Desenvolvimento de modelos de camada limite atmosférica aplicados a micro-regiões

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo numérico para análise da Camada Limite Atmosférica (CLA) visando à obtenção dos campos de velocidade e direção do vento em microrregiões, considerando a análise dos efeitos térmicos presentes na física do problema e a rugosidade do terreno. O estudo da CLA é de grande importância para projetos de linhas aéreas de transmissão de energia elétrica, na determinação do balanço das cadeias de isoladores de cabos condutores, na determinação da capacidade de transmissão das linhas aéreas, na determinação da difusão de poluentes na atmosfera, entre outros. A modelagem numérica é realizada através do software comercial, Ansys CFX 12.0. Os resultados obtidos do modelo numérico são validados com dados experimentais encontrados na literatura e de um banco de dados experimentais obtido de medições em estações climatológicas instaladas em regiões de interesse da CEMIG no estado de Minas Gerais, Brasil. As equações usadas para descrever os escoamentos geofísicos são as equações de conservação de massa, da conservação da quantidade de movimento, conservação da energia e a equação de estado, além dos modelos de turbulência de duas equações e de tensões de Reynolds. A modelagem numérica da CLA usando técnicas de computação permite obter a velocidade e direção do vento sobre terrenos complexos sem a necessidade de um aparato experimental. Os resultados obtidos do modelo apresentam fidelidade com os resultados experimentais, mostrando a validade do modelo tanto para uma camada limite neutra quanto para uma camada limite convectiva.This study presents the development of a numerical model to analyze the Atmospheric Boundary Layer (ABL) in order to obtain the velocity fields and wind direction in micro-regions, considering the analysis of thermal effects in the present physical problem and the terrain roughness. The study of ABL is of great importance for design of overhead lines to transmit power in determining the balance of the insulator strings of power cables, in determining the transmission capacity of the airlines, in determining the diffusion of pollutants in the atmosphere, and others. The numerical modeling is performed using the commercial software Ansys CFX 12.0. The results of the numerical model are validated with experimental data found in literature and a database of experimental data obtained from measurements at weather stations located in regions of interest CEMIG in the state of Minas Gerais, Brazil. The equations used to describe geophysical flows are the mass, momentum, energy conservation and the equation of state, in addition to the turbulence models of two equations and the Reynolds stresses. Numerical modeling of ABL using computer techniques allows for the speed and direction of wind over complex terrain without the need for an experimental apparatus. The results of the present model fidelity with the experimental results, showing the validity of the model for both a neutral boundary layer and for a convective boundary layer