parte ii – potencial eólico - ingenieroambiental.com20de%20gera%e7%e3o%20e%f3... · ano, nem as...

GERAÇÃO EÓLICA

Parte II – Potencial Eólico

Por ser renovável e ser produzida naturalmente, a energia eólica não provoca

impactos ao meio ambiente. Atualmente a tecnologia dos aerogeradores para a produção

eólica se encontra totalmente desenvolvida a nível comercial, ela está sendo vista como

uma alternativa viável e eficaz para suprimento de energia em escala comercial. Além

disto, a geração de energia através dos ventos não produz subprodutos perigosos, exige

pouco tempo para implantação e é confiável tecnologicamente, além de apresentar

modularidade e ser inesgotável.

Neste capítulo serão abordados os seguintes pontos:

1 – Circulação geral dos Ventos

2 – Equipamentos e medições em energia eólica

3 – Histogramas e distribuição de Rayleigh e Weibull

4 – Identificação de locais adequados para produção de energia eólica.

5 – Apresentação do programa WAsP

1 – Circulação Geral dos Ventos

1.1 - Origem dos ventos

A energia eólica é uma fonte de energia alternativa renovável que representa

uma forma viável de abastecimento de energia elétrica. Esse tipo de geração de energia

é uma forma secundária da energia solar, já que uma parte da radiação que atinge à

Terra causa o movimento das camadas da atmosfera, como o vento ela está disponível

no mundo inteiro, com maior ou menor intensidade.

Assim, o vento é uma forma cinética de energia solar. O modelo global de vento

se origina devido ao aquecimento desigual da superfície da terra pelo sol. A terra e seu ___________________________________________________________________ Geração Eólica Alexandre Filgueiras

12

envelope de ar, a atmosfera, recebe mais calor solar próximo ao Equador do que nas

regiões polares. Mesmo assim, as regiões equatoriais não ficam mais quentes a cada

ano, nem as polares ficam mais frias. É o movimento do ar ao redor da terra que

ameniza a temperatura extrema e produz ventos na superfície tão úteis para a geração de

energia. É este movimento do ar combinado com a rotação da terra que forma as

correntes de vento.

Como todos os gases, o ar se expande ou aumenta de volume quando aquecido, e

contrai e diminui de volume quando resfriado. Na atmosfera o ar quente é mais leve e

menos denso do que o ar frio e se eleva a altas altitudes quando fortemente aquecido

pelo sol. O ar aquecido próximo ao Equador fluirá para cima, e então, na direção dos

pólos onde o ar próximo à superfície é mais frio. As regiões terrestres próximas aos

pólos agora têm mais ar, pressionando-as, e o ar da superfície mais fria tende a deslocar

dessas áreas e movimentar-se na direção do Equador. (Fig. 2.1)

As correntes ascendentes do equador são mais intensas do que as das outras

zonas da terra, por isso produzem ventos de 30 a 50 km horários e a rotação da terra,

interfere com a direção dos ventos, entre os pólos e o equador, provocando uma

resultante inclinada em relação a perpendicular pelo equador.

Perturbações magnéticas solares produzem os ventos de grandes altitudes,

conhecidos pelos aeronautas como tempestades de céu claro, depois estudos mais

acurados, comprovaram existirem as correntes de grandes altitudes, utilizadas para

economizar combustível nos vôos intercontinentais.

Os centros de baixa pressão que ocorrem na superfície da terra, produzem

correntes ascendentes de cerca de 50 km/hora e ventos de superfície de igual

intensidade, convergentes para o centro de baixa pressão, que, influenciados pelos

desvios da rotação da terra, geram movimentos rotacionais, conhecidos como furacões,

tão comuns na região do equador.

Muita energia está sendo constantemente transferida do sol pelos ventos da terra,

no entanto, apenas ventos das camadas atmosféricas mais baixas são acessíveis para a

conversão de sua energia.

