Vivências: Revista Eletrônica de Extensão da URI
ISSN 1809-1636
ESTUDO DA ENERGIA EÓLICA PARA APROVEITAMENTO EM PEQUENOS
EMPREENDIMENTOS
Study Of Wind Energy For Development In Small Enterprises
Filipe G. RAMOS
Nelson SEIDLER
RESUMO
A busca por energias renováveis se dá devido à segurança no fornecimento de energia. E lugares
remotos e distantes da rede de transmissão onde podem ser usados aero geradores de pequeno porte
isoladamente e também a obrigação de proteger o ambiente. Sua degradação é acentuada pelo uso
de combustíveis fósseis e as grandes alterações na paisagem provocadas pelas usinas hidrelétricas,
tais como os desmatamentos e inundações de áreas verdes e o deslocamento de moradores da
região.
Pensando nisso a URI está desenvolvendo um estudo de energia eólica para aproveitamento em
pequenos empreendimentos, onde foram analisados as condições de ventos da região, também como
a temperatura e a umidade relativa do ar em relação as velocidades do ar.
Palavras-chave: Energia Eólica, Aero Geradores, Pequenos Empreendimentos.
ABSTRACT
The search for renewables energy is due to security of supply of energy. There are remote places
and distant from transmission network where can be use small aero generators isolated and also the
obligation to protect the environment. It is degradation is accentuated by use of fossil fuels and the
great changes in the landscape caused for hydroelectric plants, such as the deforestations and flood
of green areas and the displacement of local residents.
Thinking about it URI is developing a study of wind power to use in small business, where were
analyzed the wind conditions in the region, also as the temperature and relative humidity for the air
speeds.
Keywords: Wind energy, aero generators, small enterprises
1 INTRODUÇÃO
O consumo energético mundial está em franca expansão. Pode trazer inúmeros benefícios
como movendo eletrodomésticos, base no uso industrial, trazendo comodidade, lazer, responsável
pelo progresso e geração de renda. Grande parte desta energia é gerada por hidroelétricas,
termoelétricas e energia nuclear, consumindo carvão, lenha, petróleo ou até minerais radioativos,
gerando muitas vezes resíduos altamente prejudiciais ao meio ambiente.
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Visando a não agressão ambiental estão em evidência métodos de geração de energia limpa
e entre as quais pode ser citada a energia eólica. Muitas nações estão visualizando a potencialidade
deste tipo de energia, com fortes investimentos futuros.
O desenvolvimento de aero geradores sempre teve uma forte concorrência com outras fontes
de energia, principalmente de combustíveis fósseis que, com o surgimento de novas reservas,
tornaram-se mais viáveis e competitivos economicamente, contribuindo assim, para o abandono de
diversos projetos de aero geradores. Nos últimos anos essa história mudou, a preocupação com a
escassez de recursos naturais não-renováveis e o desenvolvimento sustentável vem incentivando
cada vez mais o crescimento da energia eólica.
O Brasil apresenta grande perspectiva de utilização deste tipo de energia, pois a costa
litorânea brasileira e algumas regiões interioranas apresentam boas perspectivas de geração de
energia eólica, com ventos constantes de boa velocidade. Alguns investimentos foram realizados e
estão em fase de produção e outros investimentos previstos no programa de desenvolvimento
energético brasileiro.
Por mais que hajam investimentos, ainda observa-se a dificuldade de acesso a esta
tecnologia. Nestas últimas décadas é que universidades iniciaram de forma mais aguda pesquisas de
desenvolvimento tecnológico na área, gerando mão de obra especializada. Nossa universidade
também não pode ficar de fora e através do Grupo de Estudos em Materiais e Sistemas –
GEPEMASI criou uma nova linha de pesquisa sobre Energias alternativas. Com este projeto
pretendo iniciar uma longa caminhada em estudos da geração destas energias, iniciando pela eólica.
Contatos com doutores e mestres, engenheiros eletricistas e técnicos foram realizados com o
objetivo de desenvolver um núcleo de pesquisa, com apoio inclusive de empresas, instituições até a
nível internacional, com a participação de professores da Universidad Nacional de Misiones UNAM, na Argentina, que possui experiência na área há muitos anos, na construção de pequenas
centrais hidroelétricas, como também nas energias alternativas, como a eólica e solar.
Procurando conhecer a tecnologia e aperfeiçoá-la é que se pretende desenvolver este núcleo
de pesquisa, publicar artigos em eventos a nível nacional, colocando a disposição da comunidade
regional esta tecnologia que poderá ser aplicada em residências urbanas e em propriedades rurais,
trazendo benefícios na redução do consumo e na produção de energias limpas, capazes de auxiliar
na qualidade de vida e no desenvolvimento regional, justificando-s plenamente a proposta desta
pesquisa, na divulgação do conhecimento a nível de terceiro e segundo graus.
2 ENERGIA EÓLICA
A energia eólica é a energia que provém do vento, uma abundante fonte de energia, limpa,
renovável e disponível em todos os lugares. O termo eólico vem do latim aeolicus, pertencente ou
relativo a Éolo, Deus dos ventos na mitologia grega e, portanto, pertencente ou relativo ao vento.
A energia eólica tem sido aproveitada desde a antiguidade para mover os barcos
impulsionados por velas ou para fazer funcionar a engrenagem de moinhos, ao mover as suas pás.
