Recursos Eólicos
De onde vem a energia eólica?
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A energia eólica é a energia cinética dos
deslocamentos de massas de ar, gerados pelas
diferenças de temperatura na superfície do planeta.
Resultado da associação da radiação solar incidente no
planeta com o movimento de rotação da terra,
fenômenos naturais que se repetem. Por isso é
considerada energia renovável.
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Ventos de superfícies
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Os ventos são mais influenciados na superfície
terrestre na altura de 100 metros. O vento é atenuado
pele rugosidade da superfície da terra e pelos
obstáculos. A direção do vento perto da superfície é
ligeiramente diferente dos ventos geostróficos devido
a rotação da terra.
Ventos locais
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Ainda que os ventos globais sejas importantes na
determinação dos ventos dominantes de uma
determinada área, as condições climáticas locais
podem influenciar nas direções de ventos mais
comuns. Os ventos locais sempre prevalecem nos
sistemas eólicos.
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Brisas marinhas
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Durante o dia a terra se aquece mais rapidamente que
o mar pelo efeito do sol. O ar aquecido no solo sobe
vindo do mar e cria uma diferença de pressão ao nível
do solo que atrai o ar frio do mar. Isto é chamado de
brisa marinha. Há um período de calmaria ao anoitecer
quando a diferença de temperatura é pequena.
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Ventos de montanhas
Quando as ladeiras e o ar próximo a elas estão
aquecidas a densidade do ar diminui e sobe seguindo a
superfície da ladeira. Durante a noite a direção se
inverte.
A energia do vento
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Um aerogerador obtém sua potência de entrada
convertendo a força do vento em um binário atuando
sobre as pás do rotor. A quantidade de energia
transferida ao rotor pelo vento depende da densidade
do ar, da área varrida pelo rotor e da velocidade do
vento.
Densidade do ar
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A energia cinética de um corpo em movimento é
proporcional a sua massa. Assim, a energia cinética do
vento depende da densidade do ar, ou seja, sua massa
por unidade de volume. Em outras palavras, quanto
mais pesado for o ar mais energia a turbina receberá.
Na pressão atmosférica normal e a 15º o ar pesa 1,225
kg/m3. Em grandes altitudes a pressão é menor e o ar é
menos denso.
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Área varrida pelo rotor
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Um aerogerador típico de 1.000 kW tem um diâmetro
de rotor de 54 m, o que supõe uma área de rotor de
2.300 m2. A área do rotor determina quanta energia do
vento é capaz em uma turbina. Como a área do rotor
varia com o quadrado do diâmetro, uma turbina que
tenha o diâmetro duas vezes maior receberá quatro
vezes mais energia.
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Potência da fórmula do vento
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A
potência
do
vento
que
passa
perpendicularmente através de uma área circular
é:
Pv = (1/2). .A. V 3
Onde:
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P = potência do vento em W.
= densidade do ar seco = 1,225 kg/m3 a 15° C).
V = velocidade do vento em m/s
A= área varrida pelo rotor em m2.
A potência do vento:
velocidade do vento
cubo
da
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A velocidade do vento é muito importante para a
quantidade de energia que um aerogerador pode
transformar em eletricidade. A energia que o vento
pode fornecer varia com o cubo da velocidade média.
Se a velocidade do vento duplica, a quantidade de
energia é oito vezes maior.
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O gráfico mostra mostra que uma velocidade de
vento de 8 m/s obtemos uma potência de 314 por cada
metro quadrado exposto ao vento. A 16 m/s obteremos
uma potência oito vezes maior, isto é, 2.509 W/m2
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Medição da velocidade do vento:
anemômetros
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As medições da velocidade do vento se realizam
normalmente usando um anemômetro de conchas. O
anemômetro de conchas tem um eixo vertical e três
conchas que capturam o vento. O número de rotações
por segundo são registrados eletronicamente.
Normalmente, o anemômetro é provido de um leme
para indicar a direção do vento. Em lugar das conchas,
o anemômetro pode estar equipado com hélices, o que
não é comum.
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Os anemômetros de qualidade são
uma necessidade para as medições
de energia eólica
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Quando se estar projetando um parque com as
medições de velocidade de vento feitas com um
anemômetro de erro de 10%, pode-se estar cometendo
um erro de conteúdo energético de 33%. Se tem que
calcular para o aerogerador com uma altura de 10m a
50m os cálculos da energia poderá chegar a um erro de
75%.
O anemômetro de um aerogerador só é utilizado para
determinar se sopra vento suficiente para orientar o
rotor do aerogerador e coloca-lo em funcionamento.
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Medições da velocidade do vento na
prática
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A melhor forma de medir a velocidade do vento em
uma futura localização de uma turbina eólica é situar
um anemômetro na parte superior de um mastro que
tenha a mesma altura da turbina a ser instalada.
Colocando o anemômetro na parte superior do
mastro minimiza-se as perturbações das correntes de ar
criadas pelo próprio mastro
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Qual mastro a escolher
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Para evitar o abrigo do vento, normalmente se utilizam
postes cilídricos delgados para colocar os mecanismos
de medição.
O anemômetro, o poste e o registrador de dados
custam em torno de $5.000.
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Sensor especial de velocidade de vento à
120 de alturacial de velocidade de vento à
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Sensor de direção e sensor de velocidade
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O registrador de dados
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Os dados de velocidade e direção do vento obtidos
pelo anemômetro são armazenados em um chip
eletrônico de computador. O registrador de dados pode
funcionar com bateria durante um longo período de
tempo.
Médias de 10 minutos
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As velocidades do vento são medidas em médias de 10
minutos para que seja compatível com a maioria dos
programas padrões. Os resultados nas velocidades do
vento são diferentes se forem utilizados períodos de
tempo para calcular as médias.
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A rosa dos ventos
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Observe que os ventos fortes sempre são numa
determinada direção. Para mostrar a informação sobre
a distribuição de velocidade do vento e a freqüência de
variação das direções do vento, pode-se desenhar a
chamada rosa dos ventos.
Para cada um dos setores, os cones mais exteriores (em azul) mostram a
distribuição de frequências do Vento
Os cones intermediários (em preto) mostram a velocidade do
vento multiplicada por sua frequência
Os cones mais mais interiores mostram a distribuição da velocidade do vento
elevada ao cubo multiplicada por sua frequência (isto é sua energia).
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Curva de Vazão do Rio São Francisco
e Vento Típico do Litoral
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Um mapa de ventos preliminar do Brasil gerado a
partir de simulações computacionais com modelos
atmosféricos é mostrado na figura abaixo.
¾
¾
¾
¾
¾
> 8,5 m/s
7,0-8,5 m/s
6,0-7,0 m/s
5,0-6,0 m/s
< 5,0 m/s