ANEMOMETRIA, SISTEMAS DE MEDIÇÃO E FLUXOS DE ENERGIA Prof. José Carlos Mendonça Eng. Agrônomo...
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ANEMOMETRIA, SISTEMAS DE MEDIÇÃO E FLUXOS DE ENERGIA
Prof. José Carlos MendonçaEng. Agrônomo D.Sc.
LEAG/CCTA/UENF21/11/2012
UENFUniversidade Estadual do Norte
Fluminense Darcy Ribeiro
O VENTOO VENTO
O VENTO PODE SER CONSIDERADO COMO O AR EM MOVIMENTO O VENTO PODE SER CONSIDERADO COMO O AR EM MOVIMENTO NO SENTIDO HORIZONTAL. RESULTADO DO DESLOCAMENTO DE NO SENTIDO HORIZONTAL. RESULTADO DO DESLOCAMENTO DE MASSAS DE AR ORIGINÁRIAS DE GRADIENTES DE PRESSÃO.MASSAS DE AR ORIGINÁRIAS DE GRADIENTES DE PRESSÃO.
MACROESCALA:MACROESCALA: O gradiente de pressão dos pólos para a região equatorial é O gradiente de pressão dos pólos para a região equatorial é responsável pela circulação na macroescalaresponsável pela circulação na macroescala, tendo extensão horizontal que varia , tendo extensão horizontal que varia entre 100 a 3.000 km.entre 100 a 3.000 km.
MESOESCALA:MESOESCALA: São os movimentos que incluem as brisas marítima e terrestre, São os movimentos que incluem as brisas marítima e terrestre, circulação dentro de vales e os fenômenos do efeito de ilhas de calor. Os fenômenos circulação dentro de vales e os fenômenos do efeito de ilhas de calor. Os fenômenos dessa escala que influenciam a qualidade do ar local são variações diurnas da dessa escala que influenciam a qualidade do ar local são variações diurnas da estabilidade atmosférica e a topografia regional. A extensão horizontal dessa escala estabilidade atmosférica e a topografia regional. A extensão horizontal dessa escala é da ordem de 100 km e na vertical é de dezenas de metros até 1 km acima do solo. é da ordem de 100 km e na vertical é de dezenas de metros até 1 km acima do solo.
MICROESCALA:MICROESCALA: Incluem os movimentos resultantes dos efeitos aerodinâmicos Incluem os movimentos resultantes dos efeitos aerodinâmicos das edificações das cidades e dos parques industriais, rugosidade das superfícies e das edificações das cidades e dos parques industriais, rugosidade das superfícies e a cobertura vegetal de diversos tipos de solo. Esses movimentos são responsáveis a cobertura vegetal de diversos tipos de solo. Esses movimentos são responsáveis pelo transporte e difusão dos poluentes em um raio horizontal inferior a 10 km e pelo transporte e difusão dos poluentes em um raio horizontal inferior a 10 km e entre 100 e 500 metros na vertical acima do solo. entre 100 e 500 metros na vertical acima do solo.
IMPORTANCIA DA CARACTERIZAÇÃO DO VENTOIMPORTANCIA DA CARACTERIZAÇÃO DO VENTO
DISPERÇÃO DE POLUENTES, SEMENTES E ESPOROS DE DISPERÇÃO DE POLUENTES, SEMENTES E ESPOROS DE FUNGOS;FUNGOS;
DIREÇÃO DA PROPAGAÇÃO DE FOCOS DE QUEIMADAS;DIREÇÃO DA PROPAGAÇÃO DE FOCOS DE QUEIMADAS; TRANSPORTE DE MASSAS DE AR;TRANSPORTE DE MASSAS DE AR; DISSIPAÇÃO DE CALOR; DISSIPAÇÃO DE CALOR; EROSÃO EÓLICA;EROSÃO EÓLICA; CATASTROFES: TSUNAMES, RESSACAS DO MAR, QUEDA DE CATASTROFES: TSUNAMES, RESSACAS DO MAR, QUEDA DE
POSTES, CASAS, ETCPOSTES, CASAS, ETC;; ORIENTAÇÃO DE QUEBRA VENTOS, EDIFICAÇÕES, ETC...ORIENTAÇÃO DE QUEBRA VENTOS, EDIFICAÇÕES, ETC... ENERGIA EÓLICAENERGIA EÓLICA
AUMENTO DA DEMANDA ENERGÉTICA MUNDIAL PARA O AUMENTO DA DEMANDA ENERGÉTICA MUNDIAL PARA O CRESCIMENTO ECONÔMICO.CRESCIMENTO ECONÔMICO.
