Avaliação do potencial eólico para geração de energia na zona rural do Estado de Sergipe

Texto

(1)UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE PRÓ-REITORIA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA NÚCLEO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM DESENVOLVIMENTO E MEIO AMBIENTE ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: DESENVOLVIMENTO REGIONAL PROGRAMA DE DESENVOLVIMENTO E MEIO AMBIENTE. AVALIAÇÃO DO POTENCIAL EÓLICO PARA GERAÇÃO DE ENERGIA NA ZONA RURAL DO ESTADO DE SERGIPE.. Autor: Fábio Stefano Batista Sobral Orientador: Dr. Gregório Guirado Faccioli. Fevereiro – 2009 São Critóvão – Sergipe Brasil.

(2) 2 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE PRÓ-REITORIA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA NÚCLEO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM DESENVOLVIMENTO E MEIO AMBIENTE ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: DESENVOLVIMENTO REGIONAL PROGRAMA DE DESENVOLVIMENTO E MEIO AMBIENTE. AVALIAÇÃO DO POTENCIAL EÓLICO PARA GERAÇÃO DE ENERGIA NA ZONA RURAL DO ESTADO DE SERGIPE.. Projeto de Pesquisa apresentado ao Núcleo de Pós-Graduação em Desenvolvimento e Meio Ambiente da Universidade Federal de Sergipe, como parte dos requisitos exigidos para a Qualificação do Mestrado em Desenvolvimento e Meio Ambiente.. Autor: Fábio Stefano Batista Sobral Orientador: Dr. Gregório Guirado Faccioli. Fevereiro – 2009 São Critóvão – Sergipe Brasil.

(3) 3. FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA BIBLIOTECA CENTRAL UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE. Sobral, Fábio Stefano Batista S677a Avaliação do potencial eólico para geração de energia na zona rural do Estado de Sergipe / Fábio Stefano Batista Sobral. – São Cristóvão, 2009. 168 f. : il.. Dissertação (Mestrado em Desenvolvimento e Meio Ambiente) – Universidade Federal de Sergipe, 2009.. Orientador: Prof. Dr. Gregório Guirado Faccioli. 1. Produção de energia. 2. Energia alternativa Eólica. 3. Abastecimento de água. 4. Sergipe. I. Título. CDU 621.548(813.7).

(4) 4. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE PRÓ-REITORIA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA NÚCLEO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM DESENVOLVIMENTO E MEIO AMBIENTE ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: DESENVOLVIMENTO REGIONAL PROGRAMA DE DESENVOLVIMENTO E MEIO AMBIENTE. AVALIAÇÃO DO POTENCIAL EÓLICO PARA GERAÇÃO DE ENERGIA NA ZONA RURAL DO ESTADO DE SERGIPE.. Dissertação de Mestrado defendida por Fábio Stefano Batista Sobral e aprovada em 20 de fevereiro de 2009 pela banca examinadora constituída pelos doutores:. ________________________________________________ Dr. Gregório Guirado Faccioli UFS - PRODEMA. ________________________________________________ Dra. Ana Alexandrina Gama da Silva EMBRAPA/CPATC. ________________________________________________ Dr. Antenor Oliveira Aguiar Netto UFS - PRODEMA.

(5) 5 Este exemplar corresponde à versão final da Dissertação de Mestrado em Desenvolvimento e Meio Ambiente.. ________________________________________________ Dr. Gregório Guirado Faccioli UFS - PRODEMA.

(6) 6 É concedida ao Núcleo responsável pelo Mestrado em Desenvolvimento e Meio Ambiente da Universidade Federal de Sergipe permissão para disponibilizar, reproduzir cópias desta dissertação e emprestar ou vender tais cópias.. ________________________________________________ Fábio Stefano Batista Sobral UFS – PRODEMA. ________________________________________________ Dr. Gregório Guirado Faccioli UFS - PRODEMA.

(7) 7 É concedida ao Núcleo responsável pelo Mestrado em Desenvolvimento e Meio Ambiente da Universidade Federal de Sergipe permissão para disponibilizar, reproduzir cópias desta dissertação e emprestar ou vender tais cópias.. ________________________________________________ Fábio Stefano Batista Sobral UFS – PRODEMA. ________________________________________________ Dr. Gregório Guirado Faccioli UFS - PRODEMA.

(8) ii. Sumário. Lista de figuras. Figura 1: Exclusão Elétrica Rural MME, 2004.. 22. Figura 2: Origem das fontes de energia. 31. Figura 3: Correntes de convecção. 33. Figura 4: Formação do movimento dos ventos.. 33. Figura 5: Brisas. 35. Figura 6: Escala espacial e temporal do movimento do ar.. 35. Figura 7: Anemômetro de Robinson. 44. Figura 8: Anemômetro de bolso digital. 45. Figura 9: Anemômetro de Tubo de Pressão de Dines. 46. Figura 10: Anemômetro Sônico. 46. Dados de Vento do município de Umbaúba Figura 11: Distribuição de velocidades de vento a 10 metros de altura. 57. Figura 12: Média de velocidade nos horários pesquisados (m/s). 57. Figura 13: Média de velocidade nos horários da tarde (m/s). 58. Figura 14: Curva Rayleigh para a média anual. 59. Figura 15: Curva Rayleigh para o verão. 60. Figura 16: Curva Rayleigh para o outono. 60. Figura 17: Curva Rayleigh para o inverno. 61. Figura 18: Curva Rayleigh para a primavera. 61. Dados de Vento do município de Gararu.

(9) iii Figura 19: Distribuição de velocidades de vento a 10 metros de altura. 62. Figura 20: Média de velocidade nos horários pesquisados (m/s). 63. Figura 21: Média de velocidade nos horários da tarde (m/s). 63. Figura 22: Curva Rayleigh para a média anual. 65. Figura 23: Curva Rayleigh para o verão. 66. Figura 24: Curva Rayleigh para o outono. 66. Figura 25: Curva Rayleigh para o inverno. 67. Figura 26: Curva Rayleigh para a primavera. 67. Dados de Vento do município de Poço Redondo Figura 27: Distribuição de velocidades de vento a 10 metros de altura. 68. Figura 28: Média de velocidade nos horários pesquisados (m/s). 69. Figura 29: Média de velocidade nos horários da tarde (m/s). 69. Figura 30: Curva Rayleigh para a média anual. 71. Figura 31: Curva Rayleigh para o verão. 72. Figura 32: Curva Rayleigh para o outono. 72. Figura 33: Curva Rayleigh para o inverno. 73. Figura 34: Curva Rayleigh para a primavera. 73. Dados de Vento do município de Nossa Senhora da Glória Figura 35: Distribuição de velocidades de vento a 10 metros de altura. 74. Figura 36: Média de velocidade nos horários pesquisados (m/s). 75. Figura 37: Média de velocidade nos horários da tarde (m/s). 75. Figura 38: Curva Rayleigh para a média anual. 77. Figura 39: Curva Rayleigh para o verão. 78. Figura 40: Curva Rayleigh para o outono. 78.

(10) iv Figura 41: Curva Rayleigh para o inverno. 79. Figura 42: Curva Rayleigh para a primavera. 79. Dados de Vento do município de Canindé do São Francisco Figura 43: Distribuição de velocidades de vento a 10 metros de altura. 80. Figura 44: Média de velocidade nos horários pesquisados (m/s). 81. Figura 45: Média de velocidade nos horários da tarde (m/s). 81. Figura 46: Curva Rayleigh para a média anual. 83. Figura 47: Curva Rayleigh para o verão. 84. Figura 48: Curva Rayleigh para o outono. 84. Figura 49: Curva Rayleigh para o inverno. 85. Figura 50: Curva Rayleigh para a primavera. 85. Dados de Vento do município de Frei Paulo Figura 51: Distribuição de velocidades de vento a 10 metros de altura. 86. Figura 52: Média de velocidade nos horários pesquisados (m/s). 87. Figura 53: Média de velocidade nos horários da tarde (m/s). 87. Figura 54: Curva Rayleigh para a média anual. 89. Figura 55: Curva Rayleigh para o verão. 90. Figura 56: Curva Rayleigh para o outono. 90. Figura 57: Curva Rayleigh para o inverno. 91. Figura 58: Curva Rayleigh para a primavera. 91. Dados de Vento do município de Boquim Figura 59: Distribuição de velocidades de vento a 10 metros de altura. 92. Figura 60: Média de velocidade nos horários pesquisados (m/s). 93. Figura 61: Média de velocidade nos horários da tarde (m/s). 93.

