Chamada Pública MCT/FINEP CT-AQUAVIÁRIO 01/2007 FEPISA FEIS ONDISA5 PROJETO ONDISA5

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1 Convênio nº Chamada Pública MCT/FINEP CT-AQUAVIÁRIO 01/2007 FEPISA FEIS ONDISA5 PROJETO ONDISA5 HIDROVIA TIETÊ PARANÁ: ALERTA DE VENTO E ONDAS PARA SEGURANÇA DA NAVEGAÇÃO RELATÓRIO FINAL JUNHO DE 2011

2 APRESENTAÇÃO O objetivo deste relatório é apresentar as atividades finais referentes à conclusão do projeto ONDISA5 Hidrovia Tietê Paraná: Alerta de Vento e Ondas para Segurança da Navegação, cujas atividades tiveram início em junho de 2008 e foram concluídas em abril de O projeto ONDISA5 recebeu apoio financeiro do MCT/ FINEP/CT-Aquaviário, com recursos no valor de R$ ,00, sendo, desses, R$ ,00 em aporte direto à instituição convenente FEPISA e R$ ,00 em aporte indireto para bolsas via CNPq. Adicionalmente, foram aportados recursos financeiros em contrapartida pela UNESP no valor de R$ ,00 e pela FEPISA no valor de R$3.000,00, conforme constam no termo de convênio. Estes recursos foram principalmente aplicados em equipamentos para instrumentação, materiais permanentes, de consumo e em obras e instalações no Laboratório de Hidrologia e Hidrometria da FEIS/UNESP. Aliás, é oportuno enfatizar as reais melhorias para suporte ao desenvolvimento dessa pesquisa e de outras que decorreram do empreendimento do projeto. Por outro lado, a consolidação e a agregação da equipe de trabalho também foi fruto natural dessa aplicação. Relativamente aos recursos disponibilizados para o desenvolvimento do projeto e considerados seus objetivos, metas e atividades específicas como definidos na proposta original, pode-se afirmar que o trabalho realizado foi concluído com sucesso, transcendendo as expectativas inicialmente previstas. Praticamente, toda a metodologia e técnicas empregadas para a medição de ondas em águas rasas foi pioneira no Brasil. A elaboração dos mapas temáticos da hidrovia compostos a partir de relações vento e ondas são relevantes para os gestores do sistema de navegação fluvial Tietê-Paraná. Eles permitem estabelecer e normatizar as condições limites de tráfego hidroviário seguro, podendo contribuir, sobretudo, para a mitigação de acidentes. A concepção dos sistemas e softwares para a aquisição, comunicação, tratamento e armazenamento dos dados de campo, em tempo real, considerou o propósito de monitoramento visando gerar capacidade de integração direta ao centro de alerta. O monitoramento de descargas atmosféricas para alertas de tempestades severas na hidrovia, desenvolvido a partir de adaptação de instrumentação aviônica e seu acoplamento com outro software do projeto Sisnavega de monitoramento de embarcações, já operacional em setores de gestão da hidrovia, representa um avanço extraordinário para o sistema de alerta. O modelo estruturado para o Centro de Alerta, um dos principais objetivos do projeto, considera a responsabilidade de gestão estatal. Portanto, caberia ao D. H. - Departamento Hidroviário da Secretaria de Transpote do Estado de São Paulo, que por competência legal é o orgão gestor da hidrovia do Tietê, essa responsabilidade. Está proposto um organograma da estrutura funcional, com a interligação dos agentes, dos produtos e dos partícipes. i

3 Ademais o projeto contribuiu para a formação de recursos humanos, tendo sido uma experiência saudável a inclusão dos alunos de graduação como bolsistas de apoio técnico, porém dirigidos num formato de iniciação científica. As participações em congressos, palestras, cursos, treinamentos, estágios e publicações contribuíram para a capacitação dos alunos bolsistas e para a definição de mestrados e doutorados no tema. Além do desenvolvimento da pesquisa proposta, o projeto contribuiu também para abrir novas frentes de pesquisa e uma carteira de novos projetos associados à geração de ondas em lagos, com convergência em abordagens de segurança da navegação hidroviária e em problemas de erosividade de margens de reservatórios, assuntos que estão comentados adiante nesse relatório. ii

4 EQUIPE A equipe executora do Projeto ONDISA5 está relacionada a seguir, por instituição partícipe e outras colaboradoras. Instituição executora: FEIS Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira - UNESP. Luiz Roberto Trovati coordenador Milton Dall Aglio Sobrinho - pesquisador Geraldo de Freitas Maciel - pesquisador Jefferson Nascimento de Oliveira - pesquisador Arthur Pantoja Marques - pesquisador Evandro Fernandes da Cunha engenheiro Amanda Fuzaro Zambone - bolsista André Pazzini Bomfim - bolsista Antúlio Alves Júnior bolsista Breno Moreira de Oliveira - bolsista Carolina de Abreu Mazzei - bolsista Celina Maria Alves Honório - bolsista Clésio de Mattos Ferreira - bolsista Dib Gebara Neto bolsista Diego Gomes Nervi - bolsista Edmundo Beinecke - bolsista Eduardo Boisa Oliveira - bolsista Evandro Fernandes - bolsista Flávio de Assumpção Dall Aglio - bolsista Flávio Rafael Marques Luiz - bolsista Gustavo Barbosa de Lima - bolsista José Mario Fernandes Donato - bolsista Juliano Antonio Dourado Malaquias - bolsista Junior de Souza Sumai - bolsista Lucas de Carvalho Guesse - bolsista Mariana Linhares Richtman - bolsista Reginaldo Leitão dos Santos - bolsista Tiago Silva Abrão bolsista Francisco Carlos Soares Assistente Operacional UNESP. Marco Antonio Chiquitelli Neto colaborador FEIS/UNESP José Otavio Goulart Pecly colaborador COPPE/UFRJ Instituição co-executora: FATEC-JAHÚ Faculdade de Tecnologia de Jahú. Antônio Eduardo Assis Amorim - pesquisador Evandro Tozzi Mendonça pesquisador Reginaldo Leitão dos Santos bolsista Lucas de Carvalho Guesse - bolsista Instituição interveniente: Departamento Hidroviário SP. Pedro Victória Junior assistente diretoria iii

5 Hélio Marques assistente técnico Luis Roberto Corrêa - consultor Instituição interveniente: AHRANA Administração da Hidrovia do Paraná. Antonio Badih Chein - superintendente Fabio Castelo Branco chefe do núcleo de obras e melhoramentos Instituição interveniente: SINDASP Sindicato dos Armadores de Navegação Fluvial do Estado de São Paulo. George Alberto Takahashi ex-presidente Luiz Fernando Horta de Siqueira diretor e presidente Daniel José Morais - diretor Instituição convenente: FEPISA Fundação de Ensino, Pesquisa e Extensão de Ilha Solteira. Adyles Arato Junior ex-presidente Antônio João Diniz diretor presidente Arlete de Morais Sanches gerente Rita de Cássia secretária Aparecida Cristina de Araújo Auxiliar Administrativa Deguimar de Oliveira Penha Auxiliar Administrativa Aparecida Cristina de Araújo - Secretária Instituição Financiadora: FINEP Financiadora de Estudos e Projetos Adelaide Araújo Peres Analista de Projetos Colaboradores Cesp Companhia Energética de São Paulo. Marco Antônio Marques gerente de departamento Haruo Kuratani- gerente UHE Ilha Solteira Euclides Cestari Júnior engenheiro coordenador Luiz Antônio Tonon assistente técnico Silvio Roberto Marcowiski Samara engenheiro supervisor João Ferreira da Silva Servtec/Cesp Rogério de Oliveira mergulhador líder Arnaldo Muniz de Lima - mergulhador Eder Soares de Oliveira - mergulhador AES Tietê AS. Manoel José Povoa ex-gestor da hidrovia Haroldo Silva gestor da hidrovia CFTP Capitania Fluvial Tietê Paraná Marinha do Brasil Marco Antônio Dutra Janino capitão dos portos iv

6 SUMÁRIO 1 - INFORMAÇÕES OBJETIVO GERAL DO PROJETO METAS FÍSICAS DESENVOLVIMENTO DO PROJETO META 1 - Identificação, seleção e digitalização de base cartográfica de dados META 2 - Caracterização do regime de ventos, identificação de pistas e previsão de ondas META 3 - Mapeamento georreferenciado de pontos críticos META 4 - Zoneamento de áreas de abrigo META 5 - Instalação, operação e manutenção da rede de superfície META 6 - Estudos de manobrabilidade e critérios de decisão para transposição de obstáculos META 7 - Integração da base de dados para a produção de previsão e alertas META 8 - Redes para comunicação de dados e para transferência dos produtos META 9 - Estruturação do modelo de gestão e modelo operacional do Centro de Alerta META 10 - Seminário final de avaliação do projeto INFRA-ESTRUTURA FÍSICA Obras: Reformas e Adaptações no Laboratório de Hidrologia e Hidrometria (LH²) da FEIS/UNESP Material Permanente e Equipamentos EQUIPE TÉCNICA PRODUÇÃO CIENTÍFICA PRODUÇÃO TECNOLÓGICA PARCERIAS INTITUCIONAIS FONTES IMPACTOS RESULTADOS OBTIDOS DIFICULDADES ENCONTRADAS CONCLUSÕES, RECOMENDAÇÕES E PERSPECTIVAS v

7 1 - INFORMAÇÕES Convênio: Período: 02/06/2008 a 28/04/2011 Financiadora: FINEP Financiadora de Estudos e Projetos Convenente: FEPISA - FUNDAÇÃO DE ENSINO PESQUISA E EXTENSÃO DE ILHA SOLTEIRA. Executor: UNESP/FEIS - UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA JÚLIO MESQUITA FILHO - FACULDADE DE ENGENHARIA DE ILHA SOLTEIRA. Co-Executores: FATEC - JAHÚ- FACULDADE DE TECNOLOGIA DE JAHÚ. Intervenientes: D.H. - DEPARTAMENTO HIDROVIÁRIO/SECRETARIA DOS TRANSPORTES DO ESTADO DE SÃO PAULO. AHRANA / DNIT - ADMINISTRAÇÃO DA HIDROVIA DO PARANÁ / DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA-ESTRUTURA DE TRANSPORTE - MINISTÉRIO DOS TRANSPORTES. SINDASP - SINDICATO DOS ARMADORES DE NAVEGAÇÃO FLUVIAL DO ESTADO DE SÃO PAULO. Título do Projeto: HIDROVIA TIETÊ-PARANÁ: ALERTA DE VENTO E ONDAS PARA SEGURANÇA DA NAVEGAÇÃO 2 - OBJETIVO GERAL DO PROJETO Estruturar e implantar um Centro de Alerta dedicado à segurança da navegação na Hidrovia Tietê - Paraná, com infraestrutura para prover alertas de eventos extremos a partir da geração de informações inter-relacionadas de ventos e ondas, pós-fato e em tempo real, informações meteorológicas, e mapeamento georreferenciado de pontos críticos e obstáculos à navegação, considerando as condições limites de manobrabilidade dos comboios. 3 - METAS FÍSICAS Vide o arquivo plano, Anexo I. 1