Nos moinhos de vento a energia eólica era transformada em energia mecânica, utilizada na moagem
de grãos ou para bombear água. Os moinhos foram usados para fabricação de farinhas e ainda para
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drenagem de canais, sobretudo nos Países Baixos.
O ressurgimento das energias renováveis dá-se a partir dos choques petrolíferos da década
de 70. Por um lado, a necessidade de assegurar a diversidade e segurança no fornecimento de
energia e, por outro lado, a obrigação de proteger o ambiente, cuja degradação é acentuada pelo uso
de combustíveis fósseis, motivaram o renovado interesse pelas renováveis. Na seqüência do choque
petrolífero muitos países iniciaram pesquisas e programas para o aproveitamento da energia do
vento. Nos últimos anos a energia eólica registrou uma verdadeira evolução, sendo que seu
crescimento de 1998 até 2007 aumentou em cerca de 10 vezes a capacidade de geração de energia.
Na atualidade utiliza-se a energia eólica para mover aero geradores - grandes turbinas
colocadas em lugares de muito vento. Essas turbinas têm a forma de um cata- vento ou um moinho,
porém as hélices de uma turbina de vento são diferentes das lâminas dos antigos moinhos porque
são mais aerodinâmicas e eficientes. As hélices tem o formato de asas de aviões e usam a mesma
aerodinâmica. O movimento, através de um gerador, produz energia elétrica.
Precisam agrupar-se em parques eólicos, concentrações de aero geradores, necessários para
que a produção de energia se torne rentável, mas podem ser usados isoladamente, para alimentar
localidades remotas e distantes da rede de transmissão. É possível ainda a utilização de aero
geradores de baixa tensão quando se trata de requisitos limitados de energia elétrica.
A quantidade de eletricidade que pode ser gerada pelo vento depende de quatro fatores:
Quantidade de vento que passa pela hélice, diâmetro da hélice, dimensão do gerador e rendimento
de todo sistema.
Apesar de não queimarem combustíveis fósseis e não emitirem poluentes, fazendas eólicas
não são totalmente desprovidas de impactos ambientais. Elas alteram paisagens com suas torres e
hélices e podem ameaçar pássaros se forem instaladas em rotas de migração. Emitem um certo nível
de ruído, que pode causar algum incômodo. Além disso, podem causar interferência na transmissão
de televisão.
Outro problemas que pode ser citado é que em regiões onde o vento não é constante, ou a
intensidade é muito fraca, obtêm-se pouca energia e quando ocorrem chuvas muito fortes,há
desperdício de energia.
2.1 Geração de Energia Eólica
O funcionamento de uma turbina eólica envolve vários campos do conhecimento, incluindo
meteorologia, aerodinâmica, eletricidade, controle, bem como a engenharias civil, mecânica e
estrutural.
O princípio de funcionamento baseia-se na conversão da energia cinética, que é resultante do
movimento de rotação causado pela incidência do vento nas pás do rotor da turbina, em energia. As
pás das máquinas modernas são dispositivos aerodinâmicos com perfis especialmente
desenvolvidos, equivalentes às asas dos aviões, e que funcionam pelo princípio físico da
sustentação, como mostra a figura 1.
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Figura 1 - Funcionamento de uma turbina eólica. [Fonte: www.awea.org].
A turbina eólica para geração de energia elétrica é composta pelos seguintes subconjuntos:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Torre - é o elemento que sustenta o rotor e a nacele na altura adequada ao funcionamento da
turbina eólica, esse item estrutural de grande porte é de elevada contribuição no custo inicial
do sistema.
Rotor - é o componente que efetua a transformação da energia cinética dos ventos em
energia mecânica de rotação. No rotor são fixadas as pás da turbina. Todo o conjunto é
conectado a um eixo que transmite a rotação das pás para o gerador, muitas vezes, através de
uma caixa multiplicadora.
Nacele - é o compartimento instalado no alto da torre e que abriga todo o mecanismo do
gerador, o qual pode incluir: caixa multiplicadora, freios, embreagem, mancais, controle
eletrônico, sistema hidráulico.
Caixa de multiplicação (transmissão) – é o mecanismo que transmite a energia mecânica
do eixo do rotor ao eixo do gerador.
Gerador – é o componente que tem função de converter a energia mecânica do eixo em
energia elétrica.
Mecanismos de controle – as turbinas eólicas são projetadas para fornecerem potência
nominal de acordo com a velocidade do vento prevalecente, ou seja, a velocidade média
nominal que ocorre com mais freqüência durante um determinado período.
Anemômetro - Mede a intensidade e a velocidade dos ventos, normalmente, de 10 em 10
minutos.
Pás do rotor – Captam o vento e convertem sua potência ao centro do rotor.
Biruta (sensor de direção) – São elas que captam a direção do vento, pois ele deve estar
perpendicular à torre para se obter um maior rendimento.
A figura 2 demonstrando as partes de uma turbina eólica.
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Figura 2 - Componentes de uma turbina eólica. [Fonte: www.pucrs.br].