___________________________________________________________________ Geração Eólica Alexandre Filgueiras

13

Figura 2.1 – Circulação global do vento

Na figura 2.1, acima, pode-se ver duas grandes circulação de correntes de vento.

A primeira circulação, chamada de Circulação Rossby, acontece nas regiões

temperadas, tanto no hemisfério norte, como no hemisfério sul. Estas regiões estão

compreendidas entre os paralelos 30 e 60º norte e sul, respectivamente. Esta circulação

tem a forma de onda, e tem origem pelo movimento de ar quente que se dirige para os

pólos e o ar frio se dirigindo para a região subtropical.

A circulação Hadley fica compreendida entre os paralelos 30º N e 30º S. Esta

circulação transporta massas de ar tropical quente e úmida, resultando em uma

constante movimentação de ar na direção nordeste e sudeste. Esta inclinação de direção

é devido ao movimento de rotação da terra.

Além destas duas grandes circulações, ainda existem outras duas grandes

circulações: as monções e os ciclones tropicais.

- As monções: Grandes movimentos de massas de ar devido à diferença de

temperatura entre o continente asiático e o oceano Índico, como também a

diferença de temperatura entre o continente africano e o oceano Atlântico. ___________________________________________________________________ Geração Eólica Alexandre Filgueiras

14

- Os ciclones tropicais: Grandes massas de ar quente e seco se elevando na região

do equador induzem fortes perturbações no clima com ventos de alta velocidade,

de até 60 m/s, no sudeste asiático (hemisfério sul) são denominados de tufão, e

na região do caribe (hemisfério norte) são conhecidos como furação.

1.2 - Circulação Local dos Ventos

A força motora primária da brisa do mar é a diferença de temperatura entre a

terra e o mar. (Fig. 2.2). Quando essa diferença é grande e diurna, podem ser esperadas

brisas marinhas relativamente fortes durante as horas da tarde e no começo da noite. As

brisas marinhas mais intensas são encontradas naquelas regiões subtropicais secas, ao

longo da costa oeste de continentes onde haja um oceano frio. É precisamente nessas

regiões que o vento predominante é geralmente fraco e a brisa marinha local é na

verdade quase a única fonte de energia eólica por grande parte do ano.

A topografia, ou características físicas do solo, pode influenciar fortemente as

características do vento. As montanhas impedem a passagem uniforme dos ventos, o ar

canalizado ao redor ou através das aberturas que freqüentemente aumenta os ventos

fortes locais, ideais para geradores de energia eólica. Na figura 2.3 pode ser visto

diversos fatores que influenciam a velocidade do vento, tais como: temperatura,

rugosidade, obstáculos e efeito aerodinâmico.


15

Figura 2.2 – Produção da Brisa do Mar – Aquecimento desigual entre o mar e a terra.

Figura 2.3 – Fatores que influenciam a velocidade do vento


16

1.3 - Características do vento

Conforme se pode notar nas figuras 2.2 e 2.3, a quantidade de energia disponível

no vento (massa de ar em deslocamento) varia de acordo com as estações e as horas do

dia. A topografia e a rugosidade do solo também tem grande influência na distribuição

de freqüência de ocorrência de velocidade do vento em um local.

Há três componentes do que determinam a potência do Sistema de Conversão de

Energia Eólica:

1) Velocidade do Vento

2) Características do Vento relacionado à topografia

3) Densidade do ar.

1.3.1 – Velocidade do Vento

Dos três fatores que determinam o potencial eólico disponível, a velocidade do

vento é sem dúvida, a mais importante, uma vez que a produção de energia eólica

aumenta com o cubo da velocidade do vento. Por exemplo, se em um determinado local

se tem uma velocidade de vento de 4 m/s, e havendo um aumento de velocidade de

25%, a velocidade do vento assume o valor de 5 m/s. A produção de energia sobe de

100% para 195,31%, ou seja um incremento de mais de 95%.

