LIMA, D. K. S. Modelagem de alta resolução para estimativa do potencial eólico offshore da costa do Ceará. 2015. 160 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-04-18T16:44:16Z No. of bitstreams: 1 2015_tese_dlslima.pdf: 19035512 bytes, checksum: 92bbed77dceca1e2d71ab801b671890b (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-04-22T13:31:17Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_tese_dlslima.pdf: 19035512 bytes, checksum: 92bbed77dceca1e2d71ab801b671890b (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-22T13:31:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_tese_dlslima.pdf: 19035512 bytes, checksum: 92bbed77dceca1e2d71ab801b671890b (MD5) Previous issue date: 2015-08-31 / The technology for conversion into electricity of onshore wind energy is rather consolidated; the challenge now is to make the offshore exploitation to follow the same course. The European Union produces offshore wind power since 1991, exceeding 9 GW of installed power at the end of 2014. Brazil, on the contrary, does not have any offshore wind power plant and there are few studies in this direction. The exploitation of wind power production requires as a premise the knowledge of the profile of the wind in the region of interest. The objective of this thesis is to apply a methodology able to estimate the offshore wind potential of the coast of the State of Ceará, in Brazil, through the study of characteristic years marked by the presence of the El Niño and El Niña phenomena in periods considered extremes, dry and wet. An investigation using the mesoscale numerical model RAMS (Regional Atmospheric Modeling System) was performed, with resolution of 2 km, taking into consideration periods with presence of El Niño and La Niña phenomena, as well as a Neutral year with the absence of these phenomena. The simulation results presented the maxima and averages of wind speed and the prevailing wind direction on the coast of the State of Ceará. The microscale model WAsP (Wind Atlas Analysis and Application Program) was used for the evaluation of microsites of four case studies along the coast of Ceará. The chosen cities were Icapuí, Lagoinha, Camocim and Flecheiras, located in different regions along the coast of Ceará, for which they were presented the Weibull distribution, power density, wind speed and the energy production of each area. The results indicated an average wind speed above 8 m/s in the dry season, in the three evaluated periods. The direction of the prevailing wind in the dry season was from East to West and the turbulence intensity was lower in the dry season of El Niño year. It was found that the eastern coast of Ceará has the highest rates of average and maximum wind speed. Camocim, the city representing this region, presented a capacity factor in the neutral year of 57.49 %, above the figures found to the other cities analyzed. The annual energy production of an estimated wind power plant of 90 MW in Camocim, with capacity factor of about 50%, exceeded 400 GWh. Bathymetry of the State of Ceará is shallow and large ships travel at a considerable distance from the coast. / A tecnologia para conversão onshore da energia eólica em eletricidade está consolidada, o desafio atual é fazer com que a exploração offshore siga a mesma trajetória. A União Europeia produz energia eólio-elétrica offshore desde 1991, com capacidade instalada superior a 9 GW ao final de 2014. O Brasil ainda não possui usinas offshore, e são poucos os estudos neste sentido. A premissa para exploração dos ventos para produção de eletricidade é conhecer o perfil do vento na região de interesse. Esta tese tem como objetivo estabelecer uma metodologia capaz de estimar o potencial eólico offshore do Ceará, através do estudo de anos caracterizados pela presença dos fenômenos El Niño e El Niña, em períodos considerados extremos: seco e chuvoso. Foi realizada uma modelagem numérica utilizando o modelo de mesoescala RAMS (Regional Atmospheric Model System) com resolução de 2 km, com o qual foram simulados períodos com presença dos fenômenos El Niño e La Niña, bem como um ano Neutro, para a identificação dos máximos e médias de velocidade do vento no litoral cearense. O modelo de microescala WAsP (Wind Atlas Analysis and Application Program) foi utilizado para a elaboração de micro sítios para quatro estudos de caso ao longo da costa cearense. As cidades escolhidas foram Icapuí, Lagoinha, Camocim e Flecheiras, localizadas em regiões distintas ao longo da costa do litoral cearense, para as quais foram apresentadas a distribuição de Weibull, a densidade de potência, a velocidade do vento e a produção de energia de cada área. Os resultados indicam uma velocidade média do vento acima de 8 m/s para a estação seca, nos três períodos avaliados. A direção do vento predominante na estação seca foi de Leste para Oeste e a intensidade de turbulência foi menor na estação seca do ano de El Niño. Verificou-se que a costa leste do estado do Ceará possui os maiores índices de velocidade média e máxima do vento. Camocim, a cidade que representou esta região, apresentou um fator de capacidade para o ano neutro de 57,49%, acima dos encontrado para as outras cidades analisadas. No parque eólico estimado para Camocim de 90 MW, com fator de capacidade de cerca de 50%, a produção anual ultrapassou 400 GWh. A batimetria do estado do Ceará é rasa e as grandes embarcações trafegam a uma distância considerável da costa.