(11) v Figura 62: Curva Rayleigh para a média anual. 95. Figura 63: Curva Rayleigh para o verão. 96. Figura 64: Curva Rayleigh para o outono. 96. Figura 65: Curva Rayleigh para o inverno. 97. Figura 66: Curva Rayleigh para a primavera. 97. Dados de Vento do município de Riachão do Dantas Figura 67: Distribuição de velocidades de vento a 10 metros de altura. 98. Figura 68: Média de velocidade nos horários pesquisados (m/s). 99. Figura 69: Média de velocidade nos horários da tarde (m/s). 99. Figura 70: Curva Rayleigh para a média anual. 101. Figura 71: Curva Rayleigh para o verão. 102. Figura 72: Curva Rayleigh para o outono. 102. Figura 73: Curva Rayleigh para o inverno. 103. Figura 74: Curva Rayleigh para a primavera. 103. Dados de Vento do município de Neópolis Figura 75: Distribuição de velocidades de vento a 10 metros de altura. 104. Figura 76: Média de velocidade nos horários da tarde (m/s). 105. Figura 77: Curva Rayleigh para a média anual. 107. Figura 78: Dados EoluSoft.. 108. Figura 79: Curva de potência do aerogerador. 109. Simulação para o município de Umbaúba Figura 80: Dimensionamento e resultado energético. 110. Figura 81: Dimensionamento de carga projetado. 111. Figura 82: Dimensionamento de carga de iluminação. 112.

(12) vi Simulação para o município de Gararú Figura 83: Dimensionamento e resultado energético. 113. Figura 84: Dimensionamento de carga projetado. 114. Figura 85: Dimensionamento de carga de iluminação. 114. Simulação para o município de Poço Redondo Figura 86: Dimensionamento e resultado energético. 115. Figura 87: Dimensionamento de carga projetado. 116. Figura 88: Dimensionamento de carga de iluminação. 117. Simulação para o município de Nossa Senhora da Glória Figura 89: Dimensionamento e resultado energético. 118. Figura 90: Dimensionamento de carga projetado. 119. Figura 91: Dimensionamento de carga de iluminação. 119. Simulação para o município de Canindé do São Francisco Figura 92: Dimensionamento e resultado energético. 121. Figura 93: Dimensionamento de carga projetado. 122. Figura 94: Dimensionamento de carga de iluminação. 122. Simulação para o município de Frei Paulo Figura 95: Dimensionamento e resultado energético. 123. Figura 96: Dimensionamento de carga projetado. 124. Figura 97: Dimensionamento de carga de iluminação. 125. Simulação para o município de Boquim Figura 98: Dimensionamento e resultado energético. 126. Figura 99: Dimensionamento de carga projetado. 127. Simulação para o município de Riachão do Dantas.

(13) vii Figura 100: Dimensionamento e resultado energético. 128. Figura 101: Dimensionamento de carga projetado. 129. Figura 102: Dimensionamento de carga de iluminação. 129. Simulação para o município de Neópolis Figura 103: Dimensionamento e resultado energético. 130. Figura 104: Dimensionamento de carga projetado. 131. Figura 105: Dimensionamento de carga de iluminação. 132. Lista de tabelas. Tabela 1: Quadro comparativo das fontes alternativas,. 30. Tabela 2: Tabela Beaufort para velocidade de vento. 41. Tabela 3: Localização geográfica e altitude dos municípios sergipanos 48 pesquisados Tabela 4:Classe de rugosidade, z0, e expoente α. 50. Tabela 5. Estatística descritiva dos dados de velocidade média do vento 58 (m/s) de Umbaúba. Tabela 6. Estatística descritiva dos dados de velocidade média do vento 64 (m/s) de Gararu. Tabela 7. Estatística descritiva dos dados de velocidade média do vento 70 (m/s) de Poço Redondo. Tabela 8. Estatística descritiva dos dados de velocidade média do vento (m/s) de Nossa Senhora da Glória.. 76. Tabela 9. Estatística descritiva dos dados de velocidade média do vento 82 (m/s) de Canindé do São Francisco..

(14) viii Tabela 10. Estatística descritiva dos dados de velocidade média do vento (m/s) de Frei Paulo.. 88. Tabela 11. Estatística descritiva dos dados de velocidade média do vento 94 (m/s) de Boquim. Tabela 12. Estatística descritiva dos dados de velocidade média do vento 100 (m/s) de Riachão do Dantas. Tabela 13. Estatística descritiva dos dados de velocidade média do vento 105 (m/s) de Neópolis.. Dedicatória. xi. Resumo. xii. Abstract. xii. Introdução. 14. Capítulo 1. 15. 1. A energia no contexto do Desenvolvimento Sustentável. 15. 1.1. Desenvolvimento Sustentável. 15. 1.1.1. Precedentes. 15. 1.1.2. Indicadores de Desenvolvimento Sustentável. 17. 1.2. Desafios para alcançar a sustentabilidade energética no nordeste. 19. brasileiro 1.3. A importância da energia elétrica no Brasil e no mundo. 23. 1.3.1. A energia eólica no Brasil. 23. 1.3.1.1. Ações de Governo. 25. 1.3.1.2. Centros de Pesquisa e Programas de Apoio as Ações do Governo. 25. Federal 1.3.2. A energia eólica no mundo. 29.

(15) ix Capítulo 2. 31. 2.1. Formação dos ventos. 31. 2.1.2. Escalas de movimentos do ar na atmosfera. 35. 2.2.3. Variações espaciais do vento. 36. 2.1.4. Variabilidade ao longo do tempo. 37. 2.1.4.1. Variabilidade Sazonal e mensal. 37. 2.1.4.2. Variabilidade Diurna. 38. 2.2. Como avaliar a velocidade do vento para micro aproveitamentos. 38. eólicos. 2.2.1. Métodos e instrumentos de medição de vento. 38. 2.2.2. Cartas de isovento ou meteorológicas. 39. 2.2.3. Análise por visualização. 39. 2.2.4. Tabela da escala Beaufort. 40. 2.2.5. Técnica do Balão. 43. 2.2.6. Anemômetros. 43. 2.3. Tipos de Anemômetros. 44. 2.3.1. Anemômetro de Copos. 44. 2.3.2. Anemômetro Digital. 44. 2.3.3. Anemômetro de Tubo de Pressão. 45. 2.3.4. Anemômetro Sônico. 46. Capítulo 3. 47. 3. Material e Métodos. 47. 3.1. Estatística Aplicada no Levantamento das Velocidades de Vento. 47. Capítulo 4. 56. 4.1. Análise e Discussão dos Resultados. 56. 4.1.1. Dados de Vento do município de Umbaúba. 56. 4.1.2. Dados de Vento do município de Gararu. 62. 4.1.3. Dados de Vento do município de Poço Redondo. 68. 4.1.4. Dados de Vento do município de Nossa Senhora da Glória.. 74.

(16) x 4.1.5. Dados de Vento do município de Canindé do São Francisco.. 80. 4.1.6. Dados de Vento do município de Frei Paulo.. 86. 4.1.7. Dados de Vento do município de Boquim.. 92. 4.1.8. Dados de Vento do município de Riachão do Dantas.. 98. 4.1.9. Dados de Vento do município de Neópolis.. 104. Capítulo 5. 108. 5.1. Simulações de Aproveitamento e Energia Anual Gerada para os. 108. municípios Sergipanos pesquisados. 5.1.1. Simulação para o município de Umbaúba. 110. 5.1.2. Simulação para o município de Gararú.. 112. 5.1.3. Simulação para o município de Poço Redondo.. 115. 5.1.4. Simulação para o município de Nossa Senhora da Glória.. 117. 5.1.5. Simulação para o município de Canindé do São Francisco.. 120. 5.1.6. Simulação para o município de Frei Paulo.. 123. 5.1.7. Simulação para o município de Boquim.. 125. 5.1.8. Simulação para o município de Riachão do Dantas.. 127. 5.1.9. Simulação para o município de Neópolis.. 130. 6. Conclusões. 133. Referencias bibliográficas. 136. Anexos. 140. Dados técnicos dos sensores e das estações meteorológicas. 141. Teste Kolmogorov-Smirnov. 153. Fotos das estações de Gararu, Canindé do São Francisco e Frei Paulo. 160.