8 4 - DESENVOLVIMENTO DO PROJETO O projeto foi concluído com êxito. Houve de fato a necessidade de dilação de prazo das metas físicas em decorrência dos seguintes fatos: i) a data da publicação do convênio foi 08/01/2008, contudo, a primeira parcela de liberação dos recursos, por parte da FINEP, só ocorreu em 22/06/2008. Desse modo, as atividades do projeto só tiveram início, efetivamente, a partir de julho de Portanto, todas as metas precisaram ser adiadas, uma vez que dependiam da aquisição da instrumentação; ii) a conclusão prevista para dezembro de 2010 também careceu de adiamento para abril de 2011, em razão da necessidade de se refazer algumas campanhas de aquisição de dados de ondas devido a problemas no software do fabricante do ADCP-Waves, os quais foram identificados pela equipe do projeto e informados ao fabricante. Consideradas estas correções, o projeto se desenvolveu normalmente, produzindo avanços, com metodologias e resultados pioneiros na medição de ondas em águas rasas. As metas elencadas a seguir, foram realizadas dentro do cronograma executivo, conforme as seguintes atividades: META 1 - Identificação, seleção e digitalização de base cartográfica de dados Seleção de mapas e cartografia da hidrovia Os mapas da hidrovia, referentes ao tramo do Rio Tietê, foram selecionados da base de dados do Departamento Hidroviário e já estão georreferenciados. Os mapas referentes ao tramo do Rio Paraná foram selecionados da base de cadernos de navegação da Ahrana. A base cartográfica foi armazenada no banco de dados do projeto e foi fundamental um agente facilitador para delimitação dos contornos e definição das pistas para o estudo da relação vento e ondas Banco de dados meteorológicos Foram digitalizados os dados brutos das informações meteorológicas da extinta estação CESP-Ilha Solteira, referente ao período , e criado o banco de dados meteorológico, incluindo o período , cujos dados já se encontravam digitalizados. Os dados atuais já estão em formato digital e integrados diretamente no banco de dados do projeto para consultas futuras. A digitalização dos dados de vento foi efetuada manualmente a partir das imagens escaneadas dos anemogramas produzidos pelos anemógrafos da estação. Para garantir a consistência foram usadas as mesmas rotinas dos programas empregados pela CESP para a digitalização manual dos dados com auxílio de mesa digitalizadora. Os programas desenvolvidos precisaram utilizar a janela DOS do sistema Windows Xp, que ainda conseguiu executar sem problemas os executáveis de 16 bits gerados pelo compilador Quick Basic, que, 2

9 por sua vez, ainda era suficientemente próximo ao compilador Basic dos programas legados da CESP, utilizados para digitalização dos anemogramas até o ano de Entretanto, as rotinas de entrada de dados foram adaptadas para operar a partir das imagens escaneadas, carregadas no programa AutoCad. Limitações de equipamento obrigaram a divisão de cada anemograma em duas imagens, cada uma com 12 horas de registro. Uma rotina em linguagem LISP foi utilizada para entrar as coordenadas dos pontos notáveis da imagem do anemograma, armazenadas como pontos do AutoCad. A seguir, a sequência de pontos era armazenada num arquivo texto que simula a entrada de dados produzida pelos programas originais que utilizavam a mesa digitalizadora. A leitura do arquivo texto foi efetuada por um programa escrito em linguagem Basic, numa versão mais recente que as utilizadas no programa legado da CESP, mas mantendo a lógica de tratamento de dados das rotinas originais. Foi necessário acrescentar uma rotina para rotação dos dados em torno da origem, para alinhar os eixos do anemograma digitalizado com o eixo horizontal. Na versão original do programa, essa operação era feita manualmente, ao colocar o registro gráfico sobre a mesa digitalizadora. Outra modificação empregou uma rotina para fazer a translação das coordenadas da segunda parte da imagem digitalizada, para que os dois conjuntos de dados compartilhassem a mesma origem. Com essa sequência de operações cada gráfico diário transformou-se em dois arquivos texto, lidos pelo programa de tratamento dos dados, que transformava essas informações numa única linha da tabela com o relatório dos dados diários do posto. A tabela de dados do posto apresenta os percursos diários em km em 8 direções e de vento calmo. As últimas 9 colunas apresentam as durações do vento em cada direção e do vento calmo, em décimos de hora (ex. 55 = 5 horas e 5 décimos de hora 30minutos). As figuras a seguir ilustram as etapas envolvidas no trabalho: Figura 4.1.1: Exemplo de anemograma escaneado parte inicial do dia. 3

10 Figura 4.1.2: Detalhe do registro das coordenadas dos pontos relevantes utilizando o AutoCad. DISTÂNCIA TOTAL PERCORRIDA EM KM N NE E SE S SW W NW CA N NE E SE S SW W NW CA 04/12/ Figura 4.1.3: Exemplo da saída do programa de processamento dos anemogramas. Como parte desse esforço de recuperação de informações gráficas de equipamentos registradores antigos, foi desenvolvida uma versão em ambiente Windows do programa de digitalização de imagens. Com isso pode ser dispensada a etapa que se valia do AutoCad para transformar os pixeis das imagens em coordenadas. O programa, desenvolvido em Visual Basic, trabalha como uma mesa digitalizadora virtual, produzindo numa única etapa os arquivos texto com as coordenadas dos pontos que indicam o percurso e direção dos ventos. 4

11 Figura 4.1.4: Tela de entrada de dados do novo programa de digitalização desenvolvido Coleta de informações e relatos sobre pontos criticos de dificuldades de navegação A metodologia para coleta de informações consistiu de pesquisa-entrevista, através de um questionário respondido pelos comandantes dos comboios fluviais, para saber a opinião deles quanto às condições da via navegável da hidrovia Tietê-Paraná, bem como as características do comboio, no que diz respeito ao sistema de propulsão e forma de governo com diferentes fatores climáticos. O formulário utilizado para a pesquisa-entrevista é apresentado a seguir: Pesquisa realizada com os Comandantes de Comboios da Hidrovia Tietê-Paraná Nome: ( ) Capitão Fluvial ou ( ) Piloto Fluvial Empresa: 1 Qual é a formação do comboio? ( ) Uum Um empurrador e 4 barcaças (formação 2x2) ( ) Um empurrador e 2 barcaças (Formação em linha) ( ) Um empurrador e 9 barcaças (formação de 3 x3) ( ) Um empurrador e 8 barcaças (formação 4x2) ( ) Outra formação 2 Cite as dimensões do comboio. Comprimento Boca Calado Pontal 3 Qual é o tipo de propulsão empregada no empurrador? ( ) Hélice de passo fixo ( ) Hélice de passo variável 5 ( ) Azimutal 4 Qual a quantidade de motores de propulsão é a potência de cada um? ( ) Um motor de propulsão. Com potência de Hp. ( ) Dois motores de Propulsão. Com potência de Hp. ( ) Três motores de propulsão. Com potência de Hp. 5 Quais são as condições de governo do comboio com o tempo bom? ( ) Ótima ( ) Boa ( ) Regular ( ) Ruim 5

12 ( ) Péssima 6- Quais são as condições de governo do comboio em mal tempo? ( ) Ótima ( ) Boa ( ) Regular ( ) Ruim ( ) Péssima 7 Com respeito a manutenção do sistema propulsivo do empurrador, qual a periodicidade que é realizada? ( ) Toda semana ( ) Duas vezes por mês ( ) Mensalmente ( ) Três vezes ao ano ( ) Somente quando avariado ( ) Outros. (citar) 8 Qual é a sua opinião sobre as condições da Hidrovia Tietê-Paraná? ( ) Boa ( ) Ótima ( ) Regular ( ) Ruim ( ) Péssima 9 Quanto a sinalização da hidrovia, você classifica como: ( ) Ótima ( ) Boa ( ) Regular ( ) Ruim ( ) Péssima 10 Qual é o tempo aproximado para que todo comboio realize uma eclusagem, envolvendo desmembramento? 11 Qual é o tempo aproximado para que todo comboio realize uma transposição de ponte onde é necessário efetuar o desmembramento? 12 Existe determinação das empresas para que se efetue a transposição em qualquer condição climática? ( ) Sim ( ) Não 13 Em quais condições você não efetua a transposição de uma ponte? (pode assinalar várias alternativas se for o caso) ( ) Com presença de chuva. ( ) Com a presença de chuva e vento. ( ) Com a presença de chuva, vento e no período noturno. ( ) Com a presença de chuva, vento, no período noturno e com as barcaças vazias. ( ) A transposição é efetuada em qualquer condição climática. 14 Em sua opinião as informações climáticas seriam importantes para decidir sobre efetuar uma transposição de ponte? ( ) Sim ( ) Não ( ) Tanto faz (efetuo a transposição com qualquer condição climática) 15 Existe alguma dificuldade para efetuar manobras com o comboio? ( ) Sim. Caso afirmativo, qual? ( ) Não 16 Em sua opinião, quais as principais melhorias que poderiam ser feitas para melhorar a manobrabilidade do comboio? 6

13 Reunião e estatística de histórico de acidentes O atendimento desta atividade foi elaborada com base nos dados da Capitania Fluvial do Tietê-Paraná Marinha do Brasil, considerando o número de acidentes ocorridos na Hidrovia Tietê-Paraná nos últimos 10 anos. Destaca-se que foram tratados somente os dados relativos aos acidentes envolvendo comboios que transportam cargas de longo curso dentro da Hidrovia, sendo excluídos os acidentes com embarcações areeiras e de esporte e recreio. Na tabela estão identificados os locais e o número de acidentes na hidrovia. A Figura ilustra estes mesmos dados percentualmente. Tabela Quantificação e Local dos Acidentes. Local dos Acidentes Quantidade % Acidentes de acidente Anhembi - SP 2 4 Araçatuba - SP 1 2 Barra Bonita - SP 2 4 Acesso a Eclusa de Barra Bonita - SP 3 6 Boracéia - SP 1 2 Canal de Pereira Barreto - SP 1 2 Eclusa de Bariri - SP 2 4 Acesso a Eclusa de Bariri - SP 2 4 Eclusa de Barra Bonita - SP 2 4 Eclusa de Ibitinga - SP 3 6 Acesso a Eclusa de Ibitinga - SP 5 10 Eclusa de Jupiá - SP 1 2 Eclusa de Promissão - SP 1 2 Acesso a Eclusa de Promissão-SP 5 10 Ilha Solteira - SP 2 4 Acesso a Eclusa de 3 Irmãos -SP 1 2 Nova Avanhandava - SP 1 2 Acesso a Eclusa de Nova Avanhandava - SP 5 10 Pederneiras - SP 4 8 Promissão - SP 1 2 Pilar de Ponte 4 8 Reservatório de Promissão 1 2 7

