissão de laudos de análise de eventos severos. Atualmente, as descargas
atmosféricas que ocorrem nas regiões sul e sudeste do Brasil são monitoradas pela
Rede Integrada de Descargas Atmosféricas – RINDAT. A figura1 mostra a atividade de
relâmpagos registrada em São Bernardo do Campo em 11 de novembro de 2001. As
descargas atmosféricas aqui monitoradas são do tipo nuvem-solo, na sua maioria,
múltiplas e de polaridade negativa. As regiões de maior incidência identificam as áreas
de risco. Portanto, através do estudo do comportamento dos relâmpagos pode-se
identificar as tempestades e aprimorar as técnicas e os métodos de monitoramento
estratégico na região (Gin et al., 2000).
Figura 1. Atividade de relâmpagos registrada em São Bernardo do Campo no dia 11 de
novembro de 2001.
Materiais e Métodos.
O objetivo deste projeto é identificar o comportamento elétrico dos Sistemas
Convectivos que atingem São Bernardo do Campo. Esses sistemas são tempestades
convectivas de larga extensão horizontal que atingem vários lugares da região
metropolitana de São Paulo além do Grande ABC. Atualmente, estas tempestades são
monitoradas localmente em São Bernardo do Campo. Desta forma, este estudo visa
identificar o comportamento elétrico global dos sistemas convectivos que geram
impactos em São Bernardo do Campo.
Inicialmente serão selecionados eventos tendo como base as informações obtidas
dos sensores elétricos desenvolvidos na FEI. Após a seleção dos eventos utilizaremos
um banco de dados da rede RINDAT para identificar o comportamento dos
relâmpagos em larga escala. A rede RINDAT é constituída de vários sensores
eletromagnéticos distribuída na região sul e sudeste do Brasil. Esta rede identifica
pontualmente as descargas atmosféricas o que facilita a análise em larga escala.
Devido a grande quantidade de dados, cerca de 5 mil descargas por hora para cada
tempestade, deve-se tratar os dados para identificar de forma coerente o
comportamento elétrico das tempestades. Mapas de densidade e atividade de
relâmpagos serão produzidos neste estudo. Utilizaremos um software especifico para o
tratamento de dados de relâmpagos ajustando os parâmetros para o local de interesse.
O software já se encontra disponível no laboratório assim como os dados. Após a
identificação do comportamento dos relâmpagos em larga escala, este resultado será
comparado ao comportamento identificado pelos sensores elétricos da FEI.
Além do desenvolvimento aqui apresentado, o aluno participará da Campanha
2010-2011 de monitoramento contínuo, auxiliando a manutenção dos atuais sensores e
acompanhando o desenvolvimento dos novos protótipos. O intuito desta participação é
assimilar a técnica de monitoramento de tempestades, baseado em medidas de campo
elétrico.
O aluno se mostra interessado no desenvolvimento deste projeto e a infra-estrutura
utilizada será do departamento de física da FEI. Segue abaixo o cronograma de
execução das principais atividades que serão desenvolvidas durante este projeto.
Cronograma
Etapas \ meses
Introdução à Eletricidade
atmosférica
Introdução a técnica de classificação
e análise de descargas atmosféricas
em eventos
Seleção de eventos para criação de
um banco de dados de sistemas
convectivos
Classificação e análise de descargas
atmosférica para eventos específicos
Comparação da análise anterior com
o identificado pelos sensores
elétricos da FEI
Participação da Campanha 20102011
Relatórios
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Espera-se que sejam criadas condições para identificação do comportamento dos
relâmpagos nos Sistemas Convectivos Organizados que ocorrem no Estado de São
Paulo. É importante salientar que, as atividades serão desenvolvidas de modo a
aperfeiçoar o conhecimento do aluno nas áreas de física e na aplicação destes
conhecimento em áreas de pesquisa e desenvolvimento tecnológico.
Referências bibliográficas
Carey, L.D., Rutledge, S. A. Electrical and multiparameter radar observations of a
severe hailstorm Journal of Geophysical Research 103(D12):13979-14000, June, 1998.
Chezé, J.L; Sauvageot, H. Area-average rainfall and lightning activity. Journal of
Geophysical Research, 102(D02): 1707-1715, 1997.
Gin, R.B.B.; Beneti, C., Cloud-To-Ground Lightning Flash Of South-Southeastern Of
Brazil: 1998-2001
International Lightning Detection Conference. ILDC , Tucson.
Arizona, 2002.
Gin, R.B.B.; Pereira Filho, A J.; Beneti, C., Guedes R. L. Estudo de Descargas elétricas
atmosféricas em sistemas convectivos: estudo de casos. XI Congresso Brasileiro de
Meteorologia, Rio de Janeiro, 2000b.Compack Disk(MR000018)
Gin, R.B.B.; Pereira Filho, A J e Guedes, R.L Estudo de Descargas elétricas
atmosféricas em sistemas convectivos organizados: estudo de casos. XIII Simpósio
Brasileiro de Recursos Hídricos, Minas Gerais, novembro 1999.
Gin, R.B.B.; Pereira Filho, A J.; Silva Dias, M. A F. Estudo das Descargas Elétricas
Atmosféricas em Sistemas Convectivos Organizados: análise preliminar. X Congresso
Brasileiro de Meteorologia, Brasilia, outubro 1998c. Compack Disk (MR 98009)
Kane, R. Correlating lightning to severe local Storms in the Northeastern United States.
Weather Forecasting, 7, 3-12, 1991.
Sagalyn, R.C.; Curtis, H.O.; Smith, L.G. Atmospheric electricity. In: Campen Jr., C.F.;
Cole, A.E., ed. Handbook of geophysics, New York, NY, MacMillan, 1961. cap.9.
p.9.1-9.36.