(17) xi. Dedicatória A minha esposa e filhas pela paciência e incentivo a superação de mais uma etapa de nossas vidas..

(18) xii. Resumo A produção de energia alternativa pode prover desenvolvimento econômico e oportunidades de emprego, especialmente em áreas Rurais. O trabalho visa como objetivos principais o levantamento e o tratamento estatístico dos dados de ventos do Estado de Sergipe. Como objetivos específicos visa ainda a simulação da energia anual gerada a partir de um aerogerador para uso rural, e a simulação da quantidade de água capaz de ser bombeada através de uma bomba de baixo custo e potência. Os. valores. das. variáveis. meteorológicas. foram. obtidos. em. estações. agrometeorológicas automáticas e convencionais distribuídas no Estado. Estes elementos serviram de base para levantamento das velocidades médias de vento, os horários de melhor aproveitamento do sistema eólico. O tratamento estatístico para determinação do comportamento dos ventos nos municípios pesquisados balizou-se no cálculo de médias, variâncias, distribuição de freqüências e da função de distribuição de probabilidade Rayleigh, caso particular da distribuição Weibull, amplamente difundida em estudos de potencial eólico. Estas análises permitiram extrair todas as informações a partir dos dados brutos obtidos das estações e foram simuladas no software Statistica 7.0. O período do dia em que foram registradas a maiores velocidades médias é o período da tarde compreendido entre 12:00 horas e 18:00 horas para todos os municípios pesquisados, sendo este período escolhido para as simulações em software. Quanto a utilização e simulações do sistema eólico para atender as necessidades de alimentação elétrica rural foi utilizado como modelo para os testes uma turbina eólica com potência de 400 W, simulada no Software EOLOSOFT do NUTEMA-PUCRS e todos os municípios apresentaram condições de velocidade de vento capaz de fornecer o abastecimento essencial, principalmente no que diz respeito a abastecimento de água para consumo e irrigação. Não foi alvo deste trabalho o estudo de viabilidade econômica do sistema eólico em relação ao custo da turbina e acessórios do sistema por fabricante.. Palavras chave: energia alternativa, ventos, abastecimento de água..

(19) xiii. Abstract The production of energy alternative can provide economic development and employment opportunities, especially in agricultural areas. The work seeks as main objectives the rising and the statistical treatment of the data of winds of the State of Sergipe. As specific objectives still seek the simulation of the annual energy generated starting from an aerogenerating for rural use, and the simulation of the amount of water capable of being pumped through a low cost bomb and potency.The values of the meteorological variables were obtained in stations automatic meteorological and you stipulate distributed in the State. These elements served as base for rising of the medium speeds of wind, the schedules of better use of the system aeolian. The statistical treatment for determination of the behavior of the winds in the researched municipal districts was beacon in the calculation of averages, variances, distribution of frequencies and of the function of distribution of probability Rayleigh, case peculiar of the distribution Weibull, thoroughly diffused in studies of potential aeolian. These analyses allowed to extract all the information starting from the obtained gross data of the stations and they were simulate in the software Statistica 7.0. The period of the day in that were registered to largest medium speeds it is the period of the afternoon understood between 12:00 hours and 18:00 hours for all the researched municipal districts, being this period chosen for the simulations in software. As the use and simulations of the system aeolian to assist the needs of agricultural electric feeding were used as model for the tests a turbine aeolian with potency of 400 W, simulated in the Software EOLOSOFT of NUTEMA-PUCRS and all the municipal districts presented conditions of wind speed capable to supply the essential provisioning, mainly in what it tells respect the provisioning of water for consumption and irrigation. It was not white of this work the study of economic viability of the system aeolian in relation to the cost of the turbine and accessories of the system for maker.. Words key: alternative energy, winds, provisioning of wate.

(20) 14. INTRODUÇÃO. Os aspectos climáticos e o aquecimento global têm despertado no ser humano a necessidade imediata por soluções que agridam menos o planeta e preservem para as gerações futuras as mesmas condições atualmente existentes para o desenvolvimento humano e evitar a extinção das espécies. A busca desenfreada pelo desenvolvimento econômico moldado em uma matriz energética baseada nos combustíveis fósseis, tem contribuído significativamente para o aumento da poluição do ar. A energia eólica foi uma das primeiras formas de energia utilizada pelo homem para suporte as suas necessidades, movimentar barcos a vela, moer grãos, bombear água através de moinhos de vento, entre outras, constituem formas de aproveitamento dos ventos em benefício do desenvolvimento humano. O presente estudo traz uma alternativa energética das mais antigas e conhecidas pela humanidade, que não agride o meio ambiente e nem causa extinção de florestas. O estudo abrange o Estado de Sergipe, situado no nordeste brasileiro, dentro do polígono da seca e abundante nesta forma de energia, como já citado em outros estudos. O trabalho visa como objetivos principais o levantamento e o tratamento estatístico dos dados de ventos do Estado de Sergipe. Como objetivos específicos visa ainda a simulação da energia anual gerada a partir de um aerogerador para uso rural, e a simulação da quantidade de água capaz de ser bombeada através de uma bomba de baixo custo e potência..

(21) 15. 1. A ENERGIA NO CONTEXTO DO DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL. 1.1. DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL. 1.1.1. Precedentes No ultimo século o mundo passou por mudanças rápidas nos paradigmas que orientam nossas sociedades. Para entender melhor o paradigma que orienta o mundo atualmente é necessário voltar para fatos do passado que forjaram essa visão de desenvolvimento. A extrema fragmentação do conhecimento, sobretudo a partir do século XIX, consagrou a separação entre o homem e a natureza. A influência de Descartes, Galileu, Leibniz e, particularmente, de Isaac Newton contribuiu para formar o imaginário iluminista, fundado na idéia de uma physis ordenada tal e qual um relógio, cujos ponteiros fazem sempre os mesmos movimentos. (Gonçalves, 1998) A visão de desenvolvimento voltada ao capital, produção e consumo, junto à visão mecanicista anterior que separa o homem da natureza e dividi as coisas em partes para que pudessem ser mais bem descritas, contribuiu significativamente para o avanço da ciência, pois, a partir daí o método científico passa a ajudar essa evolução. A velocidade no avanço das descobertas científicas contribuiu para o distanciamento do homem com o meio ambiente, o ser humano começou a pressionar esse meio através do paradigma de desenvolvimento econômico, chegando a se ver como algo a parte em relação ao ambiente, vendo-o como um meio para obter tal desenvolvimento..

(22) 16 As pressões exercidas principalmente nas últimas décadas causaram problemas como o aquecimento global, a ocorrência de grandes desastres ecológicos, grandes populações vivendo em extrema pobreza causada pela má distribuição do capital natural demonstrando aspectos ecologicamente predatórios, socialmente perversos e politicamente injustos do paradigma pós guerras. Todas essas constatações provocaram também a conscientização sobre as interferências humanas sobre o meio e os desequilíbrios causados e o que poderá acontecer aos sistemas naturais e ao homem, que apesar de inconscientemente não se vê como parte desses sistemas, sabe que sofrerá as conseqüências em conjunto. Tais constatações também têm provocado ao longo do tempo a busca para a quebra do paradigma atual formulando um novo que garanta a manutenção desses sistemas e a sobrevivência do homem e de suas gerações futuras. Surge então o paradigma do Desenvolvimento Sustentável. Em busca desse novo paradigma é que em 1972, na cidade de Estocolmo, dá-se o primeiro passo global com a (UM Conference on the Humam Environment), onde foi enfatizada a importância da questão ambiental e a necessidade de reaprender a conviver com o planeta para garantir a continuidade da vida. O que ficou evidenciado nessa conferência foi que existiam duas visões distintas que dividiam o globo, os países do hemisfério norte, desenvolvidos, preocupados apenas com as questões ambientais voltadas a restauração da sua qualidade anterior, com preocupações com a poluição da água do ar e do solo, e os países do sul, em sua maioria países em desenvolvimento com uma maior preocupação com a gestão racional dos recursos naturais objetivando desenvolvimento socioeconômico. Em 1987, na cidade de Bruntland, sai o relatório Nosso Futuro Comum, resultado do trabalho da Comissão Mundial para o Meio Ambiente que evidenciou a recusa dos países desenvolvidos em contribuir para o tratamento das questões ambientais..