).(..21 3 EPFVAP ρ=

1.3.2 - Características do Vento relacionado à topografia

A velocidade do vento é fortemente afetada pela topografia local, bem como sua

turbulência. Os modelos de simulação computacional procuram levar em conta estes

dados orográficos, mais só levam em consideração pequenas elevações e terreno pouco

complexo.


17

Portanto, um bom conhecimento do local, com a instalação de um sensor de

medição de velocidade de vento poderão indicar realmente se um local é ou não

adequado para se instalar um parque eólico.

A seguir, listaremos algumas orientações relacionando a velocidade do vento e

um acidente geográfico:

• Serra;

• Precipício;

• Vales, e

• Obstáculos em terreno plano: Construções e Árvores.

1 ) Serra

As serras podem funcionar como um perfil aerodinâmico, acelerando as

correntes de vento que nela chegam. Como isto se pode ter três vantagens em se instalar

um aerogerador em uma serra:

a) Funciona com uma torre;

b) Pode evitar parcialmente os efeitos não aconselháveis do esfriamento próximo

do solo, e

c) A encosta da serra pode acelerar o fluxo de ar sobre ela, aumentando a energia

disponível.

Na figura 2.4 mostra como se comprime o ar quando se aproxima de uma serra e

forma uma camada mais fina que o faz se acelerar.

Fig. 2.4 – Perfil do vento sobre influência de uma serra ___________________________________________________________________ Geração Eólica Alexandre Filgueiras

18

Além deste aspecto, a orientação da serra em relação à direção predominante do

vento é também um fator importante para determinação da intensidade da aceleração do

vento. A figura 2.5 mostra estas diversas situações:

Figura 2.5 – Influência da posição da montanha em relação a direção predominante do

vento.

(A) – Vento principal perpendicular ao eixo da serra – Melhor situação.

(B) – Vento principal obliquo ao eixo da serra – Situação boa.

(C) – Vento principal paralelo ao eixo da serra – Situação razoável.

(D) – Vento principal perpendicular ao eixo de uma serra côncava – Situação boa, e

(E) – Vento principal perpendicular ao eixo de uma serra convexa – Situação menos

aconselhável que a anterior.

A figura 2.4 indica como o vento se comprime no topo de uma serra, fazendo

com que a velocidade do vento seja aumentada. Na figura 2.6 mostra como varia

esta velocidade de vento, para uma serra ideal, em suas várias partes.


19

Figura 2.6 – Variação percentual da velocidade do vento em uma serra ideal

Mesmo havendo o afeito acelerador de uma serra, deve-se tomar cuidado com a

diminuição da velocidade do vento em seu topo se o mesmo for plano, como mostra a

figura 2.7.

(1) – Redução de velocidade normal, devido à rugosidade do terreno.

(2) – Aumento da velocidade pelo efeito acelerador da serra.

(3) – Diminuição de velocidade devido à forte turbulência. (descolamento da camada limite)

Figura 2.7 – Redução de velocidade sobre um platô

2 ) Precipício

Um precipício é qualquer escarpa com largura suficiente (10 vezes maior do que

sua altura) de modo a obrigar que a maior quantidade de sua massa de ar circular por

sobre o seu topo.

Os fatores que influenciam o fluxo de ar sobre os precipícios são sua rampa,

tanto a barlavento como a sotavento, sua altura e a rugosidade do terreno à sotavento.

A figura 2.8 mostra o comportamento do fluxo de ar em precipícios com várias

formas.


20

Figura 2.8 – Fluxo de ar sobre precipícios com diversas formas de rampa.

Como são vários fatores que combinados complexamente afetam a velocidade de

vento, a melhor estratégia é realizar medições de vento durante várias situações de

velocidade de vento, para se determinar adequadamente à conveniência de um local.