14 Figura Percentagem de acidentes ocorridos em pontos da hidrovia. 8

15 4.2 - META 2 - Caracterização do regime de ventos, identificação de pistas e previsão de ondas Produção de mapas temáticos de ventos Com a digitalização de todos os anemogramas da antiga estação meteorológica da CESP - Ilha Solteira, compreendendo o período de 1970 a 1997, foi efetuada a redução de dados horários de velocidade e direção predominante do vento. A série histórica de parâmetros horários de vento foi armazenda no banco de dados e realizados os estudos de estatísticos do regime de ventos da região de Ilha Solteira para produção dos respectivos mapas temáticos. A Tabela apresenta as porcentagens médias anuais de ocorrência de ventos em cada direção, para cada ano de observação. Tabela Médias mensais da distribuição percentual de ocorrência do vento médio diário da Estação Ilha Solteira CESP em cada direção. N NE E SE S SW W NW Calmo ,5 17,5 18,0 10,7 10,0 9,9 5,2 6,5 3, ,0 13,9 19,4 8,7 13,7 7,5 7,5 6,2 9, ,7 13,4 18,5 13,8 9,5 7,3 3,7 4,7 6, ,6 23,7 17,9 18,8 5,4 13,9 3,8 6,3 2, ,9 25,2 16,4 24,2 4,6 14,0 3,7 4,9 2, ,7 26,5 17,2 24,2 2,5 12,4 4,4 7,2 3, ,4 25,6 20,7 19,2 3,1 13,0 4,8 7,7 2, ,5 25,6 19,8 10,3 4,4 13,0 5,0 9,4 6, ,9 24,5 23,3 12,5 4,4 13,3 4,4 8,4 4, ,6 22,9 23,1 12,8 6,9 9,7 4,9 8,7 2, ,1 17,0 15,7 6,8 4,9 7,3 3,0 4,3 4, ,9 17,2 21,8 10,5 5,6 10,2 3,5 4,5 7, ,9 16,8 23,4 14,2 9,6 9,4 4,3 5,7 4, ,8 22,1 22,8 8,1 11,0 8,2 4,0 4,8 6,0 Média 8,3 20,8 19,9 13,9 6,8 10,7 4,4 6,4 4,6 O padrão de variação anual da distribuição média da ocorrência de ventos diários pode ser observado na Figura

16 30 Ocorrência (%) N NE E SE S SW W NW Figura Histórico da distribuição média anual de ventos em cada direção. Estação Ilha Solteira CESP, período A distribuição percentual de ocorrência do vento máximo diário, em cada direção, é apresentada na Tabela para cada ano de observação. Tabela Distribuição percentual de ocorrência do vento máximo diário. N NE E SE S SW W NW ,2 9,3 21,9 11,9 10,6 5,3 8,6 7, ,2 16,8 22,4 10,9 12,2 8,6 6,9 6, ,2 17,6 9,8 21,7 14,3 8,6 7,0 5, ,4 28,4 9,1 20,9 5,5 15,2 5,2 8, ,6 25,3 12,6 24,7 4,7 15,1 4,1 6, ,8 27,1 8,8 25,5 3,3 13,2 4,4 12, ,5 24,9 9,9 23,3 2,7 17,5 5,5 10, ,0 26,8 18,9 8,5 6,6 14,0 6,0 10, ,5 27,3 22,3 10,7 3,6 15,7 4,4 7, ,8 24,1 23,3 11,2 4,9 11,2 5,5 11, ,6 28,6 17,6 10,2 6,7 12,2 5,5 10, ,0 22,8 21,7 11,8 6,6 12,1 6,9 9, ,6 14,5 21,9 14,8 8,2 11,5 7,4 6, ,4 23,3 22,5 4,7 11,5 12,1 6,6 6,0 Total 10,2 23,3 17,2 15,2 6,9 12,8 5,9 8,5 O padrão de variação anual da distribuição média da direção de ocorrência do vento máximo diário pode ser observado na Figura

17 30 Ocorrência (%) N NE E SE S SW W NW Figura Histórico da distribuição anual das direções de ocorrência do vento máximo. Estação Ilha Solteira CESP, período O padrão de distribuição médio da ocorrência de ventos é apresentado na figura 4.2.3, assim como a sua distribuição trimestral, para examinar a sazonalidade do padrão de ocorrência de ventos. Distribuição percentual dos ventos N NW NE NW Distribuição sazonal de ventos N NE W 5 0 E W 5 0 E (a) SW S SE (b) Figura Distribuição percentual de ventos: a) média anual; b) média trimestral. Estação Ilha Solteira CESP. SW J F M J A S S A M J O N D SE Os dados da Figura mostram uma prevalência de ventos nas direções NE e E, seguidos pela direção SE. O padrão sazonal mostra poucas alterações em relação ao padrão anual, com um pequeno aumento na direção E nos meses de abril-maio-junho e julho- 11

18 agosto-setembro. Observa-se também um aumento de cerca de 5% de ventos na direção noroeste nos meses de outubro a março. A ocorrência de períodos de calmaria é apresentada na Figura Distribuição sazonal de vento calmo 6 5 Porcentagem (%) J F M A M J J A S O N D Média Figura Distribuição percentual de períodos de calmaria. Estação Ilha Solteira CESP. Com relação ao vento máximo instantâneo, apresenta-se na Figura a distribuição percentual de ocorrência em cada direção. Para facilitar a comparação a distribuição de ventos médios é apresentada novamente na Figura (b). (a) Percentual de ocorrência do vento máximo W NW N NE E (b) Distribuição percentual dos ventos N NW W NE E SW SE SW SE S Figura Distribuição percentual de ocorrência: a) vento máximo; b) vento. Estação Ilha Solteira CESP. S 12

19 Observa-se na distribuição de direções do vento máximo diário (figura a), em comparação com a distribuição geral dos ventos (Figura b) uma pequena diminuição de ocorrência do máximo na direção Leste e aumento nas direções SW e NE. A velocidade média dos ventos é apresentada na Figura 4.2.6, juntamente com o valor da máxima média diária Velocidade Média Diária N 15 NW 10 NE 5 W 0 E SW SE Média S Máxima Figura Velocidade média e máxima observada dos ventos diários em m/s. Estação Ilha Solteira CESP. Verifica-se uma distribuição uniforme de velocidades médias em todas as direções. O valor máximo da direção Sul foi o maior valor observado, seguido pelas direções E e NE. O padrão sazonal de distribuição dos ventos médios diários é apresentado na Figura Observam-se velocidades ligeiramente maiores no período de julho a dezembro, em todas as direções, e um comportamento bastante semelhante nos meses de janeiro a junho. Intensidade dos ventos médios (m/s) W NW N NE E SW SE JAS JFM S OND AMJ Figura 4.2.7: Velocidade média dos ventos diários em m/s. Estação Ilha Solteira CESP. 13

20 Os valores numéricos dos ventos apresentados nas figuras e foram transcritos na Tabela Tabela Velocidades médias e máximas em m/s. N NE E SE S SW W NW Velocidades Médias média máxima Velocidades Máximas mediana maxima A velocidade dos ventos máximos diários observados no período é apresentada na Figura 4.2.8, juntamente com o valor da mediana dos máximos observados em cada direção. Velocidade Máxima Instantânea N 40 NW NE 10 W 0 E SW SE Mediana S Máxima Figura 4.2.8: Velocidade máxima observada e valor mediano dos ventos máximos diários em m/s. Estação Ilha Solteira CESP. A distribuição das velocidades é apresentada para 3 direções nos histogramas das figuras 4.2.9, e As figuras e apresentam as distribuições de frequência acumuladas para as 8 direções consideradas. 14

21 600 Direção N 500 Número de ocorrências Velocidade (m/s) Figura 4.2.9: Histograma das velocidades médias observadas na direção N. Estação Ilha Solteira CESP. 9 Mais 700 Direção NE 600 Número de ocorrências Velocidade (m/s) Mais Figura : Histograma das velocidades médias observadas na direção NE. Estação Ilha Solteira CESP. 15

22 800 Direção E 700 Número de ocorrências Velocidade (m/s) Mais Figura : Histograma das velocidades médias observadas na direção E. Estação Ilha Solteira CESP. Freqüência acumulada (%) N NE E SE Velocidade (m/s) Figura : Distribuição de freqüências acumuladas das velocidades médias do vento nas direções N, NE, E e SE. Estação Ilha Solteira CESP. 16

23 Freqüência acumulada (%) Velocidade (m/s) Figura : Distribuição de freqüências acumuladas das velocidades médias do vento nas direções S, SW, W e NW. Estação Ilha Solteira CESP. S SW W NW Os dados das frequências observadas podem ser utilizados para determinar, por interpolação, eventos com períodos de retorno relativamente pequenos, como é o caso das ondas esperadas nos reservatórios. O vento reinante é o vento mais energeticamente intenso. A figura apresenta o vento reinante. Ventos reinantes (J/kg) W NW N NE E SW SE JAS JFM S OND AMJ Figura : Distribuição sazonal dos ventos reinantes. Estação Ilha Solteira CESP. 17

24 Os valores da energia por unidade de massa são calculados multiplicando-se a frequência de ocorrência pela velocidade média elevada ao quadrado. Observa-se no padrão sazonal do vento reinante, visualizado na Figura , que as direções NE e E são as de maior energia, seguidos pelos ventos de SE Produção de mapas temáticos de pistas Os mapas das pistas de vento foram feitos com o uso da ferramenta desenvolvida anteriormente no projeto Ondisa, denominada de OndisaCAD. O programa possui interatividade com o software AutoCAD, da Autodesk. O programa se baseia em alguns métodos empíricos para a realização dos cálculos de altura de onda. Para este trabalho, foi utilizado, na segunda parte, referente à criação dos mapas de ondas, apenas o método JONSWAP (Join North Sea Wave Project), que consiste numa série de levantamentos de dados de ventos e ondas realizados no Mar do Norte no final dos anos 60, com o objetivo de entender e caracterizar a criação da onda com o vento. A obtenção das margens georreferenciadas dos trechos da hidrovia Tietê-Paraná se deu por meio de alguns arquivos em formatos de AutoCAD (com extensão dwg) já prontos do IPT (Instituto de Pesquisa Tecnólógica) e outros foram feitos com o uso do próprio AutoCAD com o auxílio de cartas georreferenciadas em formatos TIFF (Tagged Image File Format) da hidrovia. Considerando o delineamento das margens dos lagos, dá-se início ao processamento dos dados, gerando as informações necessárias para a confecção dos mapas. Foram processadas para cada arquivo, todas as dezesseis direções de vento presentes do programa OndisaCAD. Os trechos dos rios que compõem a hidrovia foram divididos em nove, conforme já foi definição nas cartas georreferenciadas da hidrovia. O programa OndisaCAD não funciona de forma totalmente automática, portanto é necessária a interação do usuário em todos os processos. Abaixo é mostrado o fluxograma dos processos feitos pelo usuário: 18