(23) 17 As propostas da comissão foram orientadas para a noção de desenvolvimento sustentável chamando a atenção para a importância da cooperação entre os países na solução dos problemas do meio ambiente e desenvolvimento. Verificou-se que a noção de Desenvolvimento Sustentável não era simples e tinha a ver com a erradicação da pobreza e o atendimento das necessidades básicas do ser humano em consonância com a utilização dos recursos naturais, dos sistemas de produção e dos avanços tecnológicos. O relatório definiu Desenvolvimento Sustentável como o desenvolvimento que satisfaz as necessidades das gerações presentes sem afetar a capacidades de gerações futuras também satisfazerem suas próprias necessidades (Brundtland, 1987). Em 1992, na cidade do Rio de Janeiro ocorre a maior de todas as conferencias já realizadas. A UNCED (United Nations Conference on Environment and Development), contou com a participação de mais de 25 mil pessoas, foi a conferencia com a maior reunião de países para discutir os assuntos relacionados ao meio ambiente e desenvolvimento e por isso foi denominada Cúpula da Terra. A Cúpula da Terra resultou em cinco documentos: A Agenda 21, A Convenção do Clima, A Convenção da Biodiversidade, A Declaração do Rio e os Princípios sobre Florestas. Esses acordos internacionais objetivam direcionar o homem para o novo paradigma do Desenvolvimento Sustentável.. 1.1.2. Indicadores de Desenvolvimento Sustentável. Para acompanhar e avaliar o avanço em direção ao conceito que está sendo trabalhado diversas metodologias estão sendo discutidas em âmbito mundial a fim de.

(24) 18 entender a dinâmica do processo desenvolmentista das nações e da sustentabilidade deste desenvolvimento para o futuro das gerações e dos sistemas naturais. Um fator importante para medir este grau de evolução é verificar quais dimensões devem ser avaliadas e acompanhadas ao longo do processo histórico. Fatores sociais, políticos, econômicos e ecológicos devem se acompanhados para avaliar a estratégia dos indicadores utilizados para medir o caminho percorrido por uma nação em busca do Desenvolvimento Sustentável. É necessário que esses indicadores sejam medidos e reflitam de forma simplificada o grau de avanço do país sob o aspecto desse novo paradigma, abandonando aos poucos as metodologias tradicionais de indicadores de desenvolvimento. O PIB (Produto Interno Bruto) é uma dessas metodologias tradicionais que vem sendo questionada há anos no aspecto da medida do nível de desenvolvimento das nações. É uma medida econômica fundamentada nas trocas monetárias e no consumo, sejam elas baseados no uso sustentável dos recursos naturais, das perdas ambientais e sociais, ou não. Em 1989, Daly e Cobb desenvolveram o Indice de Bem-Estar Econômico Sustentável, (ISEW – Index of Sustainable Economic Welfare), que alia os fatores de consumo e fatores ambientais e sociais. Esse índice foi utilizado em diversos países desenvolvidos e comparado com a mudança do PIB. O resultado evidencia que, embora o PIB tenha crescido continuamente nos países estudados de 1950 a 1992, o ISEW estabilizou-se nos últimos quinze ou vinte anos, por exemplo, nos Estados Unidos e na Suécia, ou até mesmo decresceu como no caso da Holanda e da Inglaterra (Jackson & Marks, 1994; Jackson & Stymme, 1996). Outro indicador com o intuito de definição de uma medida ecológica é a Pegada Ecológica (ecological footprint), (Rees & Wackernagel, 1994), que se baseia em uma.

(25) 19 medida ecológica dada em termos de área terrestre necessária para dar suporte ao estilo de vida ou modelo de desenvolvimento de uma sociedade. Segundo Reis, a pegada ecológica tem um grande valor ilustrativo principalmente por ter uma dimensão única e de fácil compreensão para um público mais amplo. Infelizmente, é, às vezes, usada para uma argumentação a favor da auto-suficiência local, que não condiz com a idéia de trocas e compensações entre regiões e países a fim de balancear a distribuição de recursos e renda sobre a terra. Além de todos esses indicadores, existem outros, que não cabe aqui discutir todas as metodologias, o importante é que elas existem e são formas diferentes de medir o nível de sustentabilidade em busca do desenvolvimento sustentável. A seguir mudaremos um pouco a discussão tratando agora a questão energética, a realidade do nordeste brasileiro e os desafios em busca de formas para encontrar a sustentabilidade desse ponto de vista através do uso de uma fonte alternativa, (energia eólica).. 1.2.. DESAFIOS PARA ALCANÇAR A SUSTENTABILIDADE. ENERGÉTICA NO NORDESTE BRASILEIRO. Alguns dos grandes desafios enfrentados nas regiões semi-áridas do nordeste brasileiro são a fixação e a criação de oportunidades de sobrevivência do homem e das suas criações, atendendo as necessidades básicas atuais e futuras sem contribuir para a exaustão dos recursos naturais. Estudos sobre o nordeste mostraram que o setor econômico mais afetado pelas secas é a agricultura, especialmente o setor de subsistência, normalmente voltado para a produção de alimentos, Fundaj (1983)..

(26) 20 Segundo Sampaio (1979), o maior peso dos prejuízos causados pela seca é sentido pelos grupos de baixa renda que não dispõem de ativos suficientes para se sustentar diante da crise, a única saída é a emigração. Um dos objetivos deste estudo é apresentar uma alternativa energética sustentável para auxílio à subsistência das populações mais pobres, visando o atendimento de suas necessidades mais básicas. A energia em todas as suas formas sempre esteve presente no cotidiano do ser humano e sempre foi aspecto contribuinte para evolução, desenvolvimento e fixação do homem junto aos recursos naturais necessários a sua sobrevivência. Gomes et al. (1995), cita que a utilização de energia tem impactos muito diversos sobre o ambiente conforme a sua fonte seja, ou não, os combustíveis fósseis. Energia provinda da força dos rios, ou dos ventos, ou dos raios solares (em todas as quais o nordeste é rico), por exemplo, não traz implícita no seu uso a extinção de florestas ou de reservas de petróleo, nem a emissão de CO2. Uma implicação importante disso é que os ganhos obtidos da forma sugerida acima, ou seja, tanto a utilização mais eficiente de materiais e de energia quanto com o desenvolvimento de fontes energéticas não poluentes, representam um caso de perfeita compatibilidade entre eficiência econômica e eficiência ecológica, que é o que estamos procurando. (Gomes et al.,1995). Durante anos o homem utilizou diversas formas de energia em seu beneficio, consumindo os recursos disponíveis sem ter a preocupação com os impactos causados ao meio ambiente. Somente alguns anos atrás a humanidade começou a questionar a abundância destes recursos, e a renovação dos mesmos para as gerações futuras de forma a manter a sustentabilidade da própria espécie e do planeta..

(27) 21 Reis (2001), Observa que a questão energética tem um significado bastante relevante no contexto da questão ambiental e na busca do Desenvolvimento Sustentável. O suprimento eficiente de energia é considerado uma das condições básicas para o desenvolvimento econômico. Nos últimos dez anos, a questão energética tomou posição central na agenda ambiental global, principalmente nas negociações da convenção do clima. Isso porque a atual matriz energética mundial depende ainda, em quase 80%, de combustíveis fósseis. Reis afirma ainda que de um modo geral, pode-se dizer que a importância da busca de maior eficiência energética e da transição para o uso de recursos primários renováveis tem sido ressaltada em toda e qualquer avaliação sobre o desenvolvimento sustentável. A sustentabilidade é um dos fatores que mais tem chamado a atenção por esta tecnologia, visto que, além de promover desenvolvimento econômico, constitui-se como um mecanismo de desenvolvimento limpo, e não prevê no seu uso e operação a extinção de recursos. O uso de micro centrais eólicas pode prover energia ao homem do campo e pode ajudar a reduzir a exclusão elétrica do país que atinge cerca de 10 milhões de brasileiros segundo dados do MME em 2004, ver figura 1.