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-08-08T04:12:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 347156.pdf: 6533691 bytes, checksum: efbcbfa15c1fae97bda1518a70256f58 (MD5) Previous issue date: 2017 / Esta tese apresenta uma metodologia para o projeto ótimo multidisciplinar de geradores síncronos de ímãs permanentes aplicados à geração de energia eólica. Nesta metodologia de projeto, os aspectos elétrico, geométrico, térmico, magnético, eletrônico, mecânico e econômico do aerogerador são abordados. O projeto também leva em conta a curva de ocorrência do vento, modelada através de uma função de densidade de probabilidade. A inclusão desta curva no projeto permite o cálculo da energia produzida pelo aerogerador, que opera com velocidade de rotação e potência variáveis, em função da velocidade de vento disponível. Na proposta desta tese, o uso da otimização no projeto do gerador tem a finalidade de aumentar a competitividade da geração de energia eólica, possibilitando a obtenção de um gerador com bom compromisso entre seu custo e sua capacidade de produção de energia. Existem várias pesquisas envolvendo o projeto ótimo de máquinas elétricas. No entanto, entre os trabalhos dedicados ao projeto ótimo de geradores elétricos para a geração de energia eólica, poucos propõem uma metodologia capaz de calcular a energia gerada pelo aerogerador, o que é fundamental para a obtenção de um gerador mais competitivo. Ainda, os aspectos multidisciplinares do gerador elétrico são considerados pelo projeto ótimo proposto nesta tese de forma mais abrangente que os encontrados na literatura. Levar em conta todos estes aspectos resulta num grande problema de otimização, envolvendo aproximadamente 2000 variáveis (dentre as quais cerca de 250 possuem restrições), dentre as quais são impostas restrições a aproximadamente 250. Para lidar com este problema foi utilizado um algoritmo de otimização determinístico, capaz de encontrar a solução ótima após poucas iterações e de forma rápida, graças ao cálculo da matriz Jacobiana, que contém o valor exato das derivadas das saídas do modelo (que descreve o comportamento do aerogerador) em relação às suas entradas. Os resultados apresentados exploram o potencial do método proposto. O primeiro projeto ótimo realizado minimiza o custo de material ativo do gerador, apresentando redução significativa em comparação a um gerador não ótimo. Em seguida, uma análise relacionada ao conflito entre o custo do gerador e sua eficiência mostra a importância de incluir o cálculo da energia produzida pelo aerogerador no projeto do gerador. Com o cálculo da energia incluído no projeto ótimo, foi obtido um gerador que proporciona o máximo lucro líquido (igual à receita proveniente da comercialização da energia gerada menos o custo do gerador). Este gerador possui uma boa relação entre seu custo e sua capacidade de produção de energia. Foram realizadas análises de sensibilidade para verificar a influência do preço da eletricidade e da velocidade média anual de vento no projeto. Por fim, duas turbinas eólicas, com diferentes diâmetros e velocidades de rotação nominais foram empregadas, considerando três cenários distintos de vento. Estes resultados oferecem os geradores mais adequados para cada turbina e cada perfil de vento, mostrando que o método proposto também auxilia na escolha da turbina mais adequada à cada sítio eólico.<br> / Abstract : This Ph.D. dissertation presents a multidisciplinary optimum design methodology applied to permanent magnet synchronous generators in wind power. Such a methodology considers the electrical, the geometrical, the thermal, the electronic, the mechanical and the economical behaviors of the wind turbine. The wind occurrence curve, modelled by a statistical density function, is also taken into account by the proposed design methodology. Considering this curve in the optimal design allows one to calculate the amount of energy produced by the wind turbine, which operates under variable speed and power by the influence of the actual wind speed. The proposal of using the optimization in the design is to enhance the competitiveness of wind power by designing a generator with a good relation between its cost and its capacity to produce energy. Several studies are addressed to electrical machines optimum design