A precis˜ao de todo este processo requer, em primeira instˆancia, um estudo profundo de to- das as limita¸c˜oes da instrumenta¸c˜ao para medi¸c˜ao. Estes, como primeiro intervenientes do processo de medi¸c˜ao, devem ser usados de forma correcta e privados de vari´aveis intr´ınsecas `
Equipamentos de medi¸c˜ao
Esta¸c˜ao anemom´etrica
As campanhas de medi¸c˜ao das caracter´ısticas do vento visando o seu aproveitamento energ´etico assim como a medi¸c˜ao da curva de potˆencia, passa obrigatoriamente pela in- stala¸c˜ao de uma torre para a coloca¸c˜ao dos equipamentos de medi¸c˜ao das caracter´ısticas do escoamento. 1 2 3 4 5 Torre de treliça Anemómetro Cata-vento Pára-raios Caixa- Data logger
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Figura 5.1: Esta¸c˜ao anemom´etrica (Cortesia do INEGI)
Na figura 5.1 faz-se a representa¸c˜ao esquem´atica de uma torre t´ıpica de medi¸c˜ao. A recolha de informa¸c˜ao, realizada atrav´es dos aparelhos instalados na pr´opria torre, dever´a decorrer, pelo menos, durante um ano, para que o conjunto de dados recolhido incorpore correctamente a sazonalidade t´ıpica dos regimes de ventos observados em locais de latitude significativamente diferente da do equador.
O local previsto para instala¸c˜ao da torre dever´a respeitar duas importantes premissas: 1. Dever´a situar-se longe de qualquer obst´aculo que interfira no escoamento
2. Dever´a localizar-se num ponto representativo da ´area em an´alise
Desta forma garante-se a representatividade das medi¸c˜oes. Refere-se por´em, que de- vido `as caracter´ısticas dos terrenos em estudo, quer da sua natureza orogr´afica, quer da sua extens˜ao, o respeito pela segunda premissa nem sempre ´e facilmente atingido. ´E norma geral que a altura da torre de medi¸c˜ao se situe o mais pr´oximo poss´ıvel da altura pre- vis´ıvel do eixo do rotor dos aerogeradores a instalar no local, minorando assim a incerteza associada a posteriores c´alculos.
O anem´ometro
As caracter´ısticas de vento alvo de medi¸c˜oes s˜ao fundamentalmente a velocidade e a di- rec¸c˜ao. Os instrumentos utilizados, para a medi¸c˜ao de qualquer uma delas, dever˜ao re- speitar um conjunto de parˆametros que assegurem o seu bom funcionamento durante toda a campanha de medi¸c˜ao.
Figura 5.2: Anem´ometro de copos
Dever˜ao ser fi´aveis, precisos e ser seleccionados tendo em conta as condi¸c˜oes am- bientais em que ir˜ao trabalhar, seja de temperatura, de humidade e ventos extremos, seja a presen¸ca de sal ou de p´o. Por fim, dever˜ao ser de f´acil substitui¸c˜ao. Para a medi¸c˜ao da velocidade do vento recorre-se na maioria das situa¸c˜oes a anem´ometros de copos, [Ower and E. Pankhurst, 1997].
Embora de utiliza¸c˜ao universal, os anem´ometros de copos exibem algumas debilidades que ´e necess´ario salientar. Na ocorrˆencia, de situa¸c˜oes em que a componente vertical do escoamento ´e relevante, o valor da velocidade medida se afasta do valor real da velocidade do fluxo de ar. Idealmente, o comportamento do anem´ometro deveria ser insens´ıvel a esta varia¸c˜ao, pois o seu prop´osito ´e a medi¸c˜ao da velocidade do escoamento incidente nas p´as de um aerogerador, [R. Gash and J. Twele, 2002].
Por outro lado, a massa associada ao sistema de copos e hastes e as fric¸c˜oes internas causam um amortecimento das varia¸c˜oes do vento, podendo levar a imprecis˜oes quando se tenta analisar a varia¸c˜ao da velocidade do vento em per´ıodos de curta dura¸c˜ao. Este comportamento ´e descrito sob a forma da constante de distˆancia do anem´ometro, um parˆametro an´alogo ao tempo de resposta de um aparelho, mas medido em termos de distˆancia percorrida pelo fluxo de ar at´e que o anem´ometro atinja 63% da varia¸c˜ao da velocidade.
Equipamentos de medi¸c˜ao
A defini¸c˜ao deste parˆametro tem por base a aplica¸c˜ao da Lei de Conserva¸c˜ao da Quantidade de Movimento ao sistema anem´ometro/fluxo de vento e ignorando efeitos de interferˆencia aerodinˆamica e de fric¸c˜ao interna, [bib, 1999]. Para anem´ometros de copos com a forma do exibido na figura 5.1 a constante de distˆancia situa-se tipicamente entre 2.5 e 3.5 m, podendo atingir os 2 m para os anem´ometros de melhor desempenho.
Sabe-se tamb´em que um anem´ometro de copos tem uma resposta mais r´apida quando a velocidade aumenta do que quando esta diminui. Este fen´omeno, conhecido por over-
speeding, origina uma sobre-estimativa do valor da velocidade medida pelo anem´ometro.
A sua contabiliza¸c˜ao ´e tamb´em conseguida pela constante de distˆancia, sendo que esta dever´a ser a mais baixa poss´ıvel de forma a minorar o referido desvio.
Sempre que se suspeite de ventos com elevadas componentes verticais, elevadas tur- bulˆencias ou se deseje medir a varia¸c˜ao do vento em intervalos de tempo reduzidos dever´a ser encarada a utiliza¸c˜ao de outro tipo de instrumentos de medi¸c˜ao. Para estas situa¸c˜oes, e pela ausˆencia de ´org˜aos mecˆanicos, um boa alternativa s˜ao os anem´ometros ultra s´onicos, os SODARES ou os LIDARES.
O sensor de direc¸c˜ao
A medi¸c˜ao da direc¸c˜ao do vento ´e feita tipicamente por recurso a um sensor de direc¸c˜ao, vulgarmente designado por catavento. A forma mais familiar deste equipamento ´e carac- terizada por uma pequena ”barbatana”ligada um eixo vertical. Assim, o catavento est´a constantemente em busca de equil´ıbrio, procurando o seu alinhamento com a direc¸c˜ao do escoamento. A convers˜ao da posi¸c˜ao do catavento para um sinal el´ectrico ´e conseguida por um potenci´ometro. Na figura 5.3 mostra-se o aspecto t´ıpico de um catavento.
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A semelhan¸ca dos anem´ometros, tamb´em os cataventos demonstram uma certa in´ercia na mudan¸ca de posi¸c˜ao, caracter´ıstica designada por limiar de resposta ou threshold, t´ıpicamente pr´oximo de 1 m/s. Nas alturas de quase ausˆencia de vento, o catavento assume um comportamento err´atico, rodando sem tendˆencia aparentemente definida. No entanto, acima deste limiar de velocidade, esta conduta n˜ao ´e novamente observada.
Na fase de coloca¸c˜ao dos instrumentos na torre ´e necess´ario acautelar a influˆencia desta no escoamento, instalando os sensores a uma distˆancia que minore este efeito. Igualmente, a haste horizontal de suporte dos instrumentos de medi¸c˜ao ´e fonte causadora de distor¸c˜ao do escoamento, pelo que todos os instrumentos devem guardar-lhe uma distˆancia m´ınima.