vento

A Atmosfera


A atmosfera é parte vital da vida na terra mas representa apenas 1% do seu raio. Isto significa que ela é uma pequena casca envolvendo nosso planeta.

Os Oceanos


Assim como a atmosfera, os oceanos também foram gerados a partir do núcleo da terra. Vapor d´água e outros gases foram liberados há bilhões de anos formando a atmosfera e os oceanos.

Os oceanos contém 97% da água do planeta mas o ciclo hidrológico estabelece a correlação entre oceanos e atmosfera.

Isto significa que existe uma correlação entre a energia eólica e a energia hidrelétrica.

A Energia Solar


O Sol injeta enormes quantidades de energia todos os dias na terra.

Na realidade, sem esta energia não haveria vida na terra nem haveriam fontes de energia renováveis.

Se considerarmos que os combustíveis fósseis são derivados de formas de vida, podemos considerá-los como energia solar armazenada.

Na verdade, as únicas fontes de energia que não dependem da energia solar são as marés, a geotérmica e a nuclear.

As marés estão relacionadas à energia gravitacional do sitema lua e terra.

A energia geotérmica está associada ao calor existente no núcleo da terra.

Finalmente, a energia nuclear está associada às forças de ligação das partículas subatômicas.

Porém, esta energia não chega na terra de forma uniforme. Sua intensidade é maior no equador e menor nos pólos.

A Máquina Térmica Chamada Terra


Em função disso, o sistema formado pelos oceanos e pela atmosfera pode ser visto como uma gigantesca caldeira que transfere enorme quantidades de

Referências


Os dados brutos utilizados neste capítulo foram gentilmente obtidos no site no INMET.

Distribuição de Weibull


De acordo com Murthy, a distribuição de probabilidade acumulada de Weibull é dada pela expressão abaixo:

De acordo com as normas da IEC, o fator de deslocamento é zero e a probabilidade da velocidade do vento pode ser representada pela seguinte expressão:

 

Onde:

  • P é a distribuição de probabilidade acumulada da velocidade do vento ser menor do que V;
  • Vm é a velocidade média;
  • C é o fator de escala;
  • k é o fator de forma.

Definições


De acordo com a Norma IEC-61400, as seguintes definições são utilizadas na geração de energia eólica.

Velocidade Média Anual

A velocidade média anual é o valor médio de amostras suficientemente representativas em múltiplos anuais e sem as variações sazonais.

Velocidade de Corte Inferior (Cut-in)

É a velocidade mínima do vento, na altura do cone (Hub) do rotor e em regime permanente e sem turbulência, que permite o início de geração de energia elétrica.

Velocidade de Corte Superior (Cut-Off)

É a velocidade máxima do vento, na altura do centro do rotor e em regime permanente e sem turbulência, que ainda permite a geração de energia elétrica.

Velocidades Extremas de Vento

É a maior velocidade do vento, amostrada em média móvel de t segundos, com probabilidade anual de ser excedida de 1/N anos.

No cálculo dessas velocidades extremas pode-se utilizar medições de velocidades de vento com médias móveis de 1s ou 10 min. A grande questão é a disponibilidade dos dados e da quantidade de tempo de processamento.

Velocidades extremas são utilizadas para o projeto estrutural das turbinas eólicas.

Rajadas

Rajadas são variações temporárias e súbitas na velocidade e/ou direção do vento. Elas são caracterizadas por intendidade, duração e velocidade de variação.

Altura do Cone

É a altura do centro da área de captação do vento. Em turbinas de eixo horizontal, esta altura coincide com a altura do centro das pás da turbina.

Velocidade Nominal

É a menor velocidade do vento, na altura do cone, capaz de produzir a potência nominal da turbina.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Introdução


Todos nós possuímos conhecimentos sobre o vento.

A praia, o mar, as pipas, as montanhas e os temporais nos forçaram a conviver com este poderoso elemento da natureza.

Ele pode ser suave ou destruidor conforme mostram as fotos acima.

Conforme visto no Capítulo Turbinas Eólicas, a potência eólica é proporcional ao cubo da velocidade do vento.

Portanto, para estimarmos a energia possível de ser extraída, é necessário fazer um estudo estatístico da velocidade do vento de forma semelhante à análise feita para a energia hidrelétrica.

Muito antes da geração de energia elétrica, o vento foi o principal motor dos navios e, por isso, muito conhecimento foi desenvolvido pelos marinheiros de antigamente.

No século XIX, Sir Francis Beaufort, desenvolveu uma escala, baseada em efeitos visuais, utilizada até hoje para definir a força do vento.

O sucesso desta escala, conhecida como escala Beaufort, baseou-se na falta de instrumentos de medição de velocidade do vento naquela época.

Na verdade, a medição do vento não é trivial mesmo atualmente com estações meteorológicas eletrônicas.

A Atmosfera


 

Dados Reais


A tabela em anexo é um exemplo de dados meteorológicos disponibilizados pelo Instituto Nacional de Meteorologia e os dados utilizados neste capítulo foram obtidos neste site.

A Figura abaixo apresenta 1959 velocidades médias horárias do vento em Natal. Observa-se uma enorme volatilidade nas velocidades do vento.

 

A figura abaixo apresenta medições horárias da velocidade do vento durante apenas alguns dias.

Observa-se grande variação na velocidade e um comportamento cíclico diário.

 

 

O comportamento cíclico anual também existe mas não é observável nesse gráfico porque os dados disponíveis são de apenas alguns meses.

A figura abaixo mostra a média móvel de 24 horas dos dados apresentados inicialmente. Observa-se que as variações decorrentes do ciclo diário são filtradas.

 

 

Do ponto de vista energético, a principal característica do vento é a variação da sua velocidade. O vento é provocado principalmente pela energia recebida do sol e pela rotação da terra. Isto significa que ele varia no tempo e de região para região da terra.

Esta correlação entre a radiação solar e o vento pode ser comprovada na figura abaixo.

Neste caso, para que os dados pudessem ser apresentados no mesmo eixo, as grandezas foram normalizadas tendo como base o valor médio diário.

Como estes dados são de uma região costeira, este comportamento resulta da diferença do comportamento térmico da terra e da água.

 

 

Outra questão importante são as rajadas de vento.

Os dados apresentados anteriormente são dados médios horários.

Contudo, as variações no vento podem ser rápidas e existe o fenômeno de rajadas, que são aumentos rápidos da intensidade mas com pouca duração.

A rajada não é importante do ponto de vista energético mas é determinante no projeto estrutural das turbinas eólicas.

A figura abaixo apresenta os dados de rajadas de 80

 

 

Num segundo nível de importância, temos a influência do relevo e da vegetação. Isto significa que para escolhermos locais para aproveitamentos eólicos é necessário instalar medições locais e obter a maior quantidade de dados possíveis.

De qualquer maneira, podemos tratar a velocidade do vento, e sua direção, como séries temporais com componentes horárias, anuais e aleatórias. Isto significa que a metodologia utilizada a análise das vazões hídricas também pode ser utilizada para energia eólica.

Para isso, inicia-se com a análise das tendências de longo prazo. Como a base de dados utilizada é menor do que um ano, iniciamos com a análise das médias diárias.

A distribuição estatística da amostra das médias móveis de 24 horas dos dados disponíveis está na figura abaixo.

 

 

A figura baixo apresenta a curva de persistência da média móvel de 24 horas da velocidade do vento baseada em 80 dias de medições horárias.

Observamos que, pelo menos neste caso, a curva é muito diferente da curva de persistência das hidrelétricas.

 

 

A distribuição estatística que melhor representa a velocidade do vento é a distribuição de Weibull.