(28) 22. Figura 1: Exclusão Elétrica Rural MME, 2004.. A produção de energia renovável pode prover desenvolvimento econômico e oportunidades de emprego, especialmente em áreas Rurais. As fontes renováveis, no âmbito de um modelo sustentável, poderão ajudar a reduzir a miséria nessas regiões e aliviar as pressões sociais e econômicas que conduzem a migração urbana. (Reis, 2006) A Dinamarca é um exemplo de como a energia eólica pode contribuir para o desenvolvimento na mecanização da agricultura e abastecimento de energia rural. Nos dias atuais aproximadamente 10 mil pessoas estão empregadas na geração de energia utilizando energia eólica neste país. No Brasil um importante incentivador no desenvolvimento das fontes alternativas de energia tem sido o Programa de Desenvolvimento Energético de Estados e Municípios – PRODEEM, vinculado à Secretaria de Energia do MME, que busca viabilizar a provisão de serviços energéticos para populações não atendidas pela rede elétrica convencional, utilizando fontes de energia renováveis desconectadas da rede convencional e sustentáveis, visando o desenvolvimento social e econômico..

(29) 23 Este programa visa fomentar projetos geração de fontes renováveis de energia como a eólica no País desde que se encontrem registros de velocidades médias acima de 5 m/s, em comunidades desassistidas de energia elétrica. A procura agora passa a ser por formas de energia não poluentes, que não agridam o meio ambiente e com custos cada vez mais baixos. Dentre outras fontes alternativas de geração de energia, a eólica é uma das que mais crescem no mundo, principalmente na Europa, Estados Unidos e na Ásia. No Brasil, este crescimento ainda é muito tímido, apesar de existirem milhares de quilômetros de litoral que, segundo especialistas, são muito adequados à produção de energia através desse recurso.. O aproveitamento dos ventos surgiu como uma das fontes alternativas, principalmente para o nordeste brasileiro e pelo caráter renovável e limpo, apresenta-se promissor para localidades e comunidades isoladas e com poucos recursos financeiros. O problema a ser resolvido, trazendo a realidade apresentada para o estado de Sergipe, passa a ser o estudo de soluções de tamanho ótimo e do comportamento dos ventos da região, para facilitar aquisição, absorção da tecnologia e conhecimento do uso da mesma em busca de sustentabilidade do homem do campo e das pequenas comunidades, para pequenas criações e irrigação de pequenas lavouras e geração de energia elétrica, criando condições de atendimento às necessidades mínimas de sobrevivência e fixação do sertanejo em sua região de origem.. 1.3. A IMPORTÂNCIA DA ENERGIA EÓLICA NO BRASIL E NO MUNDO. 1.3.1. A energia eólica no Brasil.

(30) 24. As formas de energia renováveis e limpas constituem um grande avanço no caminho da sustentabilidade energética. Vale ressaltar que ao falar de energia devem-se considerar todas as suas formas, mecânica, cinética, elétrica, térmica, hidráulica entre outras. Todas as formas de energia citadas compõem a potencialidade de uma localidade qualquer no globo para processar recursos para atendimento a um desenvolvimento que visa atender uma necessidade local. A capacidade de processar essa energia de forma a aproveitá-la sem exauri-la, ou causar danos ao ambiente vai determinar a sustentabilidade do atendimento dessas necessidades. O sol é a nossa fonte de energia primária e todas as outras formas de energia existentes no planeta derivam de alguma forma dessa energia primária. O Brasil é um país de dimensões continentais e está situado em uma das regiões do globo que mais recebe a luz solar, possui também vasta área costeira, em toda sua área territorial verifica-se através de vários estudos a grande potencialidade para uso da energia cinética dos ventos, além disso, sua porção nordeste possui o maior potencial eólico do país. A importância da energia eólica para o país com isso torna-se inquestionável do ponto de vista do aproveitamento dessa energia para a promoção de um desenvolvimento sustentável voltado ao atendimento da necessidade energética e para a sustentabilidade do crescimento econômico e social aliado a manutenção dos sistemas naturais. Infelizmente os incentivos governamentais para aproveitamento desse recurso têm sido muito acanhados e poucos estados da federação avançaram em algum sentido no aproveitamento deste recurso energético..

(31) 25. 1.3.1.1 - Ações de Governo. As ações do Governo Federal visando incentivar o desenvolvimento das energias renováveis, como mencionado anteriormente estão voltadas principalmente para a geração de energia elétrica. Isto se deve principalmente a grande dívida energética do setor elétrico do país. A exclusão elétrica do Brasil atinge cerca de 10 milhões de pessoas, segundo dados do Ministério de Minas e Energia - MME de 2004. O MME tem além de outras atividades, através do Conselho Nacional de Política Energética – CNPE a “formulação de políticas e diretrizes de energia destinada a promover o aproveitamento racional dos recursos energéticos do país, em conformidade com o disposto na legislação aplicável, tendo como um de seus princípios a utilização de fontes renováveis de energia, mediante o aproveitamento dos insumos disponíveis aplicáveis”. Para consolidar esta política utiliza-se da ELETROBRÀS – Centrais Hidroelétricas Brasileiras e suas subsidiárias e centros de pesquisa.. 1.3.1.2. – Centros de Pesquisa e Programas de Apoio as Ações do Governo Federal. CEPEL. O Centro de Pesquisas de Energia Elétrica foi criado em 1974 como uma sociedade sem fins lucrativos para atender a expansão do Setor Elétrico Brasileiro e desenvolver uma infra-estrutura científica e de pesquisa no país. O Cepel desenvolve tecnologias para concessionárias de energia elétrica, para indústrias e para apoiar programas governamentais..

(32) 26 Os resultados de suas pesquisas contribuem para a melhoria do serviço de energia elétrica, do desenvolvimento tecnológico e do bem estar social. O Centro de Pesquisas mantém parcerias com empresas para P&D e para fabricação dos seus produtos patenteados. Também atua em cooperação tecnológica com universidades e com programas de governo na melhoria do atendimento a populações desassistidas e no aumento da eficiência energética. Atualmente, o CEPEL apóia o Programa de Combate ao Desperdício de Energia Elétrica - PROCEL, o Programa de Desenvolvimento Energético de Estados e Municípios – PRODEEM, o Programa “Luz no Campo” e o Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito – CRESESB.. CRESESB – CENTRO DE REFERENCIA EM ENERGIA SOLAR E EÓLICA SALVIO DE BRITO.. A missão do Cresesb é ajudar no desenvolvimento e uso das energias solar e eólica no país através da difusão de conhecimentos, da ampliação do diálogo entre as entidades envolvidas e do estímulo à implementação de estudos e projetos. Localizado na sede do Cepel (Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - do Sistema Eletrobrás) na Ilha do Fundão - Rio de Janeiro, o Cresesb tem recebido suporte de recursos humanos e laboratoriais deste importante centro, além de recursos do Ministério de Minas e Energia, através do DNDE (Departamento Nacional de Desenvolvimento Energético). Outras importantes instituições governamentais, empresas, universidades e centros de pesquisa mantêm relacionamento com o Cresesb, apoiando ou recebendo apoio. Esta relação mostra uma boa penetração do centro no ambiente de interesse para o desenvolvimento das energias alternativas. Estratégias do Cresesb.

(33) 27 - Coletar e difundir conhecimentos e experiências através de publicações e sistemas de informação, e de apoio à capacitação e treinamento de recursos humanos; - Criar Centros de Exposição das tecnologias e biblioteca especializada em energias solar e eólica, de forma a facilitar as atividades de educação e de pesquisa; - Apoiar a implementação de soluções tecnológicas efetivas, visando o incremento da competitividade de mercado e o desenvolvimento de modelos e ferramentas computacionais; - Estabelecer critérios uniformes de avaliação de desempenho de sistemas e equipamentos; de custos, benefícios e oportunidades; e de execução de inventário e zoneamento indicativo dos potenciais das energias solar e eólico. - Identificar e apoiar os Centros de Excelência, Centros de Desenvolvimento Regionais, Laboratórios e Grupos de Trabalho especializados das energias solar e eólica, fortalecendo essas instituições e recomendando a priorização dos recursos disponíveis; - Estabelecer acordos de cooperação com entidades nacionais e internacionais, com o objetivo de trocar experiências e conhecimentos, e de identificar oportunidades de desenvolvimento e aplicação das referidas tecnologias.. PRODEM. O Programa de Desenvolvimento Energético de Estados e Municípios – foi instituído pelo Decreto de 27 de dezembro de 1994 com o objetivo de atender comunidades carentes isoladas não supridas de energia elétrica pela rede convencional. A partir do lançamento do Programa Nacional de Universalização do Acesso e Uso da Energia Elétrica, Luz para Todos, em 11 de novembro de 2003, o PRODEEM passou a integrar este novo Programa do Governo Federal. A missão do PRODEEM é viabilizar a profusão.