Os equipamentos que compõem um sistema eólico autônomo para geração de energia elétrica são:
•
•
•
•
Turbina eólica – já descrita, a partir da energia cinética dos ventos, funciona como gerador
de energia elétrica;
Banco de baterias - composto por uma ou mais baterias, normalmente, baterias Chumboácido 12 v seladas; funciona como elemento armazenador de energia elétrica para uso
durante os períodos de calmaria, quando não há disponibilidade de vento;
Controlador de carga – dispositivo eletrônico que protege as baterias contra sobrecarga ou
descarga excessiva;
Inversor – dispositivo eletrônico que converte a energia elétrica em corrente contínua (CC)
para corrente alternada (CA), de forma a permitir a utilização de eletrodomésticos
convencionais. Alguns sistemas pequenos não empregam inversores e utilizam cargas, como
luminárias, TV, alimentadas diretamente por corrente contínua (CC).
Aqui se considera que a turbina eólica já produz energia em um nível de tensão CC compatível com
o do banco de baterias; caso contrário é ainda necessários outros dispositivos para efetuar a
conversão. A figura 3 mostra um sistema eólico.
Figura 3 - Sistema eólico Fonte [www.pucrs.br].
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2.2 Mapeamento do Vento
Para a avaliação do potencial eólico de uma região é necessário a coleta de dados dos ventos
com precisão e qualidade, capaz de fornecer um mapeamento eólico da região.
No mundo, a geração eólio-elétrica expandiu-se de forma acelerada ao longo da última
década, atingindo a escala de gigawatts. Um dos fatores limitantes para empreendimentos eólicos
tem sido a falta de dados consistentes e confiáveis. Uma parte significativa dos registros
anemométricos disponíveis pode ser mascarada por influências aerodinâmicas de obstáculos, relevo
e rugosidade. A disponibilidade de dados representativos é importante no caso brasileiro, que ainda
não explorou esse recurso abundante e renovável de forma expressiva.
Com o objetivo de fornecer dados identificando áreas adequadas para a exploração de
energia eólica e auxiliar na tomada de decisões foi criado o Atlas do Potencial Eólico Brasileiro. O
atlas foi desenvolvido a partir de um sistema de softwares chamado MesoMap, um software de
modelamento numérico de ventos na superfície. Esse sistema simula a dinâmica atmosférica dos
regimes de vento e variáveis meteorológicas correlatas, a partir de amostragens representativas de
um banco de dados validado para o período 1983/1999. O sistema inclui condicionantes geográficas
como o relevo, a rugosidade induzida por classes de vegetação e uso do solo, as interações térmicas
entre a superfície terrestre e a atmosfera, inclusive efeitos do vapor d'água presente. Essas
simulações são balizadas por referências existentes, tais como grades de dados meteorológicos
resultantes de reanálises, radiossondagens, vento e temperatura medidos sobre o oceano e medições
de vento de superfície já realizadas regionalmente no Brasil. Entre estas últimas, foram selecionadas
apenas as medições com qualidade adequada para referenciar o modelo ou referências coerentes
representativas de grandes áreas.
Embora o mercado de usinas eólicas esteja em crescimento no Brasil, ele já movimenta dois
bilhões de dólares no mundo. Existem 30 mil turbinas eólicas de grande porte em operação no
mundo, com capacidade instalada da ordem de 13.500 MW. Os campeões de uso dos ventos são a
Alemanha, a Dinamarca e os Estados Unidos, seguidos pela Índia e a Espanha.
A energia eólica pode garantir 10% das necessidades mundiais de eletricidade até 2020,
pode criar 1,7 milhões de novos empregos e reduzir a emissão global de dióxido de carbono na
atmosfera em mais de 10 bilhões de toneladas.
2.2.1 Energia Eólica no Brasil
O potencial eólico brasileiro para aproveitamento energético tem sido objeto de estudos e
inventários desde os anos 70 e o seu histórico revela o lento mas progressivo descortina mento de
um potencial energético natural de relevante magnitude existente no país. Embora ainda haja
divergências entre especialistas e instituições na estimativa do potencial eólico brasileiro, vários
estudos indicam valores extremamente consideráveis. Esses estudos indicaram a tendência a
velocidades maiores de vento no litoral brasileiro e também em áreas do interior favorecidas por
relevo e baixa rugosidade. O mapeamento por isolinhas das velocidades médias indicou a tendência
a velocidades médias a 10,00 m de altura e também possibilitou identificar locais com médias
anuais entre 5 m/s e 6 m/s.
Com a aceleração mundial do aproveitamento eólio-elétrico em escala, a instalação das
primeiras usinas eólicas no Brasil, no final da década de 1990, iniciaram-se as primeiras medições
anemométricas especificas para estudos de viabilidade, com uso de torres de 30,00 – 50,00 m e
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equipamentos com precisão e procedimentos requeridos para a finalidade. Essas medições
concentram-se inicialmente nos Estados do Pará, Ceará, Paraná, Santa Catarina e Rio Grande do
Sul.
No âmbito nacional, o estado do Ceará destaca-se por ter sido um dos primeiros locais a
realizar um programa de levantamento do potencial eólico, que já é consumido por cerca de 160 mil
pessoas. Outras medições foram feitas também no Paraná, Santa Catarina, Minas Gerais, litoral do
Rio de Janeiro e de Pernambuco e na ilha de Marajó. A capacidade instalada no Brasil é de 20,3
MW, com turbinas eólicas de médio e grande portes conectadas à rede elétrica.