related to wind power, however, few have presented a method able to estimate the wind turbine energy generation, which is mandatory to obtain a cost-effective generator. Furthermore, the electric generator in-depth multidisciplinary aspects have been considered by the proposed method in more detail than other studies found in the literature. Taken into consideration all these aspects results in a large optimization problem that has approximately 2000 variables (amomg them about 250 are constrained), among which approximately 250 have constraints imposed on. A deterministic optimization algorithm has been chosen to deal with this problem. Such an algorithm is capable of finding the solution within few iterations and a short time thanks to the computation of the Jacobean matrix, containing the exact gradients of the model (used to describe the wind turbine behavior) outputs. The presented results explore the proposed methodology potential. The first optimal design performed minimizes the generator active material cost, presenting a significant cost reduction compared to a non-optimal generator. Next, the contradiction between the generator cost and its efficiency is analyzed and the importance of including the wind turbine energy generation into the generator design becomes evident. Using the estimated wind turbine generated energy, the generator with maximum net earnings (equal to the wind turbine energy proceeds less the generator cost) has been obtained. This generator has a good ratio between its cost and capability to generate energy. Then, sensibility analysis have been carried out to verify how the electricity price and the annual mean wind speed influence the design. Finally, two wind turbines with different diameters and rated wind speeds have been employed, considering three distinct wind profiles. These results provide the generators more suited to each wind turbine applied to each wind profile, showing that the proposed design methodology has the ability to help choosing the wind turbine adequate to each wind farm.

Abstract: The application of Evolutionary Algorithms (EAs) to wind turbine blade design can be interesting, by reducing the number of aerodynamic-to-structural design loops in the conventional design process, hence reducing the design time and cost. Recent developments showed satisfactory results with this approach, mostly combining Genetic Algorithms (GAs) with the Blade Element Momentum (BEM) theory. The general objective of the present work is to define and evaluate a design methodology for the rotor blade geometry in order to maximize the energy production of wind turbines and minimize the mass of the blade itself, using for that purpose stochastic multi-objective optimization methods. Therefore, the multi-objective optimization problem and its constraints were formulated, and the vector representation of the optimization parameters was defined. An optimization benchmark problem was proposed, which represents the wind conditions and present wind turbine concepts found in Brazil. This problem was used as a test-bed for the performance comparison of several metaheuristics, and also for the validation of the defined design methodology. A variable speed pitch-controlled 2.5 MW Direct-Drive Synchronous Generator (DDSG) turbine with a rotor diameter of 120 m was chosen as concept. Five different Multi-objective Evolutionary Algorithms (MOEAs) were selected for evaluation in solving this benchmark problem: Non-dominated Sorting Genetic Algorithm version II (NSGA-II), Quantum-inspired Multi-objective Evolutionary Algorithm (QMEA), two approaches of the Multi-objective Evolutionary Algorithm Based on Decomposition (MOEA/D), and Multi-objective Optimization Differential Evolution Algorithm (MODE). The results have shown that the two best performing techniques in this type of problem are NSGA-II and MOEA/D, one having more spread and evenly spaced solutions, and the other having a better convergence in the region of interest. QMEA was the worst MOEA in convergence and MODE the worst one in solutions distribution. But the differences in overall performance were slight, because the algorithms have alternated their positions in the evaluation rank of each metric. This was also evident by the fact that the known Pareto Front (PF) consisted of solutions from several techniques, with each dominating a different region of the objective space. Detailed analysis of the best blade design showed that the output of the design methodology is feasible in practice, given that flow conditions and operational features of the rotor were as desired, and also that the blade geometry is very smooth and easy to manufacture. Moreover, this geometry is easily exported to a Computer-Aided Design (CAD) or Computer-Aided Engineering (CAE) software. In this way, the design methodology defined by the present work was validated.