Entretanto, como forma orientativa quando se escolhe um precipício, deve-se ter

em conta os seguintes pontos principais:

1) Evidentemente os melhores precipícios são aqueles que estão sobre um forte

fluxo de ar, sem anteparos – (como árvores ou outro obstáculo);

2) Além disto, a melhor situação de um precipício é quando seu eixo está

perpendicular a direção principal do vento (Fig.2.5 (A));

3) Para precipícios com mais de trinta metros, deve-se ter cuidado, pois a

turbulência costuma ser grande;

4) Os lugares muito perto de sua base devem ser evitados;

5) Para precipícios tipo (D), deve-se ter muito cuidado, já que a indução de

turbulência é mito grande;

6) A deformação de árvores e vegetação pode revelar o padrão de vento nas

proximidades de um precipício, e

7) Os melhores locais normalmente se encontra entre 0,25 e 2,5 vezes a altura do

precipício à barlavento, desde que sempre se possa evitar á área de intensa

turbulência, durante todas as condições de vento.

3 ) Vales

O comportamento do fluxo de ar em um vale depende de fatores, tais como: a

orientação do vale em relação à direção principal do vento, rampa, altura e largura das

serras adjacentes e a rugosidade do vale.

O comportamento de fluxo de ar que ocorrem em sistemas Vales x Serras é

muito influenciado pela temperatura. O ciclo de aquecimento e resfriamento diurno

resulta é um fluxo de ar fraco. Durante à tarde, o vento alcança a sua maior velocidade,

pouco depois do por do sol, os ventos dos vales diminuem de intensidade. Na metade da

noite, as serras estão mais frias que as terras baixas, neste caso o vento na serra alcança ___________________________________________________________________ Geração Eólica Alexandre Filgueiras

21

sua máxima velocidade, este processo vai até pouco depois do nascer do sol. Os ventos

das serras são geralmente mais fortes do que os dos vales.

Entretanto existem também vales que não estão associados diretamente com

serras ou montanhas, nestes casos, a grande vantagem desta situação é o direcionamento

que o vale exerce sobre a direção do vento, canalizando-o, muito embora esta

velocidade só será efetivamente acelerado se houve um estreitamento do vale que force

uma compressão da massa de ar, de sorte que produza uma aceleração.

4 ) Obstáculos em terrenos planos

Os obstáculos alteram o fluxo de ar a sotavento, reduzindo a velocidade de

vento, bem como aumentam as trocas rápidas de sua direção e intensidade (produção de

turbulência).

Portanto áreas sobre os efeitos dos obstáculos devem ser evitadas, uma vez que

há uma redução da potência eólica, bem como uma redução da vida útil de pequenos

aerogeradores (aumento de fadiga).

4.1 ) Construções

As edificações também produzem uma zona de interferência, conforme pode se

ver na figura 2.9.

Figura 2.9 – Zona de interferência devido a uma edificação

Como se pode ver há duas vezes a altura da edificação os efeitos de turbulência e

redução de velocidade já podem ser observados. Esta zona se estende por cerca de vinte


22

vezes a altura do prédio na direção de sotavento, com uma altura de cerca de duas vezes

a altura da edificação.

Caso se deseje instalar um aerogerador nestas proximidades deve-se respeitar os

limites acima descritos, que se detalha a seguir:

• a barlavento, a uma distância de mais de duas vezes a altura da edificação;

• a sotavento, a uma distancia mínima de, pelo menos vinte vezes a altura da

edificação, e

• caso que queira instalar o aerogerador diretamente à sotavento, sua altura deve

ter pelo menos duas vezes a altura da edificação.

4.2 ) Árvores

Uma fileira de árvores ou uma pequena floresta causa igualmente alterações no

fluxo normal de vento. Esta zona de influência está mostrada na figura 2.10 abaixo.

Portanto as áreas de influência das árvores devem ser evitadas para se obter o melhor

rendimento dos geradores eólicos.

Caso haja árvores separadas, a zona de influência é maior, porém seus efeitos

são menores. As distâncias que se deve considerar são aproximadamente iguais às das

edificações.

Figura 2.10 – Zona de influência provocada por árvores

A interferência causada pela ação quer por acidentes geográficos, edificações ou

árvores têm como efeito, como já mencionado anteriormente, a produção da redução da


23

intensidade do fluxo de ar. Falou-se também que a esta diminuição de velocidade de

vento está associação a geração de uma zona de turbulência. Portanto faz-se necessário

definir o que seja turbulência.