Vários estados brasileiro seguiram os passos do Ceará, iniciando programas de levantamento
de dados de vento. Hoje existem mais de cem anemógrafos computadorizados espalhados pelo
território nacional. Um mapa preliminar de ventos do Brasil, gerado a partir de simulações
computacionais com modelos atmosféricos é mostrado na figura 4.
Figura 4 – Mapeamento de vento no Brasil [FONTE: www.ambientebrasil.com.br]
Considerando o grande potencial eólico do Brasil, confirmado através de estudos recentes, é
possível produzir eletricidade a custos competitivos com centrais termoelétricas, nucleares e
hidroelétricas, com custo reduzido.
2.2.2 Energia Eólica no Rio Grande do Sul
Ao longo dos 630 km de extensão do litoral do Estado do Rio Grande do Sul, existem 986
km2 de areia e dunas, sopradas por ventos intensos e constantes. Também no interior do Estado, na
baixa rugosidade e aceleração orográfica das coxilhas da campanha, muitos ventos se unem ao
Minuano para compor um dos potenciais eólicos mais promissores do Brasil. A este cenário, somase um sistema elétrico que nos últimos anos tem recebido investimentos e reforços importantes na
geração e transmissão, exigidos pelas altas taxas de crescimento da demanda energética resultante
da industrialização e do desenvolvimento econômico estadual. As velocidades de ventos no Rio
Grande do Sul podem ser vistas na figura 4.
Nos regimes diurnos, nota-se uma defasagem - na ocorrência dos picos - entre as áreas
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litorâneas e o interior do Estado: no litoral, as brisas marinhas favorecem ventos mais intensos no
período da tarde até o anoitecer, enquanto que no interior os ventos são mais intensos no período
noturno. No escoamento atmosférico sobre o Rio Grande do Sul prevalecem os efeitos ditados pela
dinâmica entre o anticiclone subtropical Atlântico, os intermitentes deslocamentos de massas
polares e a depressão barométrica do nordeste da Argentina. O anticiclone subtropical Atlântico é
um centro de altas pressões cuja posição média anual é próxima a 30°S, 25°W. A circulação
atmosférica dele resultante, no sentido anti-horário, resulta no predomínio de ventos de lestenordeste sobre toda a área do Brasil situada abaixo da latitude 10°S. A depressão barométrica do
nordeste da Argentina é uma área quase permanente de baixas pressões, geralmente estacionária a
leste dos Andes, cuja posição anual média é de aproximadamente 29°S, 66°W. Esta depressão é
causada pelo bloqueio da circulação geral atmosférica imposto pelos Andes e acentuada pelo
intenso aquecimento das planícies de baixa altitude da região.
O gradiente de pressão atmosférica entre a depressão do nordeste da Argentina e o
anticiclone subtropical Atlântico induz um escoamento persistente de leste-nordeste ao longo de
toda a região Sul do Brasil. Desse escoamento resultam velocidades médias anuais de 5.5m/s a
6.5m/s sobre grandes áreas da região. Entretanto, esse perfil geral de circulação atmosférica
encontra variações significativas na mesoescala e na micro escala, por diferenças em propriedades
de superfícies, tais como geometria e altitude de terreno, vegetação e distribuição de superfícies de
terra e água.
Desses fatores podem resultar condições de vento locais que se afastam
significativamente do perfil geral da larga escala da circulação atmosférica. Assim, ventos
superiores a 7m/s poderão ser encontrados nas elevações mais favoráveis do continente, sempre
associados à baixa rugosidade da campanha. Outra grande área com velocidades superiores a 7m/s
está ao longo do extenso litoral que se estende a partir de Imbé até o extremo sul do Estado, onde os
ventos predominantes de leste-nordeste são acentuados pela ação diurna das brisas marinhas, ao
longo dos meses de primavera, verão e início de outono.
Até aqui foram ressaltados os regimes predominantes do vento, mas é muito importante que
se ressalte o caráter dinâmico das circulações sobre o Rio Grande do Sul, em especial as
intermitentes passagens de frentes frias - que se intensificam no inverno e primavera, trazendo o
célebre Minuano - vento forte, frio e cortante que sopra de SW sobre a campanha, com duração
aproximada de três dias a cada passagem de massa polar.
2.3 Condições Básicas para Geração de Energia Eólica
Para que a energia eólica seja considerada tecnicamente aproveitável, é necessário que sua
densidade seja maior ou igual a 500 W/m2, a uma altura de 50 m, o que requer uma velocidade
mínima do vento de 7 a 8 m/s (GRUBB; MEYER, 1993). Segundo a Organização Mundial de
Meteorologia, em apenas 13% da superfície terrestre o vento apresenta velocidade média igual ou
superior a 7 m/s, a uma altura de 50,00 m. Essa proporção varia muito entre regiões e continentes,
chegando a 32% na Europa Ocidental. A energia eólica pode ser usada também em pequena escala,
havendo geradores de pequeno porte capazes de gerar energia com ventos de 2,5 m/s.
2.4 Velocidade dos Ventos
Os ventos são gerados pela diferença de temperatura da terra e das águas, das
planícies e das montanhas, das regiões equatoriais e dos pólos do planeta terra. A quantidade de
energia disponível no vento varia de acordo com as estações do ano e as horas do dia. A topografia
e a rugosidade do solo também têm grande influência na distribuição de freqüência de ocorrência
dos ventos e de sua velocidade em um local.
