estudo da energia eólica para aproveitamento em pequenos

Vivências: Revista Eletrônica de Extensão da URI ISSN 1809-1636

Vivências. Vol.7, N.13: p.108-127, Outubro/2011 108

ESTUDO DA ENERGIA EÓLICA PARA APROVEITAMENTO EM PEQ UENOS 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.



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



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.



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.



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 Chumbo-ácido 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].



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



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, soma-se 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



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 leste-nordeste 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.



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 cata-vento 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



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. Março Outubro

1989 2,34 3,41 1990 2,78 3,02

1991 2,7 3,47 1992 2,7 3,47 1993 2,78 3,49 1994 2,63 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.



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 gl MQ F valor-P F crítico Máx. x Mín. 1,498133 1 1,498133 50,47052 3,28E-05 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.

Temp. Min.

Temp. Max

Julho Dezembro 1989 18,73 32,45 1990 17,63 1991 32,05 1992 32,05 1993 17,76 30,66 1994 23,822

Na figura 6 temos o gráfico das temperaturas nos meses de máximas e mínimas temperaturas.

Figura 6 - Meses de máximas e mínimas temperaturas.



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 gl MQ F valor-P F crítico Temp. Max. x Mín. 303,41698 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.

UR Max

UR Min.

Maio Novembro 1989 83,5 58,69 1990 74,22 74,06 1991 75,8 59,5 1992 75,8 59,5 1993 75,86 63,27 1994 84,54 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.



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 gl MQ F valor-P F crítico Umidades Máx. e Mín. 498,1985 1 498,1985 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

Dezembro Dezembro 1989 3,32 32,45 1990 3,04 1991 3,26 32,05 1992 3,26 32,05 1993 2,82 30,66 1994

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.



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 gl MQ F valor-P F crítico Temp. Max. e velocidade 1825,642 1 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 Julho Julho

1989 2,68 18,73 1990 1,98 17,63 1991 3,12 1992 3,12 1993 3,37 17,76 1994 3,23 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.



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 gl MQ F valor-P F crítico Temp. mín. e velocidade 658,863 1 658,863 194,3837 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 Temp.

Max. Temp. min.

Dezembro Julho 1989 3,32 2,68 1990 3,04 1,98 1991 3,26 3,12 1992 3,26 3,12 1993 2,82 3,37 1994 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.



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 gl MQ F valor-P F crítico Entre velocidades. 0,13603 1 0,13603 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.

Velocidade Maio

UR Maio

1989 2,91 83,5 1990 2,37 74,22 1991 3,16 75,8 1992 3,16 75,8 1993 3,22 75,86 1994 2,78 84,54

A figura 11 representa graficamente os valores das velocidades e umidades relativas máximas.

Figura 11 - Gráfico das velocidades com maior umidade relativa.



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 gl MQ F valor-P F crítico Umidade máxima e velocidades 17034,37 1 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 Dezembro

UR Dezembro

1989 3,32 58,88 1990 3,04 67,62 1991 3,26 60,09 1992 3,26 60,09 1993 2,82 69,53 1994

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.



Tabela 16 - Análise da variância entre umidades mínimas e velocidades.

SQ gl MQ F valor-P F crítico Umidades mínimas e velocidades 9030,626 1 9030,626 738,8777 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.

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.

Velocidades UR Max UR Min. Maio Dezembro

1989 2,91 3,32 1990 2,37 3,04 1991 3,16 3,26 1992 3,16 3,26 1993 3,22 2,82 1994 2,78



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 gl MQ F valor-P F crítico Entre velocidades 0,116485 1 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.



6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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