A turbulência se caracteriza por rápidas perturbações ou irregularidades na

velocidade do vento, em sua direção ou em ambos. É comum indicar a turbulência como

sendo o desvio padrão da velocidade horizontal do vento, pela velocidade média do

vendo, o que resulta na seguinte expressão da Intensidade da Turbulência (TI):

ventodo média Velocidadee velocidadda padrão DesviociadaTurbulên eIntensidad =

Turbulências com TI igual ou menor á 10% são consideradas turbulências baixas

Para turbulências moderadas, este índice assume o intervalo entre 10 a 25%. Acima

deste valor, a turbulência é considerada alta, e indesejável.

1.3.3 – Densidade do Ar

Este é o último fator que afeta a potência disponível do vento. Temperaturas

baixas produzem densidades de ar mais altas. Maior densidade significa maior

quantidade de moléculas (massa) de ar em um determinado volume de ar dado, portanto

maior quantidade de energia cinética (eólica) será transferida às pás do aerogerador.

Para regiões onde haja variações de temperatura ao longo de um ano, estima-se

em 25% a variação de potência devido à variação da densidade do ar.

Outro aspecto que interfere na densidade é a altitude. Para cada 330 m de

elevação sobre o nível do mar, a densidade diminui 4%

2 – Equipamentos e medições em energia eólica

O vento sendo um fenômeno natural, influenciado por diversos fatores, tais

como variação de temperatura, orografia, rugosidade do solo, obstáculos, como por

exemplo: árvores, edificações, etc, é necessário, portanto, que haja uma medição


24

adequada para se poder avaliar corretamente o potencial eólico de um determinado

local, já que a potência eólica é extremamente sensível à velocidade do vento.

A velocidade do vento se mede com um equipamento denominado anemômetro.

Existem vários tipos deles, mas o largamente utilizado é o anemômetro de conchas.

2.1 - Anemômetro de concha

Como já mencionado, os anemômetros de concha são largamente utilizados por

muitas razões. Eles são bem conduzidos na direção principal do vento, tendem a ter

custos mais atrativos que outros modelos, além de ser mais robusto.

Apesar destas vantagens, eles apresentam limitações gerais deste tipo de

equipamento, quais sejam:

• Não possui sensibilidade do ângulo de ataque fora do plano horizontal;

• Resposta dinâmica;

• Não linearidade da calibração e variação na calibração causada pela fricção

mecânica ou devido a forma das conchas, ainda em alguns casos: sensibilidade

em mudanças na calibração com a direção horizontal do vento.

Portanto quando especificado ou selecionado este tipo de anemômetro, deve-se ter

em mente estes efeitos, tanto em nível de suas causas ou conseqüências.

2.1.1 - O que é um anemômetro de concha

Consiste de três conchas hemisféricas ou cônicas , montadas em um rotor

horizontal, que por sua vez está encaixado em um eixo vertical que move um gerador de

sinal.

Sua correta medição não depende da direção do vento, isto é, o vento pode vir de

qualquer direção que haverá uma medição igualmente correta no plano horizontal. Desta

maneira, dentro do sistema padrão de coordenadas x, y e z, com suas componente de

velocidade de u, v e w, o anemômetro de conchas é projetado primariamente para medir


25

a velocidade horizontal da velocidade, √ (u2 + v2) e não a magnitude do vetor na

horizontal .

Para medições de velocidade de vento em terrenos inclinados, ou quando em

medições de testes em aerogeradores, o rotor dos anemômetros tem a característica de

balançar, por isto, pode-se argumentar que o anemômetro ideal é aquele que meça não a

velocidade horizontal, mas sim a velocidade total, desde que esta velocidade é de fato a

real e disponível que será utilizada pelos aerogeradores para a produção de energia.

Infelizmente nenhum anemômetro existente no mercado possui, perfeitamente, este tipo

de comportamento, embora esta questão esta sendo discutido.