25 Figura Interação do usuário com o OndisaCAD para a criação dos mapas de pista de vento. Os mapas de pista de vento são executados levando em consideração somente a direção do vento, não é necessário inserir a velocidade do vento. Dessa forma, para cada trecho da hidrovia, foram criados 16 mapas de pista de vento, totalizando 144 mapas, que estão dispostos no Banco de Dados do Projeto Ondisa. As informações do mapa de pistas podem ser visualizadas diretamente no ambiente do programa ONDISACAD, como exemplificado neste relatório mais a frente. Esse resultado, entretanto, não é compatível com os programas SIG. Por isso é gerado um arquivo texto com as informações de coordenadas UTM X e Y de cada ponto da malha gerada, seguido do comprimento da pista em metros. Esses arquivos podem ser carregados para análises de atribuição de pesos no SIG e, também, são consultados pelo OndisaCAD para o cálculo de ondas. Neste trabalho foram utilizadas malhas de tamanho variável, de acordo com o tamanho da superfície livre, variando entre 200m e 500m. A geração das pistas é a etapa mais demorada do programa. O tempo de cálculo para o reservatório de Ilha Solteira, com malha de 200m, é de 1:50h no AutoCad 2011 versão 64bits, rodando num processador Corei5 de 3GHz. Certos cálculos chegaram a consumir 12 horas de processamento em micros menos potentes. Entretanto, as limitações não são apenas de tempo de processamento, mas também de espaço de memória interno ao ambiente do LISP sob o AutoCad. A versão 32bits do AutoCad gera erro quando se deseja calcular as pistas com malha de 200m no lago de Ilha Solteira, mas calcula corretamente com malhas de 250m. 19

26 A Figura mostra um exemplo dos mapas de pista de vento produzidos para o trecho de Ilha Solteira na direção norte, com malha de 250m de lado. Para os mapas de ondas é necessária também a velocidade do vento, além da direção. Figura : Comprimento de pistas para vento N do reservatório de Ilha Solteira. Os mapas de pistas de cada reservatório podem ser superpostos para indicar, em cada ponto da malha, a maior pista decorrente de ventos de qualquer direção. Com isso, pode-se obter uma avaliação geral da possibilidade de ocorrência de ondas em cada local do reservatório. Um exemplo desse tratamento é apresentado na figura para o reservatório de Ilha Solteira. 20

27 Figura : Comprimento de pista máximo na malha de pontos do reservatório de Ilha Solteira Produção de mapas temáticos de ondas Na elaboração destes mapas foi utilizada a linguagem de programação científica LISP, sendo o AutoLISP uma implementação da linguagem LISP utilizada dentro do ambiente AutoCAD, o VisualLISP é a nova geração de ambiente de programação em AutoLISP. Para se estimar as ondas por meio do ONDISACAD foi utilizado o método JONSWAP. As fórmulas de previsão de altura significativa e período de ondas foram obtidas através deste estudo considerando uma velocidade de vento constante e contabilizando as limitações de pista e de duração para desenvolvimento da onda. O modelo desenvolvido pelo projeto JONSWAP parte de um modelo para mar plenamente desenvolvido. Segundo Maciel (2009), o resultado final para previsão de altura de onda em termos da pista de vento e da velocidade do vento é dado pela Equação 1. H=0,0163 F 0,5 U (1) Sendo H a altura de onda (m), F a pista efetiva (km) e U a velocidade do vento (m/s). Outra relação diz respeito ao estado de mar, segundo a qual este não se desenvolverá 21

28 plenamente quando F< 2,32U². Para o mar desenvolvido, a expressão de altura significativa da onda segue a Equação 2. Hs = 0,0248U² (2) Para a geração dos mapas foi admitida a hipótese de que o vento médio é constante para todo o período. Com base nos dados das medições de velocidade e direção de vento, efetuadas no projeto ONDISA por meio de anemômetros sônicos e convencionais, foi feito o processamento de mapas de pista de vento e de ondas pelo software ONDISACAD. Foram elaborados mapas para todas as direções de vento, considerando uma velocidade de 20m/s. O processamento desses mapas de ondas foi realizado para trechos da hidrovia que compõe a região de Ilha Solteira, Nova Avanhandava, Pereira Barreto, Bariri, Ibitinga, Jupiá e Barra Bonita nas 16 direções de vento. Nas Figuras e são apresentados exemplos de mapa de ondas para o lago de Ilha Solteira. Para esses exemplos foi usado o máximo vento diário observado na estação meteorológica de Ilha Solteira CESP. Figura : Mapa de ondas no reservatório de Ilha Solteira. Vento N. 22

29 Figura : Mapa de ondas no reservatório de Ilha Solteira. Vento NE. Nas figuras a são apresentados exemplos ilustrativos dos mapas de ondas para os lagos de Promissão, Três Irmãos e Jupiá. Para esses exemplos foi usado um vento máximo de 20m/s. 23

30 Figura : Mapa de ondas no reservatório de Promissão. Vento NO. Figura : Mapa de ondas no reservatório de Três Irmãos. Vento NO. 24

31 Figura : Mapa de ondas no reservatório de Jupiá. Vento S. Figura : Mapa de ondas no reservatório de Três Irmãos Entrada do Canal de Pereira Barreto. Vento E. Assim como nas pistas de vento, os resultados de ondas máximas em cada ponto da malha, independente da direção de vento considerada, foram agrupados em um único mapa. A Figura apresenta, a título de exemplo, o resultado da máxima altura de ondas para cada ponto da malha resultante dos ventos atuando em cada uma das 8 direções. 25

32 Figura : Mapa de ondas máximas, em metros, previstas no reservatório de Ilha Solteira. As informações dos mapas de ondas máximas permitem uma avaliação geral sobre a possibilidade de ocorrerem ondas, mas não informam sobre o risco dessa ocorrência, porque não incorporam as probabilidades de ocorrência dos ventos em cada uma das direções META 3 - Mapeamento georreferenciado de pontos críticos Cartografia de campo No transcorrer do projeto, foram efetuados georreferenciamentos de alguns pontos em pistas de maior interesse da pesquisa. O mapeamento completo da hidrovia havia sido elaborado pelo D. H. no trecho do Rio Tietê e pela AHARANA no Rio Paraná, conforme constam na série Cadernos de Navegação. Portanto, trata-se de ação concluída, visto que os arquivos vetoriais que originaram a referida série de cadernos foram disponibilizados para o projeto e inseridos na base de dados. Deste modo essa informação, caso necessário, pode ser utilizada em mapas temáticos. 26

33 Digitalização de dados e produção de mapas Os principais dados colhidos na cartografia de campo integraram a base de dados para o georreferenciamento da instrumentação e para a confecção dos mapas destinados a elaboração das pistas de estudo META 4 - Zoneamento de áreas de abrigo Superposição de mapas temáticos em SIG Esta atividade foi parcialmente concluída, uma vez que foram estabelecidos em mapas os contornos, as pistas de vento e de ondas nos lagos. Contudo, o zoneamento das áreas de abrigo também depende da profundidade do lago, especialmente naqueles com grandes variações de nível, assim é necessário incorparar nos mapas os dados de batimetria. Considerando que o D.H. licitou recentemente a execução destes serviços é oportuno aguardar estas informações, para compor os cenários das áreas de abrigo Criação dos mapas de risco de ondas A informação dos mapas de ondas máximas permite uma avaliação geral da ocorrência de ondas, mas não inclui informação sobre o risco de ondas, porque não incorpora as probabilidades de ocorrência em cada uma das direções. Um mapa de risco de ocorrência de ondas precisa unir a informação física de ondas máximas em cada pista à probabilidade de ocorrência do vento gerador na direção considerada. Para isso, usando técnicas de SIG, as alturas de onda foram ponderadas com base na probabilidade de ocorrência de ventos em cada direção, gerando um índice composto para cada direção. Por exemplo, no caso de Ilha Solteira, foram empregadas as informações contidas na Tabela Além do critério de probabilidade de ocorrência do vento máximo na direção considerada, outro peso foi atribuído com base na altura máxima de onda. Todos os pontos nos quais a onda produzida em cada direção foi inferior a 0,30 cm tiveram o valor de seu índice ponderado anulado. A seguir os valores ponderados de cada ponto, em cada direção considerada, foram somados, criando um índice global para cada ponto. Ao valor máximo desse somatório foi atribuído o índice de risco unitário. Todos os pontos foram então normalizados pela divisão do somatório pelo valor máximo. Assim foi criado o índice relativo de ocorrência de ondas em cada reservatório, variando entre 0 (ausência de ondas) até 1 (maior probabilidade de ocorrência de ondas). O resultado da análise de risco de ondas para o reservatório de Ilha Solteira é apresentado, para ilustração, na Figura

34 Figura 4.4.1: Mapa de risco relativo de ondas no reservatório de Ilha Solteira Atribuição de pesos e análise dos cenários Esta atividade, dependente da anterior, ficou parcialmente pendente em razão de não ser possivel ainda atribuir o peso relativo às variações sazonais de níveis nos lagos. Após a conclusão da batimetria nas zonas de abrigo essa atividade deverá ser concluída META 5 - Instalação, operação e manutenção da rede de superfície Fase de aquisição/importação A fase de aquisição dos equipamentos do projeto concluída. A definição do sensor de ondas do tipo ADCP -Acoustic Doppler Current Profiler, demandou uma extensiva busca por soluções técnicas, face à inexistência de experiências de medição de ondas em águas rasas no mundo, e, levou em conta a oportunidade de comparação com um ondógrafo do tipo bóia, que fora adquirido no ambito do projeto parceiro ONDISA3. Para a medição de ventos estava prevista a aquisição de um anemômetro sônico 3-D. Entretanto, como esse tipo de 28

35 sensor já foi adquirido no projeto ONDISA3 e em projeto FAPESP de membro da equipe, foi feita uma alteração de configuração para um anemômetro sônico 2-D e conjunto de cinco anemômetros convencionais para perfilamento do vento no lago. Paralelamente, necessitou-se adquirir como periférico uma torre modular telescópica, para otimização da coleta de dados em campo. Os principais equipamentos para coleta de dados que compõe a rede de instrumentação do projeto estão ilustrados nas figuras a seguir: Figura Anemômetros Sônico 2D Figura Anemômetro Mecânico Convencional Figura Transdutor de Druck PDCR 1830 Figura Perfilador Acústico Figura Datalogger CR 1000 Campbell Nas etapas de instalação de equipamentos, manutenção preventiva e corretiva, foram utilizados diversos insumos como barcos, veículos, suportes para a instrumentação, cabos, fios, cordas, caixas de proteção dos equipamentos em campo, caixa de ferramental 29

