Publicações

Este projeto de Iniciação Científica teve como principal objetivo contribuir para o desenvolvimento do Projeto Educação Extensão Educacional: um projeto de difusão do conhecimento científico, a partir de levantamento dos temas e trabalhos desenvolvidos pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), de pesquisas acadêmicas em bancos de dados científicos e preparação de palestras didáticas sobre os temas a serem difundidos. Desde 2017, o projeto alcançou 11.695 pessoas, incluindo alunos e professores de escolas e universidades públicas, através de 291 palestras e dois cursos. Os temas difundidos se relacionam à área ambiental e ao trabalho do INPE, como desmatamento, meteorologia, mudanças ambientais globais, queimadas e sensoriamento remoto. As palestras foram desenvolvidas em linguagem adequada principalmente para o público de ensino fundamental e médio de escolas públicas, contextualizando conceitos importantes relacionados aos avanços científicos e tecnológicos e de sua importância para a melhora da qualidade de vida e para o desenvolvimento sustentável. Constatou-se que, de 2017 a 2021, as ações do projeto alcançaram resultados significativos para a consciência científica e ambiental na educação pública e na sociedade brasileira.

Os fenômenos de interação da radiação solar com as nuvens podem acarretar incidência de radiação solar acima das condições normais de céu claro. Em geral, o fenômeno da sobreirradiância em inglês, cloud enhancement ocorre em dias de céu parcialmente nublados com duração muito curta temporalmente, variando entre segundos a poucos minutos. Os sistemas de geração fotovoltaica são dimensionados para atuar com irradiação máxima correspondente a céu claro de forma que a sobreirradiância pode causar impactos importantes numa planta de geração fotovoltaica devido à danos tanto em células fotovoltaicas (superaquecimento) e inversores (sobretensão); e na qualidade da energia entregue à rede de distribuição em razão das variações bruscas da incidência de radiação solar. Esta pesquisa de iniciação científica tem como objetivo compreender as ocorrências dos eventos de sobreirradiância solar incidente na superfície. O estudo visa entender se há um padrão de ocorrência do fenômeno em regiões com a climatologia local distintas. A base de dados utilizadas estão disponíveis no Sistema de Organização Nacional de Dados Ambientais, rede SONDA, com as estações da de coleta de dados distribuídas espacialmente no território brasileiro com o intuito de prover uma base de dados observados representativa dos diversos regimes climáticos observados no país. O estudo abrange as estações em Brasília, Petrolina, Cachoeira Paulista e São Martinho da Serra e até o presente momento envolveu o levantamento bibliográfico sobre o estado da arte na temática do projeto e a capacitação em uso da linguagem Python para a produção de scripts para análise estatística dos dados observados, além da comparação com valores estimados para a irradiação solar incidente na superfície em condições de céu claro. Estes valores são fornecidos por modelos numéricos estabelecidos na literatura científica, como os modelos de Iqbal e Dumortier. Neste momento, a implementação dos modelos de céu claro está em desenvolvimento. A próxima etapa é identificar a ocorrência do fenômeno nas séries temporais de dados observados e identificar padrões de frequência e intensidade de ocorrência.

Esta pesquisa seguiu os princípios de uma revisão bibliográfica sistemática, utilizando busca de artigos científicos, construção de base de dados e análises para comparação de resultados. O presente estudo tem a finalidade de obter dados médios e outras estatísticas a respeito da ciclagem de nutrientes através da hidrologia florestal (precipitação, precipitação interna e escoamento pelos troncos) no bioma Mata Atlântica. Para este levantamento bibliográfico foram escolhidos artigos publicados no período entre 2005 até o presente, redigido nas línguas Inglês e Português, nas seguintes bases de dados: Scielo, Google Acadêmico, ResearchGate e ScienceDirect. Foram encontrados doze artigos e, após análise criteriosa, foram selecionados apenas quatro, pois os outros não contribuíram com a base de dados necessária para a presente pesquisa. Para a elaboração da base de dados, foram analisados resultados de pH e da deposição química de K+, Ca²+, Mg²+ e Na+ na precipitação e na precipitação interna de cada um dos artigos. Os estudos foram realizados em municípios e fragmentos florestais diferentes, contrastantes em relação à ocupação humana. Dentre os quatro artigos analisados, a ordem de deposição de elementos minerais através da precipitação foi Na+>Ca²+>K+>Mg²+, e K+>Na+>Ca²+>Mg²+ para precipitação interna. O menor valor de pH, 4,3, foi encontrado no estudo realizado em São Paulo capital. O maior valor de pH, também na precipitação, foi encontrado em Pinheiral-RJ (6,3). De forma geral, as deposições foram maiores na precipitação interna do que na precipitação, o que é esperado devido à interação com a vegetação. Os próximos passos desta pesquisa, envolvem as análises estatísticas referentes aos valores de deposição atmosférica e deposição através da precipitação interna, a fim de conhecer padrões de ciclagem para este bioma, assim como a redação de artigo científico para publicação dos resultados. Através dos resultados obtidos até o momento, observase que há uma falta de estudos focados na ciclagem biogeoquímica de nutrientes através das vias hidrológicas bioma Mata Atlântica.