Todo anemômetro ao ser utilizado para medição de vento, de algum modo interfere

no fluxo de vento, e conseqüentemente na própria medição. Assim, o projeto de um

anemômetro deve ser executado de tal forma que esta influência seja minimizada. A

figura 2.11 mostra um anemômetro com boas qualidades, que se pode resumi-las da

seguinte forma:

• longo eixo vertical – minimiza os efeitos de distúrbios do corpo do

anemômetro;

• corpo pequeno – um corpo pequeno e simétrico com um perfil suave

minimiza o distúrbio do fluxo do vento sobre o mesmo.


26

Figura 2.11 - Característica de um anemômetro ideal.

A figura 2.12 já mostra um anemômetro com baixas qualidades de projeto, tais

como:

• eixo vertical curto – isto possibilita uma grande turbulência devido à

proximidade do corpo do anemômetro;

• corpo grande com cantos – permite um aumento da turbulência, e devido à

assimétrica, sua sensibilidade é afetada para diferentes direções de vento.


27

Figura 2.12 - Característica de um anemômetro com baixo desempenho.

2.2 – Especificação mínima de um anemômetro para em medições de potência eólica

Um anemômetro utilizado em medições de energia eólica deve possuir

características adequadas para suportar diversas condições ambientes durante a sua

operação. A tabela 2.1 mostra a faixa de operação necessária para uma boa precisão e

avaliação do potencial eólico.


28

Tabela 2.1 – Características mínima de um anemômetro

Parâmetro Unidade Valor mínimo Valor máximo Velocidade do vento (média de 10 minutos)

m/s 4 16

Intensidade de Turbulência (10 minutos)

% 5 100*(1.13/u + 0.12 )

Temperatura do ar C -10 40 Densidade do ar Kg/m3 0.90 1.35 Inclinação do terreno -10 10

Obs: u é a velocidade de vento predominante

2.3 - Prática de campo

Como um anemômetro é utilizado, pode introduzir erros tão grandes quanto

aqueles causados por erro de calibração ou deficiência de projeto. É bastante claro que

se um anemômetro esta operando na sombra (esteira) do mastro principal da medição

meteorológica, a sua indicação não refletirá a velocidade real do vento. Agora, não é tão

óbvio o fato que o fluxo pode ser distorcido a barlavento da torre ou acima desta, pode

ser significante. Portanto uma adequada distancia deve ser mantida entre o rotor do

anemômetro e sua estrutura de fixação principal para manter tais efeitos em níveis

baixos e aceitáveis.

Para evitar problemas, é inquestionável que a colocação do anemômetro no topo

do mastro é a melhor posição. Mas isto nem sempre pode ser possível, uma vez que se

pode desejar medir a velocidade do vento em diferentes alturas para determinar o perfil

de sua camada limite (distribuição vertical da velocidade do vento).

2.3.1 – Distribuição vertical da velocidade do vento

Como mencionado no item 1.2 – Circulação local dos ventos, a figura 2.3 mostra

que a rugosidade e obstáculos interferem na velocidade do vento. Esta interferência é

cada vez menor à medida que se afasta da superfície do solo. Isto pode ser visto na

figura 2.13, onde para alturas maiores, tem-se velocidades maiores.


29

Figura 2.13 – Distribuição vertical da velocidade do vento

Como é impossível se medir as velocidades do vento em todas as alturas,

existem métodos utilizados para extrapolar e determinar valores de velocidades de vento

em determinadas alturas, deste que se conheça alguns parâmetros.