Made available in DSpace on 2014-06-12T23:16:50Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo9066_1.pdf: 2430323 bytes, checksum: 47cc66c060a3b1e44bd28a5a5fda3003 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2005 / Este trabalho tem como principal objetivo quantificar as variações da geração de energia e dos carregamentos extremos e de fadiga atuantes em uma turbina eólica operando em regimes de vento que apresentam a distribuição de ocorrência da velocidade com grande concentração em torno de sua média. Esta característica climática é comumente encontrada na região Nordeste do Brasil. A modelagem da distribuição de ocorrência da velocidade do vento é feita através da função estatística de Weibull, que admite o ajuste de sua dispersão através do fator de forma k. A turbina eólica utilizada como referência para as simulações realizadas foi a OWW- 250, instalada na Área de Testes do Centro Brasileiro de Energia Eólica UFPE, em Olinda, que opera com controle de potência por estol, velocidade constante e conexão direta com a rede elétrica local. Os esforços que contribuem para a fadiga da estrutura são apresentados na forma de carregamento equivalente e utilizam séries sintéticas de vento para representar a turbulência incidente na máquina. Os carregamentos extremos são simulados em regime estacionário, considerando a incidência da rajada máxima de 3 segundos, que ocorre, em média, uma vez a cada cinqüenta anos. A estimativa da geração anual de energia é calculada levando-se em conta a curva de potência da turbina eólica e a distribuição de ocorrência das velocidades de vento. Os resultados encontrados para o efeito dos carregamentos que contribuem para a fadiga dos componentes da turbina foram desfavoráveis para as distribuições de vento com menor variância, sendo bastante dependentes dos parâmetros adotados. A geração de energia apresentou uma pequena redução com o aumento do k de Weibull para velocidades médias anuais de vento mais baixas. Já os resultados obtidos para os carregamentos extremos apresentaram uma grande variação, inversamente proporcional ao valor do fator de forma k, o que favorece o projeto de máquinas para operar em regimes de vento semelhantes aos do Nordeste do Brasil

Orientador : Chang Yu-Liu / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-17T02:53:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gallo_WaldyrLuizRibeiro_M.pdf: 3962388 bytes, checksum: 8535165769b2e806309151094132cdef (MD5) Previous issue date: 1984 / Resumo: Este trabalho se propõe a analisar o desempenho de rotores de arrasto para sistemas eólicos. A fim de situá-los no conjunto dos cataventos, são apresentados os diversos tipos de rotores, com suas características de performance. O Método dos Tubos de Corrente Múltiplos é empregado para a simulação do desempenho de um rotor de arrasto simples e são investigados os efeitos dos principais parâmetros que afetam suas características de operação são realizados ensaios em tunel de vento com um rotor de arrasto similar ao que foi analisado, para uma comparação entre os resultados do modelamento teórico e os resultados experimentais. O mesmo método de análise teórica é utilizado para realizar a previsão do desempenho de outro rotor de arrasto, mais eficiente / Abstract: Not informed. / Mestrado / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador : Mario Roberto Granziera / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-17T20:03:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Simoes_FranciscoJose_M.pdf: 12908960 bytes, checksum: 4468a0e87a8830fc616c83db1a552127 (MD5) Previous issue date: 1986 / Resumo: Nesta dissertação é desenvolvida uma metodologia de modelamento de um sistema eólico de bombeamento d'água existente no Núcleo de Energia (NERG), da Universidade Federal da Paraíba (UFPB). As equações do movimento do sistema eólico são obtidas por adaptação das características experimentais de algms elementos do sistema àquelas encontradas na literatura. Essas equações são resolvidas por um método numérico codificado num programa computacional. Este modelo permite a simulação partida do sistema para diferentes condições iniciais, bem como a determinação dos parâmetros do sistema em regime permanente, para várias velocidades do vento. A validade do modelo desenvolvido é comprovada pela análise qualitativa dos resultados das simulações e pela comparação dos valores calculados dos parâmetros do sistema em funcionamento estável com os respectivos valores medidos em teste de campo. Detalhes do teste de campo são apresentados, bem como discutidos resultados importantes para a avaliação do desempenho do sistema do sistema em regime de vento local / Abstract: In this dissertation a method for modelling