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Os ventos mais fortes, mais constantes e mais persistentes ocorrem em bandas situadas a
cerca de 10 Km da superfície da terra. Como não é possível colocar os conversores eólicos nessas
zonas, o espaço de interesse encontra-se limitado a algumas dezenas de metros na atmosfera. A
estas alturas, o vento é diretamente afetado pela fricção na superfície, o que provoca uma
diminuição na sua velocidade.
Idealmente, a caracterização do recurso eólico num local deve ser feito com base em
medições em vários pontos da região envolvente e ao longo de um número significativo de anos. É
essencial que a instrumentação esteja bem exposta a todas as direções do vento, isto é, os obstáculos
devem estar situados a uma distância de pelo menos dez vezes a sua altura.A velocidade do vento é
medida com aparelhos chamados anemômetros. Esses aparelhos, normalmente possuem três ou
mais pás girando ao redor de um pólo vertical. Quanto mais rápido for esse giro, maior é a
velocidade do deslocamento do ar. A quantificação desses dados é feita através da Escala de
Beaufort, que possibilita realizar uma estimativa da velocidade através da observação visual, sem
necessariamente fazer uso de aparelhos. Os dados são armazenados num sistema de aquisição de
dados (datalogger). Em geral, a velocidade do vento é medida em m/s (metros/segundo), podendo
ainda ser medida em outras unidades, tais como nós e km/h. O principal resultado a ser obtido é a
velocidade média do vento, mas é importante conhecer também a velocidade máxima , intensidade
de turbulência, além da distribuição estatística das velocidades. Junto com o sensor de velocidade
são utilizados os sensores de direção, registrando a predominância dos ventos.
A medição do vento deve ser efetuada a uma altura próxima da altura a que vai ficar o cubo
do rotor da turbina, a fim de permitir correlacionar os dados do local com registros existentes em
estações meteorológicas próximas.
2.4.1 Anemômetros
Anemômetros são instrumentos que servem para medir a direção e indicar a velocidade dos
ventos. Inspirados nos cata-ventos, eles são calibrados de forma a que o total de voltas dadas por
suas pás correspondam a uma velocidade específica, ou seja, se no túnel de vento em que são
ajustados a corrente de ar sopra a dez quilômetros por hora, e as pás do instrumento giram cem
vezes por minuto, ele é programado para indicar 10 km/h sempre que o anemômetro atingir 100
rotações por minuto, e assim por diante.
Em geral há dois tipos de anemômetros, o de conchas e de hélice. O anemômetro de conchas
é do tipo rotativo mais vulgar em que há três ou mais conchas de formato especial montadas
simetricamente formando ângulos retos com um eixo vertical. A velocidade de rotação depende da
velocidade do vento, independentemente da direção de onde ele sopra. O conjunto das conchas faz
mover um mecanismo que conta as rotações e a velocidade do vento é calculada com o auxílio de
um dispositivo de contagem. Os anemômetros de hélice são também do tipo rotativo. Um catavento mantém voltada para o vento uma hélice, cuja rotação é transmitida a um indicador.
2.5 Experiências de Geração de Energia Eólica no Rio Grande do Sul
Parque Eólico de Osório - é um parque de produção de energia eólica na cidade de Osório,
RS. É composto por 75 torres de aero geradores de 98,00 metros de altura e 810 toneladas de peso
cada uma, podendo ser vistas da auto-estrada BR-290 (Free-Way), RS-030 e de praticamente todos
os bairros da cidade. O parque tem uma capacidade instalada estimada em 150 MW, energia capaz
de atender uma cidade de 700 mil habitantes, sendo a maior usina eólica da América Latina. O fator
de capacidade médio dos parques eólicos de Osório é de 34%, o que significa dizer que ele produz,
em média, 34% da capacidade total instalada. A média mundial deste fator é de 30%. O Parque de
Osório é um empreendimento da Ventos do Sul Energia, pertencente à espanhola Enerfin/Enervento
- Grupo Elecnor com 90%, à alemã Wobben com 9% e à brasileira CIP Brasil, com 1%. O
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empreendimento envolveu um aporte de R$ 670 milhões, dos quais 69% financiados pelo Banco
Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social - BNDS.
3 METODOLOGIA
Dados obtidos de velocidade dos ventos, umidade relativa do ar e temperatura foram obtidos
na Estação Meteorológica do Estado do Rio Grande do Sul, localizada na Universidade Regional
Integrada do Alto Uruguai e das Missões – URI Campus de Santo Ângelo no período entre 1989 e
1994. Os dados levantados serão lançados no programa Excel, separadamente , levando em conta a
velocidade do vento, umidade relativa do ar e temperatura, estes serão analisados estatisticamente
obtendo-se as médias mensais e anuais, como também realizadas análises estatísticas através da
Análise da Variância e com isto auxiliando a chegar a algumas conclusões.
4 APRESENTAÇÃO, ANÁLISE DE MEDIÇÕES DO VENTO NA URI – CAMPUS DE
SANTO ÂNGELO
4.1 Comparação Entre Velocidades Máximas e Mínimas.
A tabela 1 mostra a média das velocidades nos meses de maior e menor intensidade dos
ventos.
Tabela 1 - Velocidades máximas e mínimas dos ventos.
V Min.
V Max.