Hellmann apud Molly sugere a seguinte expressão:

α

=

00 HH

VV

e

=ln

1z

0z

α

onde: V0 – é a velocidade observada à altura H0

V - é a velocidade observada à altura H

Z – é a altura média de H e H0

Z0 - é o coeficiente de rugosidade

O coeficiente de rugosidade Z0 é um valor avaliado segundo a característica do

terreno, onde a tabela 2.2 abaixo mostra alguns valores típicos:


30

Tabela 2.2 – Rugosidade Z0 com a variação do tipo de superfície

Superfície Rugosidade Z0 [m]

Água ou gelo 0,0004

Grama rala 0,002

Grama alta ou Superfície rochosa 0,05

Pasto 0,20

Distritos ou bairros afastados 0,6

Florestas, cidades 1 - 5

A altura H0 é geralmente a altura da medição de vento, e o coeficiente α varia

entre os valores 0,10 a 0,40.

A variação da velocidade com a altura pode também ser expressa pela seguinte

fórmula:

=

zHzH

VV

0

0

) ln

ln

onde estes valores têm o mesmo significado anterior.

Pelo exposto, vê-se que para a avaliação da performance de uma determinada

turbina é aconselhável que o anemômetro seja instalado no topo do mastro, à altura do

cubo da turbina. Para, além de evitar os problemas causados pelo de interferência da

rugosidade do solo, evitar também os efeitos de turbulência causados pelo mastro, o

anemômetro deve ser instalado em um braço, com uma separação vertical e direção, de

acordo com o tipo de mastro utilizado. Os mastros usados em medições meteorológicas

podem ser cilíndricos ou treliçados.


31

2.3.2 – Mastros cilíndricos

A distância entre o mastro e o anemômetro reflete o nível de exatidão que se

admite como desejável. Para avaliação de potencial eólico, este nível de exatidão deve

ser alto, uma vez que envolve investimentos com garantia de retorno deste investimento.

A figura 2.13 mostra as zonas de interferência produzidas por uma torre

cilíndrica.

Figura 2.14 – Zonas de interferência em um mastro cilíndrico.

Como se pode notar, a melhor posição de colocação do anemômetro se localiza à

45º em relação à direção principal do vento, uma vez que a turbulência é a menor.

Genericamente se pode observar que na frente do mastro há uma desaceleração

do fluxo do vento, nos lados há uma aceleração, e por trás há uma zona de sombra

(esteira).

2.3.3 – Mastro em treliça

Para o caso de um mastro em treliça, o grau que o fluxo é alterado pelo mastro é

uma função da “porosidade” do mastro, do arraste dos componentes individuais, da


32

orientação do vento e da distância entre o mastro e o anemômetro. A figura 2.14 mostra

as zonas de interferência causadas por um mastro treliçado de seção triangular.

Figura 2.15 – Zonas de interferência em um mastro treliçado, com seção triangular.

Como se pode notar, a melhor posição de colocação do anemômetro se localiza à

90º em relação à direção principal do vento, uma vez que a turbulência é a menor.

Como acontece com o mastro cilíndrico, se pode observar que na frente do

mastro há uma desaceleração do fluxo do vento, nos lados há uma aceleração, e por trás

há uma zona de sombra (esteira).

2.4 – Sensor de medição de direção de vento

Além da intensidade da velocidade de vento, medida através de um anemômetro,

faz-se necessário também se medir a direção do vento. Esta medida é de extrema

importância, uma vez que permite posicionar corretamente o anemômetro. A relevância

não se dá só devido a este fato, mas também orientará o adequado posicionamento das

torres dos aerogeradores, já que como foi visto anteriormente, obstáculos à barlavento

provocam perturbações no fluxo de ar – sombra (esteira).


33

O sensor de direção de vento é constituído por um gerador de sinal, cujo rotor

possui uma cauda aerodinâmica que o posiciona na direção do vento. Seu corpo é

constituído por um gerador de sinal e possui uma marca de referência que indica o

ponto norte. O norte que se deve direcionar o sensor é o norte verdadeiro, isto, é o norte

magnético acrescido da deflexão magnética. (figura 2.16)

Figura 2.16 – Sensor de medição de direção de vento

3 – Histogramas e distribuição de Rayleigh e Weibull

3.1 – Histograma

Para a avaliação da produção de energia elétrica de uma instalação eólica, da

qual se conhece a curva de potência em função da velocidade do vento, faz-se uso do

histograma da velocidade do vento do local da instalação, conforme mostrado na figura

2.17.