a windmill driven water pump, available in the Energy Research Group at the Federal University of Paraíba, is developed. The equations describing the motion of the above system are obtained by adapting the experimental characteristic oil of different elements of the system with those found the in literature and these equations are solved numerically in digital computer. This model permits the simulation of the starting characteristics for different inicial conditions as well as the determination of system parameters under state operations at different wind velocities. The validity of the model and the simulation technique is verified by a qualitative analysis of simulation results and by comparing them with those obtained experimentally. Details of field tests are presented and test results associated with the system performance evaluation are discussed / Mestrado / Mestre em Engenharia Mecânica

La erosión eólica es un proceso de degradación irreversible del suelo, frecuente en ambientes secos. A fin de evaluar su magnitud y minimizar sus impactos, es necesario utilizar modelos que permitan predecirla en diferentes escenarios climáticos y de manejo. El ajuste de estos modelos requiere de medidas a campo bajo distintas condiciones ambientales y de manejo. Existen antecedentes locales y extranjeros que mencionan que los modelos disponibles y utilizables en la RSP (Región Semiárida Pampeana), WEQ y RWEQ, subestiman la erosión; es por ello que en este trabajo se analizaron dos factores, muy poco evaluados a nivel local e internacional, que pueden originar estas diferencias: metodologías no adecuadas de medición y cálculo de la erosión eólica en condiciones de campo y el uso de registros climáticos de baja resolución temporal en los modelos de simulación. Estas suposiciones responden, por un lado, al hecho de que los valores de erosión utilizados para ajustar los modelos disponibles fueron, generalmente, calculadas en base a mediciones de campo y utilizando metodologías de cálculo que no han considerado gran parte del material transportado cerca de la superficie del suelo y, por otro lado, a que los modelos disponibles utilizan, generalmente, registros climáticos de baja resolución temporal, principalmente de velocidades de viento, lo que disminuiría el efecto real de su energía erosiva. Por estas razones, los objetivos de este estudio fueron: 1) comparar los valores de transporte de masa resultantes de la aplicación de diferentes métodos de medición y cálculo en condiciones de campo, 2) evaluar la eficiencia del modelo RWEQ para predecir la erosión ocurrida durante tormentas individuales y en forma continua utilizando registros meteorológicos de diferente resolución temporal, y 3) evaluar la capacidad del modelo WEQ (2002) para simular los valores de erosión medidos utilizando factores C de diferente resolución temporal. Con la información así obtenida se evaluó la utilidad de los modelos para predecir erosión en la Región Semiárida Pampeana. La erosión eólica se midió a campo entre 1995 y 2008 por medio de colectores BSNE instalados en una parcela de 1 ha, sobre un Haplustol éntico de textura franco-arenosa fina. La parcela se mantuvo libre de vegetación y con rugosidad mínima mediante roturado frecuente. Los resultados obtenidos indicaron que el ajuste de tipo exponencial resultó un método muy robusto y flexible para el cálculo del flujo de masa en diferentes situaciones. La función racional y el modelo de Gauss simplificado presentaron limitaciones de distinto tipo. La interpolación lineal resultó ser una buena alternativa para el cálculo de masa, cuando los perfiles de viento son modificados por la presencia de rugosidad superficial o de cobertura superficial. La medición de la erosión a las tres alturas más comúnmente utilizadas en estudios de erosión eólica con colectores BSNE (aproximadamente 1 13, 50 y 150 cm ) puede producir subestimaciones de más del 45% del transporte de masa. Es por ello que deberían utilizarse, al menos, tres puntos ubicados entre la superficie del suelo y 1,5 metros de altura, incluyendo un punto lo más cercano posible a la superficie, y aplicar un factor de corrección para obtener valores de erosión relativamente precisos. La eficiencia de la versión estática y dinámica del modelo RWEQ, se evaluó utilizando registros de velocidad de viento medidos cada 5 minutos y cada hora. Al utilizar registros de velocidad del viento de menor resolución temporal, la erosión calculada con la versión estática del modelo RWEQ durante periodos discretos, de corta duración, se redujo un 44%, debido a una reducción del 21% en la energía eólica erosiva simulada por el modelo. Sin embargo, la correlación entre los valores medidos y simulados, tanto con datos de