(34) 28 de serviços energéticos para populações não atendidas pela rede elétrica convencional, utilizando fontes de energia renováveis descentralizadas e sustentáveis. Trata-se, portanto, de um Programa de cidadania, com enfoque no desenvolvimento econômico e social. E, por esta razão, o Programa requer o envolvimento de diferentes agentes, trabalhando em prol de um resultado comum, o desenvolvimento integrado de milhares de comunidades sem energia em nosso País. PROINFA. O Programa de Incentivo as Fontes Alternativas – PROINFA foi instituído para fomentar o desenvolvimento e financiamento dos projetos que tem como objetivos principais: - Social – Geração de 150 mil postos de trabalho diretos e indiretos durante a construção e operação, sem considerar os efeitos renda; - Tecnológico – Investimentos de R$ 4 Bilhões na indústria nacional de equipamentos e materiais; - Estratégico – Complementaridade energética sazonal entre os regimes hidrológico/eólico (NE) e hidrológico/biomassa (S/SE); - Econômico - Investimentos privados da ordem de R$ 8,6 bilhões; - Meio Ambiente – A emissão evitada de 2,5 mil toneladas de CO2/ano criará um ambiente potencial de negócios de certificação de redução de emissão de carbono, nos termos do protocolo de Kyoto.. 1.3.2. A energia eólica no mundo.

(35) 29 A utilização da energia eólica em nível mundial vem crescendo muito, principalmente devido aos avanços tecnológicos envolvendo esta forma de aproveitamento. O desenvolvimento de aerogeradores tem reduzido substancialmente os custos do KW na geração de energia elétrica, o que tem despertado o interesse de diversos países na implantação de fazendas eólicas para incremento nas suas matrizes energéticas. Estados Unidos, Dinamarca, Holanda, Alemanha e Suécia são os lideres mundiais no aproveitamento desta tecnologia. Na Dinamarca a energia eólica foi a resposta à crise do petróleo na década de 70, quando foi introduzido o uso comercial de aerogeradores que foi uma evolução tecnológica dos antigos moinhos de vento que tanto ajudaram na mecanização da agricultura. Além deste advento a Dinamarca hoje emprega cerca de 10 mil trabalhadores na indústria de aerogeradores exportando para o mundo inteiro (Maegaard,1995). Nos Estados Unidos, já nas décadas de 50 e 60 houve grande incentivo ao uso da força dos ventos para bombeamento de água com o uso de cata-ventos, depois mais recentemente vieram às grandes fazendas eólicas para geração de energia elétrica, como as instaladas na Califórnia. Dentre as energias alternativas, a eólica é a que mais cresce no mundo e a que mais diminui o custo da geração ao longo dos anos, a seguir será mostrado na tabela 1 um quadro comparativo entre as fontes energéticas..

(36) 30. Tabela 1: Quadro comparativo das fontes alternativas, Fonte: Reis (2001)..

(37) 31. 2.1. FORMAÇÃO DOS VENTOS. A energia eólica é proveniente das diferentes formas que o nosso planeta absorve a energia solar, da energia gravitacional e dos movimentos realizados pela terra. A figura 2 descreve a origem diferentes formas de energia conhecidas.. Figura 2: Origem das fontes de energia Fonte: La Rovere et al, 1985.. Enquanto o sol aquece a terra, o ar e água de um lado da Terra, o outro lado é resfriado por irradiação térmica para o espaço. Dessa diferente taxa de aquecimento e resfriamento são criadas enormes massas de ar com temperaturas, misturas e características diferentes..

(38) 32 Outra situação ocorre quando a energia do sol incide diretamente sobre um lado da terra produzindo um movimento de grande escala na atmosfera. Como a distância mais curta da energia proveniente do sol incide sobre as regiões equatoriais, As massas de ar nessas regiões tornam-se mais leves fazendo-as subir e ir em direção aos pólos, como nos mesmos a incidência da energia solar é menor e por causa da inclinação do eixo terrestre a temperatura é mais baixa fazendo com que as massas de ar dessas regiões se dirijam para os trópicos. Esse movimento cessa a cerca de 30. 0. N e 30. 0. S, denominadas latitudes de. cavalo, onde o ar começa a descer, retornando o fluxo do ar resfriado para as camadas mais superficiais da terra. A massa volúmica do ar é o cociente entre a massa do ar e o volume ocupado. Se a massa do ar permanecer constante, a massa volúmica (densidade) do ar diminui com a temperatura (há aumento de volume), torna-se menos denso e consequentemente o ar quente sobe em relação ao ar frio. Este fenómeno é muito importante no movimento do ar na atmosfera. Durante o dia, o ar ao ser aquecido, por estar em contacto com a superfície terrestre (aquecida, basicamente, pela radiação proveniente do Sol), conduz a um aumento de volume e, por isso, torna-se menos denso (mais “leve”) e sobe. No entanto, à medida que o ar aquecido sobe, entra em contato com ar mais frio e arrefece, o que provoca uma contracção do volume desse ar, que, por isso, se torna mais denso (mais “pesado”) e desce. Como consequência deste processo, o ar é obrigado a circular sob a forma de correntes de convecção. Estas correntes de convecção estão sempre a ocorrer, quer em grandes áreas da superfície terrestre (desertos), quer em pequenas áreas (campo lavrado). O que acabamos de referir está bem esquematizado na Figura 3..

(39) 33. Figura 3: Correntes de convecção. A colisão destas duas massas de ar, quente e fria, geram os ventos da Terra, os mesmos aliviam a temperatura atmosférica e as diferenças de pressão causadas pelo aquecimento irregular da superfície da Terra. O movimento de rotação da terra sobre seu eixo também é outro fator importante do movimento do ar em larga escala, produzindo a força de Coriollis, a qual desvia o vento para a direita no hemisfério norte e para a esquerda no hemisfério sul. Esses ventos defletidos são chamados de alísios, no hemisfério norte alísios de nordeste e no hemisfério sul alísios de sudeste. Todos esses movimentos das massas de ar do planeta em larga escala podem ser vistos na figura 4.. Figura 4: Formação do movimento dos ventos..

(40) 34 O estudo do comportamento dos ventos em uma determinada localidade do globo, além de considerar os movimentos de larga escala deve considerar os fatores de pequena escala que podem interferir no movimento dessas massas de ar, deve ainda considerar uma análise meteorológica e os fatores que podem alterar o movimento dos ventos em pequena escala, como latitude, longitude, altitude, velocidade, direção, pressão atmosférica, temperatura, formação do relevo local e vegetação, além de equipamentos confiáveis e séries históricas de medidas para validação e extrapolação dos dados para outros locais. Diariamente a rotação da terra espalha esse ciclo de aquecimento e resfriamento sobre sua superfície. Mas, nem toda superfície da Terra responde ao aquecimento da mesma forma, uma estimativa da energia total disponível dos ventos ao redor do planeta pode ser feita a partir da hipótese de que aproximadamente 2% da energia solar absorvida pela terra é convertida em energia do movimento dos ventos. Esse percentual, embora pareça pequeno, representa centena de vezes a potência anual instalada nas centrais elétricas do mundo. Por exemplo, um oceano se aquecerá mais lentamente que as terras adjacentes porque água tem uma capacidade maior de "estocar" calor, como a terra aquece mais depressa do que o mar, o ar que está sobre a terra aumenta de volume, torna-se menos denso, forma-se um centro de baixas pressões e sobe, por conseguinte, o ar frio que está sobre o mar desloca-se para a terra (para preencher o “espaço” livre deixado), originando o aparecimento de brisa marítima, durante a noite, o processo é inverso, devido a alta capacidade térmica mássica da água, o mar demora mais tempo a arrefecer e sobre ele encontra-se ar mais quente (menos denso) do que sobre a terra. O ar quente ao subir, obriga a que o ar frio se desloque em direcção ao mar, originando brisa terrestre. Na Figura 5 é esquematizada a circulação do ar para a brisa terrestre e brisa marítima..