34 Figura 2.17 – Exemplo de um histograma hipotético

A produção total pode, assim, ser estimada através da equação

E htotal i i= Σ P T

onde T representa o período total considerado, Pi a curva de potência e hi a freqüência

relativa de cada classe de velocidade do vento vi, sendo esta freqüência fornecida por

Tth i

i =

onde ti é o período no qual foi registrada a classe de velocidade do vento vi.

Determinado o histograma da velocidade do vento, procura-se aproximar o mesmo

através de uma função; as duas funções mais utilizadas são:

3.2 - Distribuição de Rayleigh

esta distribuição é fornecida pela equação

hv

v

er

v

v=−

π

π

2 2

4

2

_

_

onde v representa a velocidade média do vento. Para locais que têm disponíveis

apenas valores de velocidades médias, através da distribuição de Rayleigh podem

ser realizados prognósticos aproximados da produção de energia elétrica.

3.3 - Distribuição de Weibull

K

AVK

eAV

AKvf

−−

=

)1(

)(

+=

K

m KA

1

434,0568,0V

constitui uma generalização da distribuição de Rayleigh e é calculada através de

hk

A

v

Aew

k v

A

k

=

− −

( )1

onde k representa o fator de forma e A o parâmetro de escalonamento.


35

Uma relação aproximada entre os parâmetros A e k e a velocidade média do vento é

dada por

v A k kk_

,, ,≈ +− −0 287 0 6881 0 1 .

O fator de forma pode ser investigado a partir do grau de turbulência TI, que é a

relação entre o desvio padrão da velocidade do vento e a velocidade média do vento;

desta forma, quanto menor a oscilação, maior o valor de k. O valor de k=2 corresponde

à distribuição de Rayleigh.

A figura 2.18 mostra o ajuste das curvas de Reyleigh e Weibull em um

determinado histograma.

Figura 2.18 – Ajuste aproximado de um histograma através das distribuição de Reyleigh

e Weibull

4 – Identificação de locais adequados para produção de energia eólica.

Uma primeira avaliação empírica pode ser avaliada como indicativo de um local

que possua boas características de vento. Tais características podem ser enquadradas em

aspectos culturais, biológicos e naturais. Como aspectos culturais pode-se observar o


36

uso em algum tempo de pequenos cataventos para o bombeamento de água, brincadeiras

infantis, como “soltar arraia” e histórias narradas pela população local. Em relação ao

aspecto biológico o fato mais marcante é a deformação das árvores devido à influência

do vento. Nestes casos as árvores têm a copa deformada na direção do vento, e não raro

seu caule acompanha tal deformação. Os aspectos naturais mais visíveis são a erosão

eólica, provocada no relevo, e movimentação de dunas. Neste aspecto, as dunas dão

uma indicação da direção dos ventos, bem como indicam em qual região as velocidades

são maiores.

Após este identificação preliminar, tem-se que proceder medições de vento, que

só assim pode-se garantir uma boa avaliação a qualidade dos ventos existentes naquele

local.

5 – Apresentação do programa computacional WAsP

O programa WasP – Wind Atlas Analysis and Application Program é um

programa desenvolvido para ser utilizado em computadores pessoais para extrapolação

horizontal e vertical de dados de vento. Este programa possui uma série de modelos

para calcular os efeitos dos obstáculos, as mudanças da rugosidade de uma superfície e

variações de altura de um terreno sobre o fluxo de ar.

A análise consiste em transformar uma medição de vento de uma estação

específica em um Atlas de vento da região considerada. Conseqüentemente o Atlas

assim obtido pode ser utilizado para estimar a velocidade de vento e o potencial eólico,

bem como determinar a energia produzida de uma determinada turbina.


37

parte ii – potencial eólico - ingenieroambiental.com20de%20gera%e7%e3o%20e%f3... · ano, nem as...

Documents