36 com chaves diversas, alicates, equipamentos de proteção individual, instrumentos de aferição em instrumentação, utensílios para limpeza e outros materiais de consumo Instalação e testes de campo Aquisição de dados Em local previamente definido de lagos de barragens foram projetadas as campanhas para medição dos parâmetros de ondas e ventos. A instalação da instrumentação se deu conforme os passos que seguem. Foi fundeado um ADCP (Acoustic Doppler Current Profile) com configuração refinada e dedicada para amostragem em reservatórios de rios ou seja, águas rasas, visando a aquisição de dados de ondas gerados por ventos, assim como o perfilamento das correntes no lago. Em outras oportunidades, o ADCP foi utilizado para medições de vazão e perfilamento de correntes, em modo embarcado. Foram utilizados GPS para georreferenciamento dos locais de estudo onde o ADCP foi fundeado, assim como traçar rotas de precisão nos transects efetuados durante as medições de vazão, acoplado a um software de processamento juntamente com o ADCP. Foram utilizados sistemas datalogger de aquisição, processamento e armazenamento da marca Campbell para coleta dos dados de ventos e outros fatores meteorológicos relevantes. Para aplicações mais específicas, onde fosse necessário armazenamento de grandes quantidades de informações por períodos mais extensos, foram adicionados ao datalogger cartões de expansão de memória. Foi estabelecida a telemetria via rádios de espectro 900MHz entre os dataloggers e o Laboratório de Hidrologia e Hidrometria da UNESP de Ilha Solteira, possibilitando aquisição dos dados, reprogramação e manutenção dos equipamentos em tempo real, assim como do ADCP e repetidores, melhorando a logística do trabalho. Foram também testados rádios banda-larga 5.8GHz para transmissão de imagens de infra-vermelho para monitoramento das condições do lago. Para o correto funcionamento da telemetria, foram utilizadas antenas direcionais, omni-direcionais e offsets, tanto dos rádios de espectro 900MHz como dos rádios bandalarga 5.8GHz. Os conversores foram utilizados para comunicação com o ADCP via cabos mais longos, enquanto fundeado, possibilitando aquisição e reprogramação do equipamento via protocolo RS422. Conversores USB/Serial foram necessários para comunicação entre notebooks e a maioria dos equipamentos, já que estes possuem em sua maioria interface serial RS232. Baterias valvuladas, de ciclo profundo, pilhas foram empregadas nos equipamentos, visando garantir a autonomia dos mesmos Packs de baterias para emprego específico no ADCP foram confeccionados, uma vez que os originais deveriam ser importados, com maior custo, sendo viável a montagem própria. 30

37 Foram instalados, em campo, painéis solares de diversas potências junto aos sistemas de aquisição, garantindo a autonomia da instrumentação, tanto como dos rádios de comunicação. Algumas campanhas necessitaram de algumas adequações do local, sendo necessário o uso de ferramentas em campo, no qual foram utilizadas baterias de ciclo profundo em conjunto com inversores DC/AC. Controladores de tensão foram utilizados para regular a tensão proveniente dos painéis solares, visando o correto carregamento das baterias valvuladas. Alguns cabos, conectores e adaptadores foram confeccionados em laboratório e/ou em campo para suprir algumas necessidades de comunicação entre micro - instrumentação e instrumentação - instrumentação. Seguindo a sequência anteriormente descrita, as principais atividades realizadas, durante o período de vigência do projeto, foram as campanhas de medição de vento e ondas nos lagos de Ilha Solteira e Promissão. Estas campanhas foram realizadas com auxilio de uma equipe de apoio composta por pilotos de embarcação, bolsistas e mergulhadores cedidos pela CESP Ilha Solteira. Intercalado a estas campanhas de medição de ondas, foram realizadas várias medições de corrente e perfilamento a jusante dos lagos de Ilha Solteira, Barra Bonita, Bariri, Ibitinga, Promissão e Nova Avanhandava. As figuras e mostram exemplos da estrutura montada para o perfilamento do vento, nos lagos de Promissão e Ilha Solteira, respectivamente. Figura Torre com anemômetros na crista da barragem do lago de Promissão. Figura Torre com anemômetros numa ilhota no lago de Ilha Solteira 31

38 Figura Ilustra o ADCP- Waves montado em caixa suporte niveladora O ADCP opera a partir do fundo do lago, montado em uma caisa suporte niveladora especialmente construída em material não magnético, conforme mostra a Figura Após a deposição, foram necessárias novas campanhas para operações de manutenção como troca de baterias do equipamento e ajustes nas configurações do ADCP. Os dados finais destas campanhas foram colhidos para análise e pós-processados em laboratório. A Figura mostra um exemplo do pós-processamento dos dados de ondas no Lago de Ilha Solteira, por meio do software WAVESMON. Figura Exemplo de processamento de ondas, software WAVESMON, lago de Ilha Solteira A fim de se estabelecer uma telemetria para aquisição dos dados em tempo real no Laboratório de Hidrologia e Hidrometria da UNESP Ilha Solteira (base de análise), foi conveniente que o local de instalação da torre fosse alterado e ao conjunto foi adicionado o ADCP com equipamentos de telemetria para análise destes dados e manutenção como reprogramação em tempo real. Assim como na campanha de Promissão, em Ilha Solteira foram utilizados os mesmos equipamentos para mensurar ventos e ondas, acrescidos de rádios de espectro VHF 900 MHz para telemetria. 32

39 A Figura apresenta a localizaçao da torre de instrumentação para a aquisição simultânea de dados de vento e ondas sobre o espelho d água do lago de Ilha Solteira, com acoplamento a um sistema de transmissão por link via rádio ( Árvore Farol São Martinho Base Recptora LH² Unesp). Figura : Posição da torre de instrumentação para a aquisição de dados de vento e ondas sobre o espelho d àgua do lago de Ilha Solteira e do link de transmissão de dados. A Figura mostra a montagem da instrumentação presa em suporte ancorado em uma árvore, contendo cinco anemômetros distribuídos em perfil logarítimo de altura, caixa de abrigo para datalogger, rádios e baterias, e no topo antenas e painel solar. Na parte submersa, foi fundeado o ADCP - Waves montado em caixa niveladora numa profundidade de 8 metros. O sensor de pressão foi instalado a cerca de 1,5 m de profundidade. A profundidade real varia em função da operação do reservatório. Esta configuração de coleta de dados remota e em tempo real produziu grandes vantagens, seja em nível operacional, pelo fato de se poder acompanhar efetivamente a aquisição dos dados e programar as manutenções, como em carater científico face a capacidade de quantificação e de visualização em tempo real das ondas geradas pelo vento, conforme mostra a Figura

40 Figura : Sistema de amostragem de vento e ondas montado sobre a superfície do Lago de Ilha Solteira.. Figura : Exemplo de processamento de ondas em tempo real. 34

41 4.5.3 Processamento dos Sinais do Transdutor de Pressão A medição de ondas no reservatório de Ilha Solteira teve início com o projeto Ondas produzidas pelo vento no lago de Ilha Solteira, financiado pela FAPESP e encerrado em Esse projeto conseguiu registrar as ondas por alguns meses com um transdutor de pressão localizado próximo a um dos pilares da ponte rodo-ferroviária de Santa Fé do Sul. Foram os primeiros resultados a caracterizar in loco as ondas extremas observadas no reservatório. As maiores ondas capturadas pelo sistema no período de observação situaramse em torno de 1,50m de altura, com períodos de cerca de 3 segundos. Entretanto, não houve condição, na época, de validar os resultados com observações independentes das ondas. Com o ADCP-Waves no projeto, abriu-se a possibilidade de comparação do desempenho das duas tecnologias de medição de ondas: ADCP e medição de pressão. As diferenças de concepção e preço, aliadas ao fato de que os ondógrafos tipo ADCP utilizam firmware fechado, e ao custo inferior da solução baseada em transdutores de pressão foram os principais fatores que conduziram esta etapa do projeto, que permitiu comparar as duas técnicas em condições de campo. Apresenta-se a seguir uma exposição das técnicas de correção do sinal de pressão baseadas na teoria linear de ondas gravitacionais, que explicitam o tratamento do sinal realizado neste trabalho. Segue-se a apresentação de resultados que confirmam o funcionamento do software de correção desenvolvido e a comparação de eventos registrados simultaneamente pelos dois processos. Condensado da Teoria Linear e Técnicas de Medição A superfície do oceano pode ser representada por z = (x,y,t) em um sistema de coordenadas em que z é vertical, t é o tempo e x e y são coordenadas horizontais. Assume-se que = 0. Em geral as propriedades estatísticas dessa superfície variam lentamente no tempo e no espaço. Podem ser descritas localmente por uma transformada de Fourier tridimensional, X (L,,f); isto é, a superfície pode ser considerada como a superposição de ondas de todas as componentes de comprimento de onda L = 2π/K e períodos T = 1 / f, transitando em todas as direções. Em geral, assume-se que para grandes comprimentos de onda (L>1m) vale a relação de dispersão: 2 w 2 gk em que w 2 f, K (1) L Isto reduz a dimensão da transformada e o resultado é um espectro direcional (L, ) ou (f, ). A superfície é então descrita por uma superposição de ondas planas com vários comprimentos de onda e direções. A integração de ao longo de todos os ângulos produz o 35

42 espectro de uma dimensão G(f) ou G(L) que é o espectro da elevação medida em um ponto. A integração de G ao longo da freqüência nos fornece a variância da elevação. Se é um processo randômico gaussiano de faixa estreita, então a raiz quadrada da variância vale ¼ do terço das maiores ondas, o que é chamado de onda significativa. Para ondas pequenas (L < 1m), a relação de dispersão é desconhecida. Essas ondas são fortemente influenciadas por correntes superficiais. A medida de deve ser feita em relação a uma referência fixa. Perto de terra isto é fácil, podendo-se colocar o instrumento no fundo (referência para a medição da pressão) ou preso a uma estrutura fixa, como no caso deste trabalho. Em geral, em águas profundas, duas referências são utilizadas: o nível médio do mar, em medições inerciais e em nível profundo em que a influência da onda é pequena, em medições por pressão. Tipicamente este nível profundo é da ordem de 0,5 a 2 comprimentos da onda de maior comprimento a ser medida. A atenuação da onda com a profundidade, como sabemos, é exponencial e o movimento a ¾ L é da ordem de 1% do movimento da superfície. De forma Sumária, as Técnicas de medição consideram: medições em um ponto; medições em vários pontos; medições em um ponto ou área por sensoriamento à distância. Enfatizando-se a medição em um ponto (como no caso deste projeto), em geral, podemos citar três técnicas distintas, a saber: medição por pressão; * medição direta da superfície; medição inercial. A medição por pressão foi executada neste projeto, para cotejo com a técnica baseada em medição de velocidades orbitais por ADCPs, para analisar seu potencial como solução de monitoramento nos reservatórios da hidrovia Tietê-Paraná, com um custobenefício possivelmente melhor. Medição por Pressão Para uma onda progressiva com deslocamento da superfície da água dado por a cos(kx t) (2) 2 em que a = amplitude, k = 2π/L, número de onda e = 2π/T, freqüência, o potencial de velocidade é dado por a g cosh k(d z) sen(k x t) (3) 2 cosh kd 36