1989
1990
Março
2,34
2,78
Outubro
3,41
3,02
1991
1992
1993
1994
2,7
2,7
2,78
2,63
3,47
3,47
3,49
3,31
Na figura 5 pode-se ver graficamente as médias de velocidade dos ventos nos meses de
maior e menor intensidade dos ventos.
Figura 5 - Gráfico mensal de velocidades máximas e mínimas.
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Na tabela 2 verifica-se o tratamento estatístico, analisando se existem ou não diferenças
estatisticamente significativas entre os ventos máximos e mínimos.
Tabela 2 - Análise da variância de ventos em diferentes meses.
SQ
Máx. x Mín. 1,498133
gl
1
MQ
1,498133
F
50,47052
valor-P
3,28E-05
F crítico
4,964603
Para um melhor entendimento, essa primeira Análise da Variância está apresentada de forma
explicativa. O objetivo principal foi verificar o nível de significância entre grupos, isto é, se existem
diferenças significativas entre médias de grupos diferentes. Os dados são lançados em programas
computacionais, que apresentam a soma, a média e a variância, como também a soma dos
quadrados, os graus de liberdade, as médias quadráticas e o teste F. É comparado o valor F com o
Fcrítico ou tabelado. Se F for maior que o valor tabelado, conclui-se que existem diferenças
significativas entre grupos, isto é, os fatores que estão sendo comparados possuem influência no
resultado que está sendo analisado.
Fazendo análise da tabela 2 e comparando os resultados de F com Fcrítico, pode-se concluir
que existe efeitos estatisticamente significativos entre os ventos máximos e mínimos, isto é os
valores não foram homogêneos e sim variaram no decorrer dos meses pesquisados.
4.2 Comparação Entre Temperaturas Máximas e Mínimas
A tabela 3 mostra as médias de temperatura nos meses de maior e menor temperaturas.
Tabela 3 - Temperaturas máximas e mínimas.
1989
1990
1991
1992
1993
1994
Temp.
Min.
Temp.
Max
Julho
18,73
17,63
Dezembro
32,45
17,76
23,822
32,05
32,05
30,66
Na figura 6 temos o gráfico das temperaturas nos meses de máximas e mínimas
temperaturas.
Figura 6 - Meses de máximas e mínimas temperaturas.
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A tabela 4 apresenta o tratamento estatístico, analisando se existem ou não diferenças
estatisticamente significativas entre as temperaturas máximas e mínimas.
Tabela 4 - Análise da variância entre temperaturas máximas e mínimas.
SQ
Temp. Max.
x Mín.
303,41698
gl
MQ
F
valor-P
F crítico
1
303,417
65,85685
0,000188
5,987378
A partir da tabela 4 chega-se a conclusão que o resultado de F foi superior ao resultado de
Fcrítico concluindo que existe um efeito estatisticamente significativo entre as temperaturas máximas
e mínimas.
4.3 Comparação Entre Umidade Relativas do Ar Máximas e Mínimas
A tabela 5 apresenta as médias de umidade relativa do Arno meses de máximo e mínimo.
Tabela 5 - Umidade Relativa nos meses de máximas e mínimas.
1989
1990
1991
1992
1993
1994
UR
Max
UR Min.
Maio
83,5
74,22
75,8
75,8
75,86
84,54
Novembro
58,69
74,06
59,5
59,5
63,27
77,38
Na figura 7 está apresentado graficamente a umidade relativa nos meses de maiores e
menores umidades.
Figura 7 - Umidades Relativas máximas e mínimas.
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Na tabela 6 pode-se observar o tratamento estatístico, analisando se existem ou não
diferenças estatisticamente significativas entre as umidades relativas do ar máximas e mínimas.
Tabela 6 - Análise da variância entre Umidades Relativas Máximas e Mínimas.
SQ
Umidades
Máx. e Mín.
gl
498,1985
1
MQ
F
valor-P
F crítico
498,1985
11,35434
0,007126
4,964603
A partir da tabela 6 pode-se concluir que o resultado de F foi superior ao resultado de Fcrítico,
portanto existe um efeito estatisticamente significativo entre as umidades relativas do ar entre
máximas e mínimas.
4.4 Relação Entre Velocidade e Temperatura
4.4.1 Temperaturas Máximas e Velocidade
Na tabela 7 observam-se os dados de velocidade e temperatura no mês de dezembro, mês de
maior temperatura, ao longo dos 6 anos de medições.
Tabela 7 - Valores de velocidade e temperatura.
Velocidade
Temperatura
1989
1990
1991
1992
1993
1994
Dezembro
3,32
3,04
3,26
3,26
2,82
Dezembro
32,45
32,05
32,05
30,66
A figura 8 apresenta o gráfico da relação que ocorre entre as temperaturas máximas e
velocidades dos ventos ao longo dos anos analisados.
Figura 8 - Relação entre temperaturas máximas e velocidade dos ventos.
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A tabela 8 mostra a ANOVA entre as temperaturas máximas analisadas e sua relação com as
velocidades do vento.
Tabela 8 - Analise da variância entre Temperatura máxima e velocidade.
SQ
Temp. Max.
e velocidade
gl
1825,642
1
MQ
F
valor-P
F crítico
1825,642
6324,369
1,31E-11
5,591448
Observando a tabela 8 conclui-se que temperaturas altas possuem um aumento
considerável na velocidade dos ventos.