A geração fotovoltaica de eletricidade mostra um crescimento consistente nos últimos anos. De acordo com a Associação Brasileira de Energia Solar Fotovoltaica (ABSOLAR) o Brasil ultrapassou a marca de 7,0 GW de potência instalados em 2020. No entanto a incerteza do rendimento na geração de módulos FV em telhados pode impactar na quantidade de energia entregue à rede de distribuição de eletricidade. O desenvolvimento deste estudo pode dar suporte ao crescimento da participação da energia solar na matriz energética nacional, sem prejudicar a qualidade e a segurança do sistema elétrico do país. Esta pesquisa foi iniciada pelo ex-bolsista José Antônio Teixeira Filho e posteriormente substituída pela graduanda Driely de Souza Jesse em Março/2021. Este trabalho está sendo executado em cooperação entre o Laboratório de Modelagem e Estudos de Recursos Renováveis de Energia do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) e a Universidade Federal de São Paulo, utilizando a base de dados do Atlas Brasileiro de Energia Solar com 17 anos de imagens de satélite. O objetivo deste projeto é avaliar a perda de eficiência na geração de energia fotovoltaica referente à orientação e inclinação de telhados. O primeiro passo é o desenvolvimento de um código numérico para estimativa da irradiação global em plano inclinado, com objetivo de avaliar a contribuição das componentes direta e difusa da radiação solar. O segundo passo é a estimativa da irradiação solar considerando a anisotropia, e por fim, gerar os gráficos em coordenadas polares para radiação incidente em diferentes orientações e inclinações da superfície inclinada. A pesquisa está se consolidando conforme há familiaridade com a ferramenta já disponível em linguagem python. A primeira etapa está em andamento e possibilitou a geração de um analema solar junto aos cálculos de variáveis solares. Espera-se que esta pesquisa ajude a compreender a disponibilidade de energia solar para a geração distribuída e dar suporte para o desenvolvimento de projetos que alcancem o máximo desempenho possível na geração, diminuindo assim o custo final da energia fotovoltaica produzida e o tempo de retorno do investimento realizado.

A pesquisa presente iniciação científica foi iniciada em abril de 2021 e tem por objetivo o diagnóstico do tema das mudanças climáticas em espaços educadores, de forma a identificar barreiras e oportunidades para alavancar o tema das mudanças climáticas dentro de políticas públicas e estratégias de educação ambiental, considerando a dimensão pedagógica. As análises terão base a partir dos municípios do Litoral Norte de São Paulo Caraguatatuba, Ubatuba, Ilhabela e São Sebastião. O projeto tem as seguintes referenciais teóricos: políticas públicas de educação ambiental, percepção ambiental, mudanças do clima e objetivos do desenvolvimento sustentável (ODS). O desenho metodológico prevê a análise documental, a partir de leis, decretos, portarias, regulamentação, planos, programas e projetos junto às secretarias municipais de educação e de meio ambiente (ou correlata, se houver), às câmaras dos vereadores dos municípios mencionados, além da Câmara Técnica de Educação Ambiental do Comitê da bacia hidrográfica do Litoral Norte. Complementarmente, é prevista a realização de entrevistas junto aos atores representantes dos órgãos mencionados (secretarias de educação, de meio ambiente, câmaras de vereadores e comitê da bacia hidrográfica do Litoral Norte). Pretende-se aplicar o método de análise de conteúdo de forma a extrair as principais tendências sobre se e como o tema das mudanças do clima se relacionam com as políticas públicas de educação ambiental para a região do litoral norte de SP. A etapa atual é de construção do projeto para a submissão ao Comitê de Ética em Pesquisa e de busca e organização da base documental, além da revisão da literatura. Espera-se, com a conclusão da pesquisa, construir um diagnóstico da situação do Litoral Norte de SP frente ao tema das mudanças do clima e, desta forma, inferir sobre aspectos da vulnerabilidade aos impactos delineados nos diferentes cenários para a região.