43 em que d = profundidade local, z = ordenada vertical a partir do nível médio, positivo para cima. Em considerando os domínios de aplicabilidade da Teoria Linear, e os efeitos combinados das componentes hidrostática e dinâmica das pressões, pode-se escrever (cf. Dean, 1991) 1 : p P TOTAL = P HIDROSTÁTICA + P DINÂMICA (4) gz, em que ρ = massa específica da água. (5) t Para uma onda progressiva descrita pelo potencial acima temos ou a coshk(d z) p gz g cos(k x t) (6) 2 cosh kd p gz g K (z) (7) P Portanto, pela teoria linear a variação da pressão, em relação à pressão hidrostática média, produzida por uma onda em um ponto abaixo da superfície é dada pelo segundo termo da equação acima, em que K P é o fator de atenuação de pressão: K P cosh k(d z) (8) cosh kd Portanto, pode-se medir ondas por meio da medição das flutuações de pressão, calculando-se a variação da superfície da água associada às flutuações de pressão, por meio do termo referente à pressão dinâmica: pd (9) gk ( h) P em que h é a profundidade de instalação do sensor. Função de Transferência H (f) por: Em termos de espectro, um diagrama esquemático da medida pode ser representado H( f ) S n ( f ) S p ( f ) 1 - DEAN, R.G. ; Dalrymple, R.A. (1991). Water wave mechanics for engineers and scientists. Advanced Series on Ocean Engineering v.2. World Scientific. 2 ª ed.,

44 em que: S p ( f ) = espectro de pressão; S n ( f ) = espectro de variância de superfície; H( f ) = função de transferência da massa de água. O espectro de pressão é dado por S P ( f ) = [ g] 2 S n ( f ) [H( f )] 2 (10) ou, abandonando o termo [ g], que pode ser incorporado à calibragem do sensor, resulta: S ( f ) P Sn( f ) (11) 2 [H( f )] A função de Transferência H ( f ) é dada por: cosh k (d z) H( f ) (12) cosh kd e pode ser explicitada em função da frequência f, via relação de Dispersão da Teoria Linear: em que 2 g k tanhkd (13) 2 f = 2π/ T, frequência; k = 2π/L, número de onda. A cada valor de frequência corresponde um valor de H( f ) a ser usado na correção do espectro de pressão para obtenção do espectro na superfície. Com o algoritmo FFT, este cálculo tornou-se rápido e operacional. Antigamente era comum usar-se um valor de H ( f ) correspondente à onda de período dominante (T = 1/f), o que não é totalmente correto. Teste do Programa de Correção das Leituras O Programa foi testado com uma senóide gerada a partir de 2 frequências, para garantir o funcionamento das etapas das transformações nos domínios do tempo e da frequência realizados pela DFT e pela IFT. As figuras a apresentam os resultados. Na Figura o sinal original usado para teste, na Figura sua distribuição espectral gerada pela DFT do programa de tratamento de dados e na Figura a reconstituição do sinal pela IFT. Outros testes foram conduzidos, com resultados igualmente aceitáveis, concluindo-se pelo correto funcionamento do programa. Os programas desenvolvidos foram baseados em codificação apresentada por Smith (1997) SMITH, S.W. (1997). The Scientist and Engineer s Guide to Digital Signal Processing. California Technical Publishing, SanDiego, California. ISBN

45 2,5 2 Entrada 1,5 1 0,5 0-0,5 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6-1 -1,5-2 -2,5 Figura : Senóide com duas componentes fundamentais utilizada para teste do programa de tratamento de dados. 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, Figura : Espectro de frequências obtido pelo programa a partir do sinal da Figura

46 2,5 2 Reconstituída 1,5 1 0,5 0-0,5 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6-1 -1,5-2 -2,5 Figura : Senóide reconstituída a partir do espectro da Figura pela rotina de IFT (transformada inversa de Fourier) do programa de tratamento de dados. Detalhes do Programa e Dados Produzidos O sinal de pressão é amostrado com uma frequência de 5 leituras por segundo e transmitido para a base juntamente com uma string identificadora da data, hora, minuto e segundo da leitura. A primeira atividade da sequência de cálculo é a determinação da profundidade média do sensor. Esse cálculo é efetuado a cada minuto, ou seja, abrangendo uma amostra de 300 leituras. A profundidade média de cada minuto é subtraída do sinal total, gerando o sinal de variação de pressão, X(i), com i variando de 0 a 299. Apenas a variação de pressão é submetida à transformada discreta de Fourier, gerando duas séries de 150 dados, ReX(k) e ImX(k), correspondendo à parte real e a imaginária da transformada. Com a profundidade total do local de instalação e com a imersão do sensor dada pela profundiade média é calculado o fator de correção H(f), que depende de k, que por sua vez depende do comprimento de onda L, conforme as equações 12 e 13. Para uma onda de águas profundas (d>>l): tanh kd = 1 e L = 1,5613 T 2. É utilizado um processo iterativo, partindo-se do valor de L para águas profundas. O processo termina quando a diferença entre dois valores do parâmetro k for menor que 0,0001, ou quando a convergência não é atingida em 20 iterações. A Figura apresenta o trecho de código do processo para cálculo de H(f). 40

47 ' z = imersão ou recobrimento do sensor de pressão ' N = número de pontos (300) tanhkd0 = For f = 1 To N/2 freq = f*samplerate/n Cte1 = Pi*2*g / (Pi*2*freq)^2 Lx = Pi*2*tanhkd0 kx = Pi*2/Lx ' processo iterativo para definir L e k For ik = 1 To 20 Lnovo = Cte1 * tanh(kx * prof_local) knovo = Pi*2/Lnovo If (Abs(Lnovo - Lx)) >= Then Lx = Lnovo kx = knovo Else ik = 20 Lx = Lnovo kx = knovo End If Next ik H2(f) = 1/(cosh(kx*(prof_local-z))/cosh(kx*prof_local))^2 If H2(f) > 10 Then H2(f)=10 ' limite filtra dias sem ondas Next f Figura : Sequência de cálculo do fator de correção para cada frequência. Com H(f) calculado, a correção é aplicada aos vetores ReX e ImX, sendo então chamada a transformada inversa. Após a inversão os dados ficam disponíveis em um vetor XC(i) e são também registrados em arquivo, juntamente com a informação sobre a data e hora. O vetor de valores de onda XC é então ordenado em ordem decrescente e calcula-se a média dos maiores 100 valores a cada minuto. Essa média é armazenada no vetor Hs(j) com j correspondente ao minuto do dia sendo tratado. Ao final do dia, o processo repetiu-se 1440 vezes, produzindo o vetor de alturas significativas a cada minuto. O protótipo do programa foi testado em planilhas Excel, usando macros codificadas em VBA, Visual Basic for Applications, com as entradas e saídas de resultados parciais diretamente na planilha. Apesar do protótipo rodar em um esquema bastante ineficiente, pois o processo de escrever valores parciais nas células da planilha consome muito mais tempo que a gravação em arquivos texto, o tratamento completo de 1 dia de dados foi efetuado em cerca de 5 minutos num processador I5 de 3.2GHz rodando Windows7-64bits. Assim, pode-se esperar um tempo de processamento de no máximo 1 minuto em um programa dedicado. As figuras a apresentam os dados produzidos pelo programa de processamento dos sinais de pressão, ilustrando um dia de observação. 41

48 Figura : Profundidade média a cada minuto no dia Figura : Altura máxima de onda calculada a cada minuto no dia Figura : Altura significativa de onda calculada a cada minuto no dia

49 Figura : Distrbuição espectral de ondas obsevadas às 14:20h do dia Análise de Eventos Medidos pelas duas Técnicas A Figura mostra o resultado de um evento observado pelo ADCP-Waves, visualizado pela interface de saída do software do fabricante. As observações são do dia 31 de janeiro de A parte inferior da figura traz um detalhe compreendendo o intervalo entre 21:09 horas e 01:09 horas do dia 01 de fevereiro. Figura : Medição de um evento pelo ADCP-Waves. Altura significativa em metros (eixo y), em função do tempo (eixo x). 43

50 A Figura apresenta o resultado da altura significativa proporcionado pelo tratamento dos sinais de pressão. 0,6 0,5 hs (m) 0,4 0,3 0,2 0,1 0 21:10 21:30 21:50 22:10 22:30 22:50 23:10 23:30 23:50 Figura : Medição do mesmo evento (dia 31/01) pelo tratamento dos sinais de pressão. Observa-se na Figura um pico de 0,50m na altura significativa, em contraposição a 0,48m indicado pelo ADCP-Waves. Entretanto o pico está um pouco adiantado na Figura Talvez isso seja devido à maior resolução temporal das leituras do transdutor, que oferecem uma leitura a cada minuto. A parte final da amostra indica que o ADCP-Waves subestimou as pequenas alturas em relação ao transdutor de pressão. A Figura apresenta outro evento pelo ADCP-Waves, com um zoom menor, abrangendo 4 dias entre 01 e 05 de fevereiro. O espaço entre as linhas verticais corresponde a 8 horas. Cada linha vertical. Observa-se no dia 04 de fevereiro uma altura significativa de cerca de 0,60m. Figura : Medição de evento pelo ADCP-Waves no dia 04 de fevereiro, com altura significativa de cerca de 0,60m. O mesmo evento do dia 4 de fevereiro é apresentado na Figura a partir do sensor de pressão. 44

51 Figura : Medição do mesmo evento da Figura pelo tratamento dos sinais de pressão. Observa-se novamente uma subestimação do pico calculado a partir do transdutor de pressões, de cerca de 0,50m, versus 0,60m do ADCP-Waves. Os resultados expostos neste item demonstraram que é possível monitorar continuamente os estados de agitação do lago com o transdutor de pressão acoplado a um programa dedicado para compensação da atenuação dos sinais com a profundidade de instalação e com o aumento da frequência das oscilações de pressão. O protótipo de software empregado pode ser facilmente implantado em qualquer ambiente, para proporcionar um cálculo a cada minuto do estado da superfície. Assim, podem ser disponibilizados, praticamente em tempo real, dados da profundidade média, altura significativa e período das ondas dominantes Inspeção e manutenção preventiva e corretiva dos equipamentos Foram realizadas diversas campanhas para manutenção corretiva e preventiva na instrumentação de campo, que em geral envolviam, trocas de baterias, substituição de sensores e reajustes da torre e no ADCP. Ainda, em virtude da variabilidade do nível d água, especialmente no caso do lago de Ilha Solteira, quase que semanalmente houve a necessidade de inspeções e de reposicionamento da instrumentação. 45

52 4.6 - META 6 - Estudos de manobrabilidade e critérios de decisão para transposição de obstáculos Estudo de campo (embarcado) análise do comportamento dos comboios em manobra Para estudar o comportamento dos comboios em manobras a pesquisa se deu em duas frentes. A primeira foi identificar junto aos comandantes dos comboios a opinião de cada um de modo que poderíamos identificar problemas imediatos em função da experiência destes profissionais. Foi pesquisado junto as empresas de navegação de longo curso na hidrovia Tietê-Paraná (Louis Dreyfus Comercial Quintella, ADM Sartco e TNPM e PBV antiga Torque) e a Capitania Fluvial do Tietê-Paraná as características dos comboios empregados neste transporte e em especial o sistema de propulsão dos empurradores. Além disso, foi realizada pesquisa junto aos Comandantes de comboios da Hidrovia Tietê-Paraná, tendo sido identificados os principais problemas, principalmente durante as transposições de pontes. As informações meteorológicas para a tomada de decisões antes do início das manobras de transposição e eclusagens, mostrou-se um dado de significativa importância. Destaca-se que somente os comandantes das empresas TNPM e PBV responderam aos questionários. Em decorrência da análise dos questionários aplicados aos Comandantes de comboios destacamos os seguintes pontos: Todos os comboios utilizados na Hidrovia Tietê-Paraná possuem sistema de propulsão e governo formado por hélice de passo fixo e leme; Todos os comboios possuem formação 2x2 (um empurrador e quatro barcaças). Todos empurradores possuem 2 motores de 400 Hp cada. 100% dos Comandantes que responderam aos questionários consideram como ótima as condições de governo do comboio com o tempo bom. Quanto a manutenção do sistema propulsivo dos empurradores, 40% informaram que só é feita quando há avaria e 60% em todas as viagens, antes de saírem de um porto. 100% dos Comandantes informaram que não efetuam uma transposição de ponte envolvendo o desmembramento do comboio quando há presença de chuva e vento. 100% dos Comandantes consideram importante as informações climáticas antes de efetuarem uma transposição de ponte. Outros pontos importantes e com respostas variadas por parte dos Comandantes de comboio foram representadoas graficamente. As figuras que se seguem indicam as respostas de opinião dos Comandantes entrevistados 46