alta (5 minutos) como de baja resolución temporal (1 hora), fue comparable a la obtenida en otros lugares del mundo, incluso con modelos más modernos (0,42<R2<0,45; p <0,01; 0,34<NS<0,41; para datos de 5 minutos y 1 hora respectivamente). Los factores de la distribución de Weibull mensuales que utiliza la versión continua del modelo RWEQ para simular la energía eólica erosiva se redujeron al utilizar velocidades de viento medias horarias, lo que produjo una reducción drástica de la erosión mensual simulada. La versión continua del modelo RWEQ no resultó eficiente para calcular la erosión media mensual ocurrida en la parcela experimental en el contexto de la RSP, ni siquiera aumentando los factores de escala de la función de distribución de Weibull (R2 > 0,1; NS = -0,01). La erosión calculada con el modelo WEQ (2002) no se correlacionó con los datos surgidos de las mediciones de campo, para periodos menores a un año, aun utilizando factores C de distinta resolución. El uso de un factor climático promedio (1981-1990) produjo una subestimación del 50% de la erosión anual. Con factores climáticos anuales, la WEQ subestimó solamente un 23% y, además, se observó una correlación significativa entre valores anuales medidos y simulados (R2 =0,68; p<0,05). La WEQ resultó, por ende, un modelo relativamente eficiente para predecir la erosión en la RSP. La traducción de este modelo al español, la adaptación de algunas operaciones de labranza y la incorporación de datos climáticos históricos locales, permitió obtener una versión en castellano de la WEQ , denominado EWEQ (WEQ en Español). Para una rotación trigo - avena girasol, la EWEQ predijo una erosión anual de 7,1 Mg/ha en labranza convencional y cero en siembra directa, para condiciones climáticas promedio. Para un periodo de bajas precipitaciones los valores de erosión superaron el valor tolerable, tanto en labranza convencional (143 Mg/ha) como en siembra directa (24 Mg/ha). El modelo EWEQ resulta una herramienta efectiva para pronosticar la erosión eólica bajo distintos esquemas de manejo en la Región Semiárida Pampeana. Sin embargo, la erosión eólica es un fenómeno complejo dada su alta variabilidad temporal y espacial, y de difícil simulación, incluso con modelos más complejos que la EWEQ o la RWEQ. / Wind erosion is an irreversible soil degradation process, frequent in dry regions. In order to minimize its magnitude, it is necessary to use models to predict wind erosion under different management systems and climatic scenarios. The adjustment of these models requires the agreement between predicted and measured data. Local and foreign researchers mentioned that available models, of potential use in the Semiarid Pampas (RSP), like WEQ or RWEQ, tend to underestimate wind erosion. For this reason, the purpose of this work was to analyze the effect of two scarcely studied factors: inappropriate methodologies of wind erosion measurement and calculation under field conditions, and the use of low temporal resolution climatic records, mainly wind speed, in the simulation models. These assumptions are due to the fact that, on one hand, wind erosion amounts used to adjust the models were generally calculated using field measurements and calculations methodologies that did not consider most of the material transported near the soil surface. On the other hand, low temporal resolution data that are generally used by the models would diminish the real effect of the erosive energy of the wind. For these reasons, the objectives of this study were: 1) to compare mass transport values obtained from field measurements with different sampling and calculation procedures, 2) to evaluate the efficiency of the discrete and continuous version of RWEQ for simulating wind erosion using weather data with different temporal resolution, and 3) to evaluate the efficiency of WEQ (2002) for simulating wind erosion using C factors calculated with different temporal resolution. These analysis, allowed the evaluation of the utility of the models to predict erosion in the RSP. Wind erosion was measured in a 1 ha square field using BSNE sampling devices, between 1995 and 2008. The soil of the experimental site was a fine sandy loam Entic Haplustoll. The field was tilled periodically with a disc harrow in order to maintain it bare and with minimum surface roughness. Results indicated that a non linear regression using an exponential decay model, was a very robust and flexible method, and applicable for the calculation of the mass transport, mainly under low aerodynamic roughness conditions. The rational function and the simplified Gaussian model presented different types of limitations. The lineal interpolation method resulted a good alternative for mass transport