O fornecimento de energia no Brasil está se tornando dependente de novas variáveis climáticas com o aumento da participação das fontes solar e eólica. Uma das soluções mais promissoras para reduzir a intermitência da geração de eletricidade a nível local é a hibridização de duas ou mais fontes de energia em uma única usina, fornecendo serviços ancilares para estabilidade da rede. Embora a energia eólica já responda pela segunda maior parcela da matriz elétrica brasileira, a energia solar está crescendo duas vezes mais rápido nos últimos anos, podendo superar a capacidade instalada eólica na próxima década. As diferentes configurações de plantas híbridas para energia solar, eólica e hidráulica são o foco deste estudo, uma vez que a energia hidrelétrica é a espinha dorsal do setor elétrico brasileiro. Uma ampla revisão sobre planejamento energético, variabilidade climática e energias renováveis variáveis (ERVs) é apresentada, com foco em sistemas híbridos de energia para o Brasil. Dois estudos de caso são delineados, um para sistemas híbridos eólico-solares e outro para sistemas híbridos hidro-solares, ambos focados em aspectos meteorológicos da complementaridade energética. No primeiro estudo foram utilizados dados de 14 anos de irradiância solar e de vento medidos nas estações radiométricas e anemométricas co-localizadas de Petrolina (PTR) e São Martinho da Serra (SMS), oriundos do projeto SONDA. Esses locais representam dois dos principais domínios climáticos para expansão de ERVs no Brasil. Avaliou-se o nível de complementaridade para uma planta híbrida hipotética buscando uma fração solar ótima (SF) por meio de métricas de estabilidade de geração de energia para escalas de tempo horárias, diárias e mensais. A fração solar ótima depende das escalas de tempo de interesse, variando de 0,3, para máxima estabilidade horária a 0,9 para maior estabilidade diária, variando entre os locais. Padrões de complementaridade importantes foram descritos em escalas horárias e sazonais. A mitigação de eventos extremos também foi investigada. Para todos os critérios avaliados, a hibridização trouxe ganhos de confiabilidade no suprimento potência relativo, confirmando a relevância de uma avaliação detalhada da geração híbrida devido ao acoplamento temporal das séries. O segundo estudo investigou os efeitos da brisa lacustre na nebulosidade sobre áreas alagadas de usinas hidrelétricas. A maioria das usinas hidrelétricas brasileiras possui grandes reservatórios de água que podem induzir mudanças significativas no microclima local. Identificou-se o mecanismo de brisa predominante em um reservatório hidrelétrico brasileiro em região tropical. Imagens visíveis do satélite GOES-16 e medições locais coletadas pelo INMET e INPE forneceram dados para a análise estatística. O aumento da irradiância solar sobre a superfície da água foi comparado à áreas continentais ao redor do reservatório. Os resultados indicaram que a nebulosidade média diária aumenta à medida que nos afastamos do reservatório em qualquer uma das direções cardeais. Essa diferença chega a 8% durante o outono (MAM) e a primavera (SON). Consequentemente, o aumento da irradiância média na superfície da água em comparação com as áreas externas foi de 1,73% Estes resultados sugerem que as usinas fotovoltaicas flutuantes podem experimentar ganhos relevantes de irradiância solar devido ao mecanismo de brisa predominante em grandes reservatórios hidrelétricos em regiões tropicais brasileiras. Outros fatores que afetam a produtividade destas usinas devem ser combinados para se estimar os ganhos globais destes sistemas. Espera-se que os resultados deste trabalho constituam mais uma fonte de informações a dar suporte ao planejamento da expansão do sistemas híbridos de energia no pais.