53 Figura Resposta dos navegantes quanto as condições de navegabilidade dos comboios durante mau tempo. Figura Resposta dos navegantes quanto as condições físicas da hidrovia Tietê Paraná. Figura Resposta dos navegantes quanto as condições da sinalização da Hidrovia Tietê-Paraná.. 47

54 O segundo ponto seria a realização de testes práticos nos comboios existentes na Hidrovia Tietê-Paraná para identificar em termos mais técnicos em relação aos aplicados na pesquisa com os Comandantes de comboios, tratados acima. Para a realização deste teste prático seria necessário, além dos instrumentos para a obtenção dos dados, a utilização de um comboio carregado e vazio, sua tripulação para a realização dos diversos testes o que, implicaria em impacto logístico nas empresas de navegação, em especial nesta época do ano (Janeiro a Julho) onde o transporte na Hidrovia Tietê-Paraná encontra-se em plena safra de grão. Sabendo de todas estas dificuldades, além de todos os custos que envolveria a utilização de um comboio para a realização da pesquisa/teste, decidiu-se por direcionar a pesquisa para uma consolidação e comparação dos trabalhos existentes sobre manobrabilidade de comboios. Pela diversidade e grande diferença entre os comboios existentes na Hidrovia Tietê- Paraná e os comboios existentes nas diversas hidrovias do Brasil, em especial os da região Amazônica, foi utilizado como referência a relação (Potência do Comboio/Deslocamento HP/tonelada), de modo que pudessem ser comparado os resultados dos testes de Parada Brusca e Curva de Giro (Velocidade angular). Destaca-se que apesar do estudo em questão utilizar esta relação (HP/t) para análise dos comboios, este não pode ser o único parâmetro para decisão ou escolha do sistema de propulsão e governo a ser utilizado nos comboios. Características dos comboios: A tabela apresenta as características principais de um Comboio Duplo-Tietê, cuja composição é a utilizada na Hidrovia Tietê-Paraná e de um Comboio utilizado no Rio Madeira, no período de cheias. Tabela Dados de comparação das características dos comboios. Comboio Tietê-Paraná Comboio Rio Madeira Comprimento (m) 138,38 283,92 Boca (m) 21,34 53,35 Calado (m) 2,75 3,56 Número de Chatas (formação) Porte Bruto (t) 5547, Deslocamento Carregado (t) Potência Propulsiva (hp) 800 (2 x 400 HP) 4890 (3 x 1630 HP) Sistema de Governo 2 Lemes principais e 4 Lemes de Flancos Azimutal Com base em uma análise preliminar dos dados contidos na tabela foi determinado a relação Potência do Comboio/Deslocamento HP/tonelada, as quais foram arredondadas para duas casas decimais e chegou-se a uma mesma relação, tanto o Comboio Duplo-Tietê como o Comboio utilizado no Rio Madeira. A relação obtida foi de 0,12 HP/t. 48

55 Descrição dos Testes Analisados e Comparados: Parada brusca o comboio percorrendo uma trajetória retilínea, com a velocidade máxima, foi submetido a uma parada de emergência. Quando a velocidade do comboio se tornava zero, se anotava o tempo e a distância percorrida. A figura sintetiza os resultados do teste. Figura Comparação dos comboios em prova teste Parada Brusca. Zig-Zag Com o comboio em trajetória retilínea e com a velocidade máxima, foram acionados os lemes (Comboio Duplo-Tietê) e os azimutais (Comboio do Rio Madiera) de modo a estabelecer guinadas para boreste e, depois, bombordo. Os ângulos escolhidos foram: 10º, 20º e 30º para ambos os bordos. Os ângulos eram mantidos constantes por um determinado período de tempo de modo a ocorrer a mudança do rumo e obter-se a velocidade angular. Este teste foi realizado para identificar as velocidades angulares para cada rotação. Resultados dos Testes: os resultados do teste de Parada brusca realizado conforme procedimento descrito levando-se em consideração a pior situação, obtida com os comboios 49

56 carregados e descendo o rio, estão apresentados na Figura Na tabela e na figura são apresentadas as velocidades angulares obtidas nas manobras de zig zag. Tabela Velocidades angulares obtidas na prova de Zig Zag. Velocidade angular (º/s) Comboio Tietê- Bordo Ângulo do Leme Comboio Rio Madeira Paraná BE 30 0,222 0,34 BE 20 0,19 0,2 BE 10 0,13 0,09 BB 10 0,084 0,09 BB 20 0,148 0,2 BB 30 0,188 0,34 Figura Representação gráfica das velocidades angulares obtidas na prova de Zig Zag. O comboio utilizado no Tietê-Paraná apresentou velocidades angulares maiores que o comboio utilizado no Rio Madeira especialmente para o maior ângulo de guinada, 30º Levantamento do histórico e estatística de acidente junto à Capitânia dos Portos/Marinha Foi identificado conforme apresentado nas tabelas e gráficos abaixo que a maioria dos acidentes são colisões causados pela imprudência dos comandantes e demais 50

57 tripulantes envolvidos nas manobras, sendo o acesso às eclusas o local predominante dos acidentes e a existência de ventos fortes, nos momentos dos acidentes, serem predominantes. A tabela quantifica os dados de causa dos acidentes. Similarmente, eles são apresentados em percentagem na figura Tabela Principais causas dos acidentes na hidrovia Tietê-Paraná. Causa N Acidentes % Acidentes Colisão Emborcamento 2 4 Abalroamento 1 2 Encalhe 2 4 Embarcação a Deriva 1 2 Avaria de Máquina 2 4 Naufrágio 1 2 Total Figura Distribuição percentual das principais causas dos acidentes na hidrovia Tietê-Paraná. A tabela apresenta as possíveis falhas identificadas pela Marinha do Brasil durante a realização dos inquéritos dos acidentes. 51

58 Tabela Possíveis falhas nos acidentes na hidrovia Tietê-Paraná. Causa do Acidente Qtde. % Causa Imprudência Força maior 7 14 Negligência 5 10 Má distribuíção da carga 2 4 Imperícia 3 6 Apagamento do Motor 1 2 Manobra errada 1 2 Falha do operador da Eclusa 1 2 Caso fortúito 2 4 A ser apurado 3 6 Roptura dos cabos 1 2 Sem Causa 2 4 Falha de manobra 1 2 Muro guia da Eclusa de Bariri 1 2 Total A tabela mostra a relação das condições meteorológicas no momento do acidente. Para uma melhor visualização destes fatores, a mesma relação está mostrada percentualmente na figura Tabela Condições meteorológicos x número de acidentes ocorridos. Condição Quantidade de Acidente % Acidente Ventos Fortes 9 18 Ventos Fortes e Correnteza 4 8 Ventos Fortes e Marola 1 2 Ventos Médios 1 2 Tempo Bom Sem informações Ventos

59 Figura Percentual de acidentes em função das condições meteorológicas. Na tabela estão apresentados os dados da categoria dos condutores das embarcações no momento dos acidentes. A representação gráfica percentual está mostrada na figura Tabela Dados de acidentes em função do condutor. Categoria do Condutor Quantidade de Acidentes % de Acidentes Piloto Fluvial Contra Mestre Fluvial 2 4 Mestre de Cabotagem 2 4 Capitão Fluvial 7 14 A ser Apurado 3 6 Figura Distribuição percentual de acidentes por categoria do condutor da embarcação. 53

60 O estudo dos acidentes ocorridos nos últimos 10 anos na Hidrovia Tietê-Paraná permitiu identificar que grande parte dos acidentes ocorrem juntos aos acessos de eclusas e transposições de pontes (68%). Outro ponto de destaque é que em muitos dos acidentes as condições climáticas tiveram forte influencia, sobretudo devido à presença de ventos fortes (28%), confirmando assim, a necessidade de um monitoramento ambiental de modo a auxiliar os Comandantes de comboios em suas decisões antes de iniciarem as manobras. Quanto aos sistemas de propulsão e governo, foi possível identificar que todos os comboios possuem sistema formado por hélice e leme. Verificou-se que apesar da baixa potência utilizada hoje nos comboios da Hidrovia Tietê-Paraná os mesmos mostram-se um pouco mais eficientes dos que utilizados em outras hidrovias brasileiras, quando sem ocorrência de interferências climáticas. Em relação à opinião dos Comandantes entrevistados, destaca-se que todos entendem como necessário um aumento da quantidade de bóias de atracação em Pontos de Espera (P.E.) nas pontes e barragens Produção de materiais de treinamento e orientação de manobras Para o desenvolvimento desta atividade a Fatec-Jahu utilizou a experiência a bordo de comboios durante operações de eclusagens e transposições de pontes, juntamente com as demais informações coletadas na pesquisa realizada na Capitania Fluvial do Tietê-Paraná e ainda com os comandantes de comboios. Identificou-se através dos dados levantados, e consequentemente do estudo estatístico realizado, que a condição meteorológica é fator determinante no tipo de manobra, a ser realizada pelos comandantes de comboios, principalmente no acesso as câmaras das eclusas e transposição de pontes na hidrovia Tietê-Paraná. As figuras e , ilustram a visão panorâmica da passagem do comboio por pontos críticos. Figura Visão do Comandante do comboio entrando na eclusa da UHE de Barra Bonita. (Comboio vazio, sentido montante para jusante). 54

61 Figura Visão do Comandante do comboio aproximando da ponte da rodovia SP-255 Rio Tietê Barra Bonita/SP. (Comboio vazio, sentido montante para jusante). Portanto, torna-se indispensável aos comandantes o conhecimento prévio das condições do tempo, em especial a direção e intensidade do vento que, na situação de comboio vazio, onde a área vélica é muito grande, este pode dificultar a manobra e ainda contribuir para um fato da navegação (incidente) ou ainda um acidente de maior proporção. Além da instalação do anemômetro a bordo dos empurradores fluviais os quais formam o comboio, o que dará as informações precisas e em tempo real das condições de vento, o treinamento e a disciplina na realização das manobras pelos comandantes, trarão um incremento muito grande na segurança da navegação durante estas manobras. Na sequência, está elencada uma síntese do material de orientação de manobra, os quais devem ser conhecimento e consciência não somente do comandante dos comboios, mas de todos os tripulantes envolvidos nas manobras, pois isto ajudará para uma operação segura. São eles: 1 Efetuar as leituras nos equipamentos de bordo: a) Anemômetro; b) Indicadores de temperatura e pressão de óleo dos motores propulsores. 2 Verificar a carta náutica do local, a fim de identificar alguma restrição. 3 Testar os equipamentos de comunicações internos (comunicação com o tripulante localizado na proa do comboio) e externos (comunicação com operador da eclusa). 4 Efetuar a manobra dentro do limite de velocidade estabelecido de 4 nós. 5 Seguir, também, as orientações e diretrizes fornecidas pelos operadores das eclusas. 55