4.4.2 Temperaturas Mínimas e Velocidade
Na tabela 9 observa-se os dados de velocidade e temperatura no mês de julho, mês de menor
temperatura, ao longo dos seis anos de medições.
Tabela 9 - Valores de velocidade e temperatura.
Velocidade Temperatura
1989
1990
1991
1992
1993
1994
Julho
2,68
1,98
3,12
3,12
3,37
3,23
Julho
18,73
17,63
17,76
23,822
A figura 9 apresenta o gráfico da relação que ocorre entre as temperaturas mínimas e
velocidades dos ventos ao longo dos anos analisados.
Figura 9 - Relação entre temperaturas mínimas e velocidade dos ventos.
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A tabela 10 apresenta os resultados da ANOVA entre as temperaturas mínimas e a
velocidade dos ventos.
Tabela 10 - Analise da variância entre Temperatura mínima e velocidade
SQ
Temp. mín.
e velocidade
gl
658,863
MQ
1
658,863
F
valor-P
F crítico
194,3837
6,78E-07
5,317655
A partir das figuras 8 e 9 pode-se observar que entre outros fatores as temperaturas possuem
influencia nas velocidades dos ventos, sendo que temperaturas mais elevadas aumentam as
velocidades dos ventos. A analise da variância entre temperatura mínima e velocidade na tabela 10,
nos mostra que as temperaturas mínimas também possuem influencia significativa nas velocidades
dos ventos.
4.4.3 Velocidades nos Meses de Temperaturas Máximas e Mínimas
Foram feitas também analises relacionando as velocidades dos ventos nos meses de
temperaturas máximas e mínimas como demonstra a tabela 11.
Tabela 11 - Médias de velocidades nos meses de temperaturas máximas e mínimas.
Velocidades
1989
1990
1991
1992
1993
1994
Temp.
Max.
Dezembro
3,32
3,04
3,26
3,26
2,82
Temp.
min.
Julho
2,68
1,98
3,12
3,12
3,37
3,23
A figura 10 demonstra graficamente as velocidades nos meses de temperaturas máximas e
mínimas.
Figura 10 - Velocidades nos meses de maior e menor temperatura.
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A tabela 12 apresenta a ANOVA das velocidades entre os meses de máximas e mínimas
temperaturas.
Tabela 12 - Análise da variância entre as velocidades nos meses de maior e menor temperatura.
SQ
Entre
velocidades.
gl
0,13603
MQ
1
0,13603
F
valor-P
F crítico
0,819825
0,388827
5,117355
Ao analisar a tabela 12, conclui-se que as velocidades não possuem diferenças significativas
entre os meses de maiores e menores temperaturas ocorridas nos anos entre 1989 – 1994. Nota-se
que existem influencias das temperaturas nas velocidades do vento, porem analisando as médias das
variações entre máximas e mínimas temperatura, não foram encontrados efeitos significativos das
velocidades dos ventos entre estas temperaturas.
4.5 Relação Entre Velocidade e Umidade Relativa do AR
4.5.1 Umidade Relativa Máxima e Velocidade
A tabela 13 mostra os valores das velocidades no mês de maiores umidades relativas do ar.
Tabela 13 - Umidades Relativas Máximas e Velocidades.
1989
1990
1991
1992
1993
1994
Velocidade
Maio
UR
Maio
2,91
2,37
3,16
3,16
3,22
2,78
83,5
74,22
75,8
75,8
75,86
84,54
A figura 11 representa graficamente os valores das velocidades e umidades relativas
máximas.
Figura 11 - Gráfico das velocidades com maior umidade relativa.
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Na tabela 14 apresenta a ANOVA entre as UR máximas e as velovcidades do vento.
Tabela 14 - Análise da variância entre umidades máximas e velocidades.
SQ
Umidade
máxima e
velocidades
gl
17034,37
1
MQ
F
valor-P
F crítico
17034,37
1676,564
1,81E-12
4,964603
A partir da análise da variância da tabela 14, constata-se que as umidades relativas do ar
mais altas tem influencia significativa sobre as velocidades dos ventos.
4.5.2 Umidade Relativa Mínima e Velocidade
A tabela 15 apresenta valores das velocidades médias no mês de umidades relativas
mínimas.
Tabela 15 - Velocidades no mês de menores umidades.
Velocidade
UR
Dezembro Dezembro
1989
1990
1991
1992
1993
1994
3,32
3,04
3,26
3,26
2,82
58,88
67,62
60,09
60,09
69,53
O gráfico da figura 12 nos mostra os valores de velocidades no mês de umidades relativas
mínimas.
Figura 12 - Gráfico das velocidades no mês de umidade mínima.
A tabela 16 apresenta os resultados da análise da variância entre as umidades mínimas e
velocidades do vento.
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Tabela 16 - Análise da variância entre umidades mínimas e velocidades.
SQ
gl
MQ
F
Umidades
mínimas e
velocidades
9030,626
1 9030,626 738,8777
valor-P
F crítico
3,61E-09
5,317655
A análise dos dados de velocidades e umidades mínimas presentes na tabela 16 mostra que
as umidades relativas mínimas também possuem influencia significativa sobre as velocidades de
ventos.
4.5.3 Velocidades nos Meses de Umidades Relativas Máximas e Mínimas
Além das comparações de velocidades e umidades máximas e mínimas foram comparadas
também as velocidades entre os meses de maiores e menores umidades relativas do ar, como mostra
a tabela 17.