As diversas atividades realizadas pelo homem, como desmatamentos, recortes nos terrenos, aterros, vazamentos e lançamentos de água sobre as superfícies, entre outras interferências inadequadas, estabelecem novas interações com os fatores condicionantes naturais (geologia, geomorfologia, pedologia, hidrologia), interferindo assim no equilíbrio das vertentes e induzindo a deflagração de deslizamentos de terra. Neste sentido, o presente estudo tem por objetivo desenvolver e adaptar métodos de previsão de suscetibilidade aos deslizamentos de terra, com base em técnicas de modelagem matemática e computacional, que possibilite a inserção de fatores antrópicos associando-os aos fatores físico-naturais que condicionam a instabilização das encostas. Para isso, técnicas de modelagem de estabilidade de encostas associadas a uma abordagem socioeconômica, foram aplicadas no município de São José dos Campos, SP e em duas bacias hidrográficas situadas na Região Norte do município. Em um primeiro momento foi trabalhado em uma escala regional, abrangendo todo o limite municipal de São José dos Campos, onde foi gerado ao Índice de Vulnerabilidade Sociogeoambiental (IVSGeo) por meio de modelagem híbrida que integrou os resultados de suscetibilidade aos deslizamentos de terra com as características socioeconômicas do município. Em um segundo momento, foi trabalhado em escala de bacia, realizando um estudo de retroanálise na bacia do Córrego Bengalar, localizado na Região Norte de São José dos Campos, para analisar um conjunto de fatores naturais e antrópicos que pode ter influenciado a instabilidade das encostas e consequentemente a deflagração de 65 deslizamentos de terra. Para isso foram utilizados dois modelos determínisticos, FS FIORI e TRIGRS. Por último, foi utilizado o modelo GEO-SLOPE para o estudo da estabilidade em escala de detalhe (escala de vertente) e em modo bidimensional, de duas seções transversais (encostas) da bacia do Córrego Rancho Alegre, também localizada na Região Norte do município. Buscou-se avaliar o quanto as atividades antrópicas, nas suas mais variadas formas, podem alterar o FS e contribuir para a instabilização das encostas. De forma geral, os resultados obtidos nesta pesquisa demonstram que a estabilidade das encostas é condicionada por complexas relações e interações entre diversos fatores físicos naturais e o processo de uso e ocupação da terra acabar por influenciar na estabilidade das encostas naturais. Algumas ações antrópicas, como taludes de corte e vazamento de água, causam maior impacto no fator de segurança das encostas, sendo importante considerar esses elementos nos métodos de previsão de deslizamentos de terra, prinicpalmente nos modelos regionais.

Espera-se que, ao término deste Tema, o estudante seja capaz de: Diferenciar os conceitos de temperatura e calor dentro do estudo da Termologia e a partir de textos de divulgação científica. Identificar as principais escalas termométricas existentes (°C, °F e K) e suas relações e realizar conversão de valores de uma escala para outra. Descrever os principais aspectos relacionados à teoria cinética molecular dos gases ideais, inclusive o processo histórico de sua fundamentação na Ciência. Identificar e distinguir as variáveis de estado dos gases pressão, volume e temperatura , compreendendo suas inter-relações e sua importância para o estudo das transformações gasosas. Definir o conceito de transformação isotérmica, isobárica e isovolumétrica, identificando qual variável de estado se mantém constante e como se dá a relação entre as outras variáveis no processo. Utilizar simulador digital para analisar o comportamento dos gases quando uma ou mais variáveis de estado são alteradas. Descrever as transformações gasosas utilizando os postulados da teoria cinética molecular dos gases ideais. Identificar situações em que as três variáveis de estado variam concomitantemente, de modo a utilizar, nesses casos, as relações trazidas pela equação de Clapeyron. Descrever a lei geral dos gases ideais, compreendendo a sua importância no estudo das relações entre as variáveis de estado de uma porção de massa de um gás ideal.

Espera-se que, ao término deste Tema, o estudante seja capaz de: Explicar, por meio do conceito de equilíbrio e interações gravitacionais, o movimento de objetos na Terra, no Sistema Solar e no Universo. Analisar e interpretar questões usando o conceito de equilíbrio para elaborar conclusões a respeito de situações- -problema e desenvolver aplicações sob uma perspectiva científica. Avaliar riscos em atividades cotidianas por meio da aplicação do conceito de equilíbrio para justificar o uso de equipamentos, recursos e comportamentos de segurança.

Espera-se que, ao término deste Tema, o estudante seja capaz de: Analisar transformações e conservações em sistemas que envolvem quantidade de energia, principalmente em atividades cotidianas. Avaliar intervenções em sistemas térmicos considerando os efeitos da mudança nas variáveis termodinâmicas. Prever o funcionamento de motores elétricos considerando a eficiência energética. Interpretar o funcionamento de ciclos termodinâmicos com base em modelos científicos.