the calculations when the mass flux profiles are complex, for example when the soil is rough or is covered by high amounts of plants residues or canopy. The measurement of wind erosion using the three sampling heights most commonly used in wind erosion studies using BSNE samplers (approximately 13, 50 and 150 cm ) can underestimate the total mass transport by 45%. Hence, at least three points located between the soil surface and 1.5 meters high, including a point as nearest as possible to the surface, should be used in combination with a correction factor to obtain relatively precise erosion values. The efficiency of the static and dynamic versions of the RWEQ, were evaluated using wind speeds recorded at 5 minute and hourly intervals. When using wind speed data of lower temporal resolution, the erosion values calculated with the static version of RWEQ during discrete periods, decreased by 44%, due to a reduction of 21% in the erosive wind energy simulated by the model. However, the correlation between the measured and simulated values, even using hourly data resulted comparable to results obtained by other authors, even with more complex models (0.42<R2<0.45, p <0.01; 0.34<NS<0.41). The monthly scale factors of the Weibull distribution function that are used in the dynamic version of the RWEQ to simulate the energy erosive wind energy decreased when using hourly wind speeds, and this produced a drastic reduction in the simulated erosion. The dynamic version of RWEQ was not efficient for simulating the mean monthly erosion measured in the experimental plot, not even increasing the scale factors of the Weibull distribution function (R2> 0.1, NS = -0.01). No correlation was found between measured values en erosion values calculated with WEQ spreadsheet version (2002) for periods smaller than one year, even using C factors of different temporal resolution. The use of an average C factor (1981-1990) produced an underestimation of 50% with respect to measured annual erosion. With annual climatic factors, WEQ underestimated only by 23% the annual erosion and, additionally, a very good correlation was found between measured and simulated values (R2 =0.68, p<0.05). Hence, WEQ resulted an efficient model to predict wind erosion in the RSP. WEQ (2002) was translated to Spanish, some operations were adapted to the Semiarid Pampas, and the climatic databases for this region were elaborated. This produced a WEQ version adapted to the region, called EWEQ (WEQ in Español). This model predicted no erosion for a wheat - oats - sunflower rotation during a high precipitation period. With averaged climatic conditions the model predicted an annual erosion slightly below the tolerable value (7.1 Mg/ha) in conventional till and zero in no-till. For a low precipitation period, the model predicted wind erosion above tolerable values for both conventional (143 Mg/ha) and no-till (24 Mg/ha). EWEQ is, therefore, a reliable model to simulate wind erosion under different climatic and management conditions in the RSP, though the model should be a tool to make the final decision as a complement of the experience and knowledge of the user.

En ambientes semiáridos la erosión eólica es el principal proceso de degradación del suelo que dificulta el desarrollo de sistemas sustentables. Es por ello, que el objetivo general de esta tesis fue: seleccionar indicadores edáficos del estado y la tendencia de degradación del suelo por erosión eólica, y generar modelos predictivos y explicativos de este proceso para la RSCA. Sus objetivos específicos fueron: 1) determinar la utilidad de la fracción erosionable (FE) y de la estabilidad estructural en seco (EES) como indicadores de susceptibilidad a la erosión eólica, 2) definir contenidos críticos de propieda-des de suelo con FE y EES, 3) validar características morfoló-gicas del suelo como índices del estado de degradación por erosión eólica, 4) evaluar el cambio textural del horizonte su-perficial como índice de la selección producida por erosión eóli-ca, 5) estimar el patrón de acumulación de arcilla en agrega-dos de suelos degradados de texturas contrastantes y 6) cuantificar las pérdidas relativas de nutrientes en función de la velocidad del viento y la duración de las tormentas. En ca-torce pares de suelos: uno cultivado (C) y otro sin cultivar (SC) comparamos: FE y EES; el espesor del horizonte A y la profundidad hasta la acumulación de carbonato; y la textura superficial (DTPT). En función de DTPT, seleccionamos tres suelos contrastantes, en los cuales comparamos sus texturas, pero con dispersión mínima (DTPMIN) y la relación DTPMIN/T. Por último, estudiamos el efecto de combinaciones contrastan-tes de velocidad y duración de tormentas en la pérdida