Tabela 17 - Velocidades nos meses de umidades máximas e mínimas.
Velocidades
1989
1990
1991
1992
1993
1994
UR Max
Maio
2,91
2,37
3,16
3,16
3,22
2,78
UR Min.
Dezembro
3,32
3,04
3,26
3,26
2,82
A figura 13 pode-se ver graficamente os valores de velocidades nos meses de umidades
relativas máximas e mínimas.
Figura 13 - Gráfico das velocidades nos meses de maiores e menores umidades.
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A tabela 18 mostra a Análise da Variância entre as velocidades nos meses de UR máximas e
mínimas.
Tabela 18 - Análise da variância entre as velocidades nos meses de umidades relativas máximas e mínimas.
SQ
Entre
velocidades
0,116485
gl
1
MQ
F
valor-P
F crítico
0,116485
1,497805
0,252082
5,117355
Ao analisar as tabelas 14 e 16, conclui-se que as umidades relativas máximas e mínimas do
ar possuem influencia significativa nas velocidades dos ventos, mas com base na tabela 18,
comparando a velocidade entre os meses de maior e menor UR, pode-se concluir que não existem
diferenças significativas entre as velocidades nos meses de UR máximas e mínimas.
5 CONCLUSÃO
Este trabalho de pesquisa foi muito importante para se ter uma visão real da situação de
aproveitamento dos ventos para gerar energia eólica na região.
Após a realização de diversas pesquisas, pode-se concluir que a energia eólica é uma fonte
de energia renovável e limpa, que pode ser usada em pequena escala, para suprir as necessidades de
pequenas propriedades com um baixo custo de manutenção e de uma forma ecologicamente
sustentável.
Conclui-se que existem diferenças estatisticamente significativas entre as médias das
velocidades máximas e mínimas do vento na região, chegando a mesma conclusão para as análises
entre as temperaturas máximas e mínimas, sendo que as temperaturas máximas e mínimas
aumentam significativamente a velocidade dos ventos, e existem influencias estatisticamente
significativas entre as temperaturas mínimas com a velocidade dos ventos, porém quando
comparadas as velocidades dos ventos em função dessas variações de temperaturas, não foram
encontradas diferenças significativas nestas velocidades, portanto conclui-se que para todos os
meses do ano não existem em relação a temperatura, mudanças significativas nas velocidades dos
ventos.
Analisando a influencia das umidades relativas máximas e mínimas, chegou-se também a
conclusão que existem influencias significativas entre os meses de UR máximas e UR mínimas na
velocidade dos ventos, porém quando comparadas estas velocidades com as variações extremas de
umidade relativa do ar, notou-se que não existem efeitos significativos entre elas, lembrando que
apesar de não terem mudanças significativas nas velocidades do vento em relação a temperatura e
UR, existem mudanças significativas na velocidade dos ventos nos meses de maiores e menores
velocidades.
E a partir dessas análises realizadas em estação de meteorologia entre os anos de 1989 a
1994, na universidade, foi constatado que a velocidade média dos ventos foi de 2,5 m/s, que já
permitem a utilização de geradores de pequeno porte, suprindo a necessidade de energia em regiões
remotas ou até mesmo auxiliando nos custos dos gastos com energia, o que atinge o foco da
pesquisa, relacionada para satisfazer as necessidades de pequenos empreendimentos. Também
foram constatados fatos que ajudam a compreender um pouco mais da energia eólica, tais como a
influencia das temperaturas e umidades relativas do ar nas velocidades do vento.
Vivências. Vol.7, N.13: p.108-127, Outubro/2011
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6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Atlas Eólico do Rio Grande do Sul; 2008 – [Acesso em 2010 Ago. 25]. Disponível em:
http://www.seinfra.rs.gov.br/atlas/INDEX_rgs.htm
Camargo do Amarante, Odilon. Leite de Sá, Antônio. Atlas do potencial eólico Brasileiro; 2001 [Acesso
em
2010
Fev.
14].
Disponível
em:
http://www.cresesb.cepel.br/index.php?link=/atlas_eolico_brasil/atlas.htm
Energia
Eólica.
[Acesso
em
2010
Jul.
14].
Disponível
em:
http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_e%C3%B3lica
Jochims Rossi, Pedro Henrique; Pederiva de Oliveira, Cássia. Perguntas Freqüentes Sobre Energia
Eólica; 2010 – [Acesso em 2010 Jul. 15]. Disponível em: http://www.pucrs.br/ceeolica/faq.php?q=7
M. G. Castro, Rui. Energias Renováveis e Produção Descentralizada. Introdução a Energia Eólica;
2007
–
[Acesso
em
2010
Mar.
15].
Disponível
em:
https://dspace.ist.utl.pt/bitstream/2295/106889/1/eolica_ed3.pdf
Silva, Patrícia de Castro da. Sistema para Tratamento, Armazenamento e Disseminação de Dados
de Vento. Rio de Janeiro, Set. 1999.
Souza, Denise. Energia Eólica; 2007 – [Acesso em 2010 Jul. 19]. Disponível em:
http://www.fcmc.es.gov.br/download/energia_eolica.pdf
Vivências. Vol.7, N.13: p.108-127, Outubro/2011
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