(41) 35. Figura 5: Brisas. 2.1.2. Escalas de movimento do ar na atmosfera.. O entendimento sobre o movimento do ar na atmosfera deve considerar que o mesmo circula em muitas escalas de tempo e espaço conforme mostra a figura a seguir: A velocidade do vento varia também de acordo com sua altitude em relação ao solo, onde no nível do mesmo ela praticamente é nula e vai aumentando à medida que a altitude cresce criando diversos tipos de movimento e grandes variações em relação aos tipos de vento conforme a seguir:. Figura 6: Escala espacial e temporal do movimento do ar.. 2.1.3. Variações espaciais do vento.

(42) 36 Quanto a sua variação espacial o vento classifica-se em geral e local. Os gerais deslocam-se na parte superior da atmosfera enquanto os locais deslocam-se mais próximos do solo. As escalas climáticas e as estações do ano causam também variações espaciais dos ventos, porém, são consideradas como variações curtas em relação à escala geral e estão mais localizadas nas partes mais baixas da atmosfera. Todas estas variações têm papel fundamental para definição dos tipos de vento encontrados na atmosfera, estes serão descritos a seguir para melhor entendimento do seu comportamento. Os ventos alísios são ventos regulares que tem origem nas zonas subtropicais, em células anti-ciclônicas tanto no hemisfério norte como no sul. As variações das ondas de vento nas camadas acima dos alísios na atmosfera é que determinam a sua variação espacial e temporal, assim como as estações do ano, a topografia e a configuração das massas de terra (se absorvem ou refletem mais energia). Nas regiões compreendidas 5 0 acima e abaixo da linha do equador temos as zonas de calmaria devido à menor diferença de pressão atmosférica entre as camadas superiores e inferiores da atmosfera, são regiões onde predominam a ausência de ventos. As Monções por sua vez são sistemas de vento com periodicidade e direções definidas pelas estações do ano principalmente e são decorrentes do gradiente de temperatura entre os oceanos e continentes. Entre 5 0 e 100 do equador temos a zona de convergência intertropical (ITCZ), área de ventos fracos e de grandes instabilidades atmosféricas, o que favorece a formação de chuvas abundantes e tempestades. As brisas pela sua periodicidade e regularidade, sopram nos litorais e zonas montanhosas e são produzidas pela diferença de pressão entre terra e água..

(43) 37 As correntes de jato são ventos com altíssimas velocidades e funcionam como grandes corredores de vento acontecem nas médias latitudes, nos hemisférios e regiões subtropicais e é resultado das mudanças na temperatura do ar. Estas correntes aparecem também nos círculos árticos, polares e regiões subtropicais.. 2.1.4. Variabilidade ao longo do tempo. A principal preocupação sobre o local de instalação de um aproveitamento eólico é saber qual a velocidade média do vento ao longo do tempo. Para obter tal informação é necessário que sejam registradas através de instrumentos confiáveis de medição ao longo de no mínimo um ano, o que geralmente segundo Justos (1979), é suficiente para descrever o comportamento das velocidades ao longo do tempo com precisão de 10% e nível de confiança de 90%. A precisão é determinada pelo grau de correlação entre cada uma das estimativas e os dados de velocidade de longo tempo. Avaliações mais precisas, entretanto consideram que, são necessários que se coletem os dados por um período mínimo que varia entre dois e cinco anos, ou seja, quanto mais dados existirem mais seguras serão as conclusões.. 2.1.4.1. Variabilidade Sazonal e Mensal Estas variações ocorrem em todos os locais no mundo com freqüência. O grau de sazonalidade do vento em uma localidade está atrelado à altitude, latitude, longitude e características do relevo. Para realização do presente estudo seriam necessárias medições de velocidade em altitudes diferente para que se pudesse determinar com precisão o coeficiente de rugosidade do terreno (α), com este coeficiente é possível através de equações calcular a.

(44) 38 velocidade de vento em outras altitudes. Infelizmente devido à configuração, distribuição, normalização das estações agro meteorológicas, e do período de medições já realizadas anteriormente, não foi possível realizar estas medições. Ao invés, será utilizado como referência para o estudo o Tratado do Mar do Norte que cita valores padrões, e para valores típicos de expoente de altitude pode-se ainda utilizar outras equações na forma logarítmica e tabelas que auxiliam o cálculo por classe de rugosidade.. 2.1.4.2. Variabilidade Diurna. Como foi visto anteriormente o vento é uma variável que depende de muitas outras e que influenciam a sua variação. Ao longo do dia, em ambas as latitudes tropicais e temperadas o vento pode variar muito. Nos trópicos estas variações são mais acentuadas sobre as áreas de areia e estações secas, quando a umidade do ar é muito baixa e existem poucas nuvens no céu. O resultado disso é que à tarde nesses locais se registra as máximas velocidades de vento, enquanto que pela manhã as velocidades são as mínimas.. 2.2. COMO AVALIAR A VELOCIDADE DO VENTO PARA MICRO APROVEITAMENTOS EÓLICOS. 2.2.1. Métodos e instrumentos de medição de vento. Existem várias formas na literatura utilizadas para estimar a velocidade dos ventos em uma determinada localidade visando o aproveitamento em micro centrais eólicas, tanto para geração de energia, quanto para conversão mecânica em bombeamento de água, moagem de grãos e outras aplicações desta fonte..

(45) 39 A seguir será apresentado de forma simplificada alguns dos métodos mais comuns e aplicáveis por qualquer pequeno produtor que vise o aproveitamento eólico para qualquer uma das aplicações citadas no parágrafo anterior, quando se tratar de um micro aproveitamento.. 2.2.2. Cartas de Isovento ou Meteorológicas. As curvas de isovento, são linhas de representação gráfica descritas em mapas com a finalidade de informar regiões de mesma intensidade de vento. Pode-se representar o comportamento típico, as calmarias (ventos com velocidades inferiores a 3 m/s) e os regimes turbulentos. As curvas de isovento serão apresentadas no levantamento das velocidades de vento do estado de Sergipe que será apresentado neste trabalho utilizando-se para isto do geoprocessamento através do Software Idrisi.. 2.2.3. Análise por Visualização Farret, 1999 cita a análise por visualização como uma das técnicas mais simples para determinação das velocidades de vento em zonas rurais. Baseia-se na observação do nível de deformidade das árvores existentes no local. É considerado um bom indicador de velocidades de vento. A intensidade de vento aumenta com a altura. Logo, árvores de maior envergadura são atingidas por ventos mais intensos, o que pode prejudicar o seu crescimento. Então, pelos níveis de deformação das árvores, classifica-se a intensidade dos ventos como de: • Escovar : quando os galhos estão a sotavento (lado para onde vai o vento), especialmente na ausência de folhas; ocorre quando os ventos são fracos;.

(46) 40 • Bandeira : os galhos ficam a sotavento, ficando o tronco estático, na sua posição original, livre ao barlavanto, ou seja, lado de onde o vento sopra; • Deitar : o vento é forte o bastante para produzir deformações permanentes no tronco e galhos; • Tosquiar : o vento é sempre forte, a ponto de quebrar os galhos, dando a impressão que foram cortados de maneira uniforme; • Tapete de árvores : a força do vento é tão forte que limita o crescimento das árvores a alguns centímetros do solo, dando a impressão que formam um tapete de árvores.. 2.2.4. Tabela da escala Beaufort. Trata-se de uma análise por observação melhorada por uma adaptação arredondada da Escala Beaufort muito utilizada para estimar a intensidade dos ventos. Essa escala foi adotada pelo Comitê Internacional de Meteorologia, em 1874, sendo que os valores realmente medidos por anemômetros só foram realizados em 1939 (Farret, 1999). Sir Francis Beaufort (1774-1857), almirante Britânico, criou uma escala, de 0 a 12, observando o que acontecia no aspecto do mar (superfície e ondas), em conseqüência da velocidade dos ventos. Posteriormente, esta tabela foi adaptada para a terra. Em 1903 a equivalência entre os números da escala e o vento foi estabelecida pela fórmula: U = 1.87B3/2 onde U é a velocidade do vento em milhas náuticas por segundo e B é o número Beaufort..