62 6 Cumprir o Regulamento Internacional para Evitar Abalroamentos no Mar RIPEAM-72 e suas emendas. Esta orientação não extinguirá os fatos e acidentes na Hidrovia, mas irá contribuir na diminuição destas ocorrências ou ainda na redução de sua intensidade, evitando prejuízos ao Estado, o qual é responsável pela manutenção das eclusas e pontes que cortam os rios desta Hidrovia. Contribuirá, também, com todos envolvidos no transporte hidroviário, não restringindo o uso desta via por um período de tempo, a princípio, não previsto META 7 - Integração da base de dados para a produção de previsão e alertas Software para tratamento e integração da rede de superfície, anemômetros e ondógrafos Ao término da campanha de aquisição, os arquivos foram extraídos para um micro computador através das portas de comunicação serial do datalogger. A leitura dos arquivos de dados brutos foi realizada com softwares específicos para o envio ao banco de dados. Uma representação esquemática desse procedimento está mostrado na Figura Figura Esquema do processo de aquisição de dados e armazenamento. O sistema de banco de dados escolhido para o armazenamento das informações e dados do projeto Ondisa 5 foi o MySQL. O MySQL é um servidor de banco de dados gratuito e possui alta performance e robustez, competindo diretamente com outras soluções comerciais disponíveis no mercado. Ele utiliza cláusulas SQL, isso significa que ele interpreta comandos da linguagem SQL, o que facilita muito o processo de tratamento e utilização das informações armazenadas. O servidor MySQL, utilizado no projeto Ondisa 5, está alocado em computador servidor próprio do projeto, no Setor Técnico de Informática da Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, onde se possui ambiente climatizado e todo monitoramento de profissionais especializados, garantindo a integridade das informações. O banco de dados MySQL é divido em databases onde são mantidas as tabelas para o armazenamento das informações coletadas da instrumentação. Dentro de cada tabela, são criados os campos de informações. Cada campo pode armazenar um tipo de dado diferente, como por exemplo, textos, caracteres, números inteiros, números flutuantes, datas, horas, etc. 56

63 Atualmente no projeto, realiza-se o armazenamento de dados de três tipos de sensores no banco. São eles: Anemômetros Mecânicos (tipo concha), Anemômetros do tipo 2D Sônicos e ADCP. Cada instrumento citado armazena informações diferentes, e sendo assim, suas tabelas não possuem estruturas semelhantes. O ADCP, que armazena informações hidrodinâmicas e de ondas, possui uma tabela com a seguinte estrutura: Campo Tipo do Dado Função Datahora timestamp Armazenar a Data-Hora do Registro Hs float Armazenar a altura significativa de onda Tp float Armazenar o período da onda Dp float Armazenar a direção da onda Depth float Armazenar a profundidade do ADCP Cm float Armazenar a magnitude de corrente Cd float Armazenar a direção da corrente A estrutura do banco para a ADCP, possui um campo principal data-hora, responsável por registrar a data e a hora do valor medido, além disso, os outros campos são do tipo float, pois armazenam valores numéricos com casas decimais. A tabela responsável por armazenar medidas extraídas pelos Anemômetros do tipo Mecânico possui a seguinte estrutura: Campo Tipo do Dado Função Datahora timestamp Armazenar a Data-Hora do Registro val_avg float Armazenar o valor médio da velocidade do vento val_max float Armazenar o valor máximo da velocidade do vento val_min float Armazenar o valor mínimo da velocidade do vento val_sample float Armazenar um valor aleatório de velocidade do vento val_std float Armazenar o desvio padrão da velocidade do vento A estrutura da tabela para o anemômetro mecânico possui um campo principal datahora, responsável por registrar a data e a hora do valor medido, além disso, os outros campos são do tipo float, pois armazenam valores numéricos com casas decimais. A tabela responsável por armazenar medidas extraídas pelos anemômetros do tipo Sônico 2D possui a seguinte estrutura: Campo Tipo do Dado Função Datahora timestamp Armanezar a Data-Hora do Registro Mws float Armanezar o valor médio da velocidade do vento Mwd float Armanezar a direção do vento 57

64 A estrutura da tabela para o anemômetro do tipo Sônico 2D possui um campo principal data-hora, responsável por registrar a data e a hora do valor medido, juntamente com outros dois campos do tipo float, um responsável pelo armazenamento do valor da velocidade média do vento e o outro a direção em que o vento está soprando, evidenciando uma grande vantagem do anemômetro do tipo sônico em relação ao mecânico, que mede apenas intensidade de vento. Com o intuito de organizar sistematicamente as tabelas do banco, definiu-se uma estrutura de nomenclatura, facilitando o usuário ou programador do banco a criar ferramentas de análises para os dados armazenados. Assim ficou definido que todas as tabelas seriam nomeadas de acordo com sua campanha, tipo de instrumentação e número identificador do instrumento ou sensor utilizado. Exemplos: C1_v1: Tabela referente à campanha n 1, armazenando dados do anemômetro mecânico n 1. C1_v2: Tabela referente à campanha n 1, armazenando dados do anemômetro mecânico n 2. C2_v1: Tabela referente à campanha n 2, armazenando dados do anemômetro mecânico n 1. C2_2D1: Tabela referente à campanha n 2, armazenando dados do anemômetro sônico 2D n 1. C3_ADCP: Tabela referente à campanha n 3, armazenando dados da ADCP-Waves. Na sequência está abordado os softwares desenvolvidos para a leitura dos arquivos importados do datalogger e envio para o servidor MySQL. Foi desenvolvido um software específico para cada tipo de instrumento. São eles: 58

65 Gerenciador de Medidas de Vento (GMV) Envia os dados oriundos dos anemômetros tipo concha para o banco de dados (Figura 4.7.2). Figura GMV - Gerenciador de Medidas de Ventos - Anemômetro tipo Concha. Gerenciador de Medidas de Vento 2D (GMV2D) Envia os dados oriundos dos anemômetros 2D sônicos para o banco de dados (Figura 4.7.3). Figura GMV2D - Gerenciador de Medidas de Vento - Anemômetros Sônicos 2D. Gerenciador de Medidas de Ondas (GMO) Envia os dados oriundos de um perfilador acústico ADCP-Waves (Acoustic Doppler Current Profile), para o banco de dados (Figura 4.7.4). Figura GMO - Gerenciador de Medidas de Ondas - ADCP Waves. 59

66 Conforme observado nas figuras 4.7.2, e todos os softwares possuem interfaces parecidas, porém os algoritmos de leituras dos arquivos dos datalogger diferem entre si, uma vez que cada instrumento possui uma estrutura diferente nos arquivos de texto Rotinas de visualização, integração e transferência de dados da rede de radares Software para análise de eventos meteorológicos: OndisaGraph. Depois de alimentado, o banco de dados passa ser uma ferramenta fundamental para todos os profissionais que realizam análises e modelagem de dados, a fim de compreender os eventos de vento e onda. O servidor MySQL, através da linguagem SQL, fornece ao usuário uma gama de possibilidades de filtros, buscas e funções para o tratamento dos dados armazenados. Além de permitir a realização de buscas personalizadas e específicas sobre determinado evento de vento ou onda, o MySQL permite uma perfeita interação com o programador, permitindo assim, que qualquer linguagem de programação consiga trabalhar de forma simplificada com os dados armazenados no banco. Baseado nisso, foi possível desenvolver o OndisaGraph, uma software ainda experimental, mas que já mostra resultados desejáveis para o processamento e visualização de parâmetros dos eventos meteorológicos. O OndisaGraph, foi desenvolvido sob linguagem Pascal, e permite uma série de funções que auxiliam nas buscas e plotagem de informações meteorológicas providas do banco de dados. Dentre as principais funções, podemos destacar a organização e amostragem de informações de vento e onda separadas por campanhas. Ou seja, inicialmente se cadastra a campanha, e a partir da nomenclatura das tabelas, o software permite ser trabalhado somente dados de determinada campanha. A tela inicial do OndisaGraph pode ser vista na figura Figura OndisaGraph - Tela Inicial. 60

67 Quando o usuário seleciona a campanha a ser estudada, e define o período em entre datas-horas que deseja de dados, o software permite através de seus botões de função, traçar os gráficos de Vento-Tempo de até 5 sensores do tipo mecânico ao mesmo tempo na tela, como pode ser visto na figura Figura OndisaGraph - Análise de Ventos. Através do dados de intensidade e direção de vento, providos das tabelas do anemômetro Sônico 2D, o OndisaGraph, realiza todas as conversões de coordenadas e gera como produto final gráficos do tipo rosa dos ventos. Como pode ser visto na figura Figura OndisaGraph - Rosa dos Ventos. Com os dados de altura e direção de onda, providos das tabelas do ADCP-Waves, o OndisaGraph gera como produto final o gráfico de direção x altura de onda, como mostrado na figura

68 Figura OndisaGraph - Intensidade e Direção de Ondas Rotinas de visualização, integração e transferência de dados da rede RINDAT Foram utilizados dois sensores do tipo Stormscope para aquisição dos raios; um primeiro sensor mantido fixo operando no Laboratório de Hidrologia e Hidrometria (LH²) da Universidade Estadual Paulista (UNESP) - Campus Ilha Solteira e outro sensor embarcado instalado com a antena direcionada no sentido da proa de um comboio que opera na hidrovia. Em ambos os casos os dados de descargas são amostrados em intervalos de 15 minutos e armazenados num hardware dedicado. A validação desses dados em posição de ocorrência e seus desvios de posicionamento de local de incidência em azimute e distância são cotejados com os dados da rede RINDAT. Foram desenvolvidos softwares para a aquisição e manipulação de dados de descargas atmosféricas amostrados por Stormscope, os quais precisam de tratamento adequado, pois são codificados internamente em sua estrutura. Ademais, foi desenvolvido um software para fazer o armazenamento dos dados de raios, bem como a visualização dos gráficos, considerando a variação espaço-tempo, para permitir o acompanhamento e a evolução das tempestades. Paralelamente, está em implementação um hardware com finalidade de armazenamento e processamento das informações de descargas. O hardware terá como CPU um microcontrolador do tipo dspic. O produto final deste desenvolvimento é a estruturação de um sistema de alerta de apoio terrestre para a navegação hidroviária, capaz de fornecer, em tempo real, informações sobre as condições de tempo e descargas atmosféricas. 62