MATRIZ ENERGÉTICA PROVENIENTE DE COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS MATRIZ ENERGÉTICA PROVENIENTE DE COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS E CARVÃO VEGETAL.E CARVÃO VEGETAL.
APELO AO MEIO AMBIENTE: UTILIZAÇÃO DE FONTES APELO AO MEIO AMBIENTE: UTILIZAÇÃO DE FONTES RENOVÁVEIS E MENOS POLUENTES.RENOVÁVEIS E MENOS POLUENTES.
INCENTIVOS GOVERNAMENTAIS PARA UTILIZAÇÃO DE ENERGIA INCENTIVOS GOVERNAMENTAIS PARA UTILIZAÇÃO DE ENERGIA RENOVÁVEL.RENOVÁVEL.
ENERGIA EÓLICA
• ENERGIA LIMPA E RENOVÁVEL;
• RECURSO INESGOTÁVEL;
• CAPACIDADE PARA ATENDER ÁREAS ISOLADAS;
• PODE SER INCORPORADO A MATRIZ ENERGÉTICA PRINCIPAL;
• TODO O LITORAL BRASILEIRO TEM POTENCIAL PARA A PRODUÇÃO DE ENERGIA EÓLICA;
• VIÁVEL ECONOMICAMENTE.
Caracterização do ventoCaracterização do vento Direção do ventoDireção do vento
A direção do vento é indicada pela direção de onde o vento é A direção do vento é indicada pela direção de onde o vento é proveniente, ou seja a direção do vento é dada a partir de sua origem. proveniente, ou seja a direção do vento é dada a partir de sua origem.
Velocidade do ventoVelocidade do vento
A velocidade do vento expressa a distância percorrida pelo vento A velocidade do vento expressa a distância percorrida pelo vento em um determinado intervalo de tempo. Normalmente é expressa em um determinado intervalo de tempo. Normalmente é expressa em metros por segundo (m/s) ou quilômetros por hora (km/h)em metros por segundo (m/s) ou quilômetros por hora (km/h)
A velocidade do vento aumenta exponencialmente com a altura. Isso se dá em função da redução do atrito conforme o fluxo de ar se distancia da superfície.
Medição do Medição do ventoventoVelocidade: anemômetroVelocidade: anemômetro
Anemômetro de caneca Anemômetro de hélice
Anemômetro Sônico
Torre anemométricaTorre anemométrica
Registros de velocidade e Registros de velocidade e direçãodireção
. . Período de estudo: Desde junho/2007Período de estudo: Desde junho/2007
. 5 níveis de monitoramento . 5 níveis de monitoramento
(50, 30, 15, 10 e 3m)(50, 30, 15, 10 e 3m)
. Velocidade média, máxima e mínima. Velocidade média, máxima e mínima
. Direção. Direção
. Hora: Intervalos de 15 minutos. Hora: Intervalos de 15 minutos
Freqüência dos ventosFreqüência dos ventos
ƒ(x) = _n . 100 N
Sendo:
n: número de ocorrências em uma determinadas direção;
N: número total de ocorrências.