(47) 41 ESCALA BEAUFORT DE FORÇA DOS VENTOS Força. 0. Designação. CALMARIA. Velocidade km/h. nós. 0a1. 0a1. Aspecto do Mar. Influência em Terra. Espelhado.. A fumaça sobe verticalmente.. 1. BAFAGEM. 2a6. 2a3. Mar encrespado em pequenas. A direção da bafagem é. rugas, com aparência de. indicada pela fumaça,. escamas.. mas a grimpa ainda não reage.. 2. ARAGEM. 7 a 12. 4a6. Ligeiras ondulações de 30 cm. Sente-se o vento no. (1 pé), com cristas, mas sem. rosto, movem-se as. arrebentação.. folhas das árvores e a grimpa começa a funcionar.. 3. 4. FRACO. MODERADO. 13 a 18. 19 a 26. 7 a 10. 11 a 16. Grandes ondulações de 60 cm. As folhas das árvores se. com princípio de arrebentação.. agitam e as bandeiras se. Alguns "carneiros".. desfraldam.. Pequenas vagas, mais longas,. Poeira e pequenos. de 1,5 m, com frequentes. papéis soltos são. "carneiros".. levantados. Movem-se os galhos das árvores.. 5. 6. FRESCO. MUITO FRESCO. 27 a 35. 36 a 44. 17 a 21. 22 a 27. Vagas moderadas de forma. Movem-se as pequenas. longa de uns 2,4 m. Muitos. árvores.. "carneiros". Possibilidade de. Nos lagos a água. alguns borrifos.. começa a ondular.. Grandes vagas de até 3,6 m.. Assobios na fiação. muitas cristas brancas.. aérea. Movem-se os. Probabilidade de borrifos.. maiores galhos das árvores. Guarda-Chuva usado com dificuldade..

(48) 42 7. FORTE. 45 a 54. 28 a 33. Mar grosso. Vagas de até 4,8. Movem-se as grandes. m de altura. Espuma branca de. árvores. É difícil andar. arrebentação; o vento arranca. contra o vento.. laivos de espuma. 8. MUITO FORTE. 55 a 65. 34 a 40. Vagalhões regulares de 6 a 7,5. Quebram-se os galhos. m de altura, com faixas de. das árvores. É difícil. espuma branca e franca. andar contra o vento.. arrebentação. 9. 10. DURO. MUITO DURO. 66 a 77. 78 a 90. 41 a 47. 48 a 55. Vagalhões de 7,5 m com faixas. Danos nas partes. de espuma densa. O mar rola.. salientes das árvores.. O borrifo começa a afetar a. Impossível andar contra. visibilidade.. o vento.. Grandes vagalhões de 9 a 12. Arranca árvores e causa. m. O vento arranca as faixas de. danos na estrutura dos. espuma; a superfície do mar. prédios.. fica toda branca. A visibilidade é afetada. 11. TEMPESTUOSO. 91 a 104. 56 a 65. Vagalhões excepcionalmente. Muito raramente. grandes, de até 13,5 m. A. observado em terra.. visibilidade é muito afetada. Navios de tamanho médio somem no cavado das vagas. 12. FURACÃO. 105 a .... 66 a .... Mar todo de espuma. Espuma e respingos saturam o ar. A visibilidade é seriamente afetada.. Tabela 2: Tabela Beaufort para velocidade de vento. 2.2.5. Técnica do Balão. Grandes estragos..

(49) 43. Esta baseia-se em soltar um balão e medir a sua velocidade espaço pré estabelecido de acordo com a direção em que o vento sopra.. 2.2.6. Anemômetros. Os anemômetros são instrumentos para registro da velocidade dos ventos. Com o advento da eletrônica estes instrumentos se tornaram muito precisos na medição e agregados aos sistemas de aquisição de dados permitiram avanços significativos nos estudos de comportamento dos ventos. Nosso estudo utilizou-se de anemômetros tipo concha para medir a velocidade do vento. Existem vários modelos atualmente a disposição. Os primeiros tinham uma bola que se enchia de ar em uma escala curva. Hoje, os anemômetros têm três ou mais taças girando ao redor de um pólo vertical. Quando os braços giram, registra-se a velocidade.. 2.3. TIPOS DE ANEMÔMETROS. 2.3.1. Anemômetro de Copos. O Anemômetro de Copos é usado para medir a velocidade do vento a partir da velocidade de rotação de um moinho constituído por 3 ou 4 copos hemisféricos ou cônicos fixados às extremidades de uns braços horizontais ligados a um eixo vertical, o modelo mais preciso é o tipo rotor horizontal de conchas (Anemômetro de Robinson). Um rotor com 3 conchas hemisféricas aciona um mecanismo onde é instalado um sensor eletrônico. A vantagem deste sistema é que ele independe da direção do vento, e por conseguinte de um dispositivo de alinhamento ver figura 7..

(50) 44. Figura 7: Anemômetro de Robinson. 2.3.2. Anemômetro Digital A figura 8 mostra um anemômetro digital portátil, que tem a capacidade de medir o vento com a velocidade mínima de 0,3 m/s (1 km/h) e máxima de 40 m/s (144 km/h). O Anemômetro digital, representa uma notável inovação na tecnologia de anemômetros de ventoinha, proporcionando leituras tanto de velocidade como de volume do fluxo de ar em um único instrumento..

(51) 45. Figura 8: Anemômetro de bolso digital. 2.3.3. Anemômetro de Tubo de Pressão O Anemômetro de Tubo de Pressão (Anemômetro de Dines) é um instrumento que a leitura da velocidade do vento a partir de pressões de vento dinâmicas. O vento entra no interior do tudo, passando por dentro originando uma pressão maior do que a pressão estática, enquanto que o mesmo vento, ao passar sobre o mesmo tubo, origina uma pressão menor do que a estática. Esta diferença de pressão é proporcional ao quadrado da velocidade do vento. As unidades de medida usuais na medição da velocidade do vento são quilômetros por hora, milhas por hora ou nós..

(52) 46. Figura 9: Anemômetro de Tubo de Pressão de Dines. 2.3.4. Anemômetro Sônico O anemômetro sônico mede a velocidade do vento, através de. ondas sonoras,. emitindo sinais de som de um sensor para outro e medindo, então, a diferença de tempo da ida e da volta do sinal, que é proporcional à velocidade do som e do vento ele realiza medidas a alta. freqüência. (várias medições por segundo), das três componentes da. velocidade do vento (duas horizontais e uma vertical).. Figura 10: Anemômetro Sônico.

(53) 47. 3. MATERIAL E MÉTODOS. 3.1. ESTATÍSTICA APLICADA NO LEVANTAMENTO DAS VELOCIDADES DE VENTO. Foram utilizados registros de velocidades horárias dos municípios de Boquim, Canindé do São Francisco, Frei Paulo, Gararu, Neópolis, Nossa Senhora da Glória, Poço Redondo, Riachão do Dantas e Umbaúba, todos municípios sergipanos. Os dados foram obtidos através de anemógrafo universal, cujos sensores estão situados a 2 e a 10 metros acima do nível do solo, sendo que os dados disponíveis de velocidade média compreendem séries históricas entre 2 e 3 anos.. Os softwares utilizados para tratamento estatístico deste estudo são o STATISTICA 7 da Statsoft , o PHStat 2.0 e XLSTAT 2009. Para as simulações de energia anual gerada foi utilizado o software EOLUSOFT do NUTEMA PUC-RS. Para verificar a estação do ano que melhor representa a amostra de dados pesquisados foi utilizado o teste estatístico de Kolmogorov-Smirnov para cada município pesquisado. O teste K-S como também é chamado é aplicado para verificar se os valores de uma certa amostra de dados podem ser considerados como provinientes de uma população com distribuição teórica pré-estabelecida, sob a hipótese (H0). Ele confronta duas distribuições de freqüências, uma teórica e outra provinda de dados amostrais verificando o nível de significância rejeitando ou não a hipótese. Estes resultados serão apresentados nos anexos deste trabalho..