relati-va de nutrientes usando un túnel de viento. FE y EES fueron indicadores de degradación útiles en suelos de textura inter-media, siendo sensibles al manejo y excediendo valores umbra-les en algunos suelos cultivados. FE y EES se relacionaron con carbono orgánico, óxidos de aluminio y arcilla en modelos que permitieron identificar valores críticos por debajo de los cuales la resistencia del suelo contra la erosión se reduce drástica-mente. El espesor del horizonte A fue menor en C que en SC en todos los sitios. La profundidad hasta la acumulación de carbonato fue similar entre C y SC. El contenido de limo + arcilla fue menor en C que en SC en la mayoría de los sitios, implicando un proceso de degradación irreversible. Los suelos de textura más fina perdieron mayor proporción de limo y los suelos de textura intermedia mayor proporción de arcilla. La relación DTPMIN/T en arcillas aumentó en C comparado con SC en el suelo franco lo que coincidió con una reducción de esta relación en partículas >250 μm, indicando una disminu-ción en la capacidad para preservar arcillas de procesos de suspensión en agregados de mayor tamaño. La simulación de eventos de erosión eólica con diferentes intensidades y dura-ciones no produjo pérdidas diferenciales de nutrientes. Con-cluimos que los indicadores seleccionados muestran que la erosión eólica ha disminuido la sustentabilidad de los sistemas productivos de la RSCA, y que el uso de índices relacionados con la resistencia del suelo a la erosión eólica con valores críticos asociados, será útil como indicador predictivo en de-terminados suelos. / In semiarid environments, wind erosion is the main soil degra-dation process which hinders the development of sustainable agro-ecosystems. Therefore, the general objective of this thesis was: to select soil indicators of the state and the ten-dency of soil degradation by wind erosion, and to generate predictive and explanatory models of this process to the RSCA. The specific objectives were: 1) to determine the uti-lity of the erodible fraction (FE) and the dry aggregate stabi-lity (EES) as indicators of the susceptibility to wind erosion, 2) to define critical contents of soil properties with FE and EES, 3) to validate soil morphological characteristics as indica-tors of the state of soil degradation by wind erosion, 4) to evaluate soil textural changes of topsoil as indicators of the selection produced by wind erosion in soils of different initial textures, 5) to estimate the patron of clay accumulation in aggregates of degraded soils of different textures and 6) to quantify the relative losses of soil nutrients in function of speed and duration of wind erosion events. In fourteen paired soils: one cultivated (C) and another uncultivated (SC), we compared: FE and EES; the A horizon thickness and the depth to carbonate accumulation; and soil texture (DTPT). In func-tion of DTPT, we selected three contrasting soils in which, we compared their textures, but using minimum dispersion (DTP MIN) and the quotient DTPMIN/T. Last, we studied the effect of contrasting combinations of wind speed and time using a portable wind tunnel. FE and EES were useful soil degradation indicators in medium textured soils, where they were sensible to management, exceeding threshold values in some cultiva-ted soils. FE and EES were related to organic carbon, alumi-num oxides and clay by logarithmic and exponential models which allow the identification of critical values below which the soil resistance to wind erosion reduces drastically. The A horizon thickness was lower in C than in SC in all sites. The depth to carbonate was similar between C and SC. The con-tent of silt plus clay was lower in C compared to SC in the majority of soils, which means an irreversible soil degradation process. Finer soils lost higher proportion of silt and medium textured soils lost higher proportion of clay. The quotient DTP MIN/T to clay increased in C compared to SC in the loam soil, which agreed with a decreased of DTP MIN/T to >250 μm particles, indicating a reduction of the capacity to preserve clay from suspension processes in aggregates of larger size. The simulation of wind erosion events with different inten-sities and durations did not produced differential losses of soil nutrients. We concluded that the indicators selected show that wind erosion has reduced the sustainability of agricultural systems of the RSCA, and that the use of indicators related to soil resistance to wind erosion associated to critical values will be useful as a predictive indicator on medium-textured soils.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores - Major Energia. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

No description available.