Alguns ResultadosAlguns Resultados
Velocidade média mensal
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Velocidade máxima mensal
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VELOCIDADE MENSAL DOS VENTOS:
Velocidade mínima mensal
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Direção do períodoDireção do período
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DIREÇÃO E VELOCIDADE MÉDIA NO DIREÇÃO E VELOCIDADE MÉDIA NO PERÍODO DE ESTUDOPERÍODO DE ESTUDO
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DIREÇÃO E VELOCIDADE MÁXIMA NO DIREÇÃO E VELOCIDADE MÁXIMA NO PERÍODO DE ESTUDOPERÍODO DE ESTUDO
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DIREÇÃO E VELOCIDADE MÍNIMA NO DIREÇÃO E VELOCIDADE MÍNIMA NO PERÍODO DE ESTUDOPERÍODO DE ESTUDO
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DISTRIBUIÇÃO DAS VELOCIDADES NO DISTRIBUIÇÃO DAS VELOCIDADES NO
PERÍODO DE ESTUDOPERÍODO DE ESTUDO Distribuição das velocidades médias
-
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(%)
V>15 V>10<15 V>5<10 V<5
Distribuição das velocidades máximas
-
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50 30 15 10 3
(%)
V>15 V>10<15 V>5<10 V<5
Distribuição das velocidades mínimas
-
20
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60
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100
50 30 15 10 3
(%)
V>15 V>10<15 V>5<10 V<5
DIREÇÃO DOS PICOS MÁXIMOS NO DIREÇÃO DOS PICOS MÁXIMOS NO PERÍODO DE ESTUDOPERÍODO DE ESTUDO
Direção dos ventos com velocidade maior que 15
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que 15 m.s-1 a 30 m
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(%)
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que 15 m.s-1 a 15 m
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(%)
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que 15 m.s-1 a 10 m
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Direção
(%)
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e 15 m.s-1 a 50 m
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Direção
(%)
Direção dos ventos com velocidade entre 10
e 15 m.s-1 a 30 m
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Direção
(%)
Direção dos ventos com velocidade entre 10
e 15 m.s-1 a 15 m
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(%)
Direção dos ventos com velocidade entre 10
e 15 m.s-1 a 10 m
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(%)
Direção dos ventos com velocidade entre 10
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Direção
(%)
DISTRIBUIÇÃO MENSAL DOS PICOS DISTRIBUIÇÃO MENSAL DOS PICOS
MÁXIMOSMÁXIMOS Frequência dos ventos maior que 15 m.s-1 a
50 m
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freq
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Frequência mensal dos ventos maior que 15
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Frequência mensal dos ventos maior que 15
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Frequência mensal dos ventos entre 10 e 15
m.s-1 50 m
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ia (
%)
Frequência mensal dos ventos entre 10 e 15
m.s-1 a 30 m
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ia (
%)
Frequência mensal dos ventos entre 10 e 15
m.s-1 a 15 m
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ia (
%)
Frequência mensal dos ventos entre 10 e 15
m.s-1 a 10 m
-5
101520253035
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ia (
%)
Frequência mensal dos ventos entre 10 e 15
m.s-1 a 3 m
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FREQÜÊNCIA HORÁRIA DOS PICOS FREQÜÊNCIA HORÁRIA DOS PICOS
MÁXIMOSMÁXIMOS
Frequência de picos máximos horários (V>15m/s)
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2-4h
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2h
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4h
14-1
6h
16-1
8h
18-2
0h
20-2
2h
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4h
Hora
(%)
50m 30m 15m 10m
Frequência de picos máximos horários (V>10<15m/s)
-
1020
30
4050
60
0-2h
2-4h
4-6h
6-8h
8-10
h
10-1
2h
12-1
4h
14-1
6h
16-1
8h
18-2
0h
20-2
2h
22-2
4h
Hora
(%)
50m 30m 15m 10m 3m
CARACTERIZAÇÃO DOS PERÍODOS DE CARACTERIZAÇÃO DOS PERÍODOS DE CALMARIACALMARIA
Frequência mensal de calmaria a 50m
-
5
10
15
20
Meses
Fre
quência
(%
)Frequência mensal de calmaria a 30m
-
5
10
15
20
Meses
Fre
quên
cia
(%)
Frequência mensal de calmaria a 15m
-
5
10
15
20
Meses
Fre
quência
(%
)
Frequência mensal de calmaria a 10m
-
5
10
15
20
Meses
Fre
quên
cia
(%)
Frequência mensal de calmaria a 3m
-
5
10
15
20
Meses
Fre
quência
(%
)
FREQÜÊNCIA HORÁRIA DOS PERÍODOS FREQÜÊNCIA HORÁRIA DOS PERÍODOS
DE CALMARIADE CALMARIA Frequência horária dos períodos de calmaria
-
5
10
15
20
Hora
Fre
quência
(%
)
50m 30m 15m 10m 3m
Algumas Conclusões Algumas Conclusões
A velocidade do vento varia de acordo com a altura de A velocidade do vento varia de acordo com a altura de monitoramento. Quanto maior a altura maior a velocidade.monitoramento. Quanto maior a altura maior a velocidade.
A velocidade máxima em nenhum momento foi inferior a 5 m.sA velocidade máxima em nenhum momento foi inferior a 5 m.s-1.-1.
A direção predominante do vento é leste a 50 e a 3 m de altura, a A direção predominante do vento é leste a 50 e a 3 m de altura, a 30, 15 e 10 m a direção nordeste é a predominante.30, 15 e 10 m a direção nordeste é a predominante.
Os ventos com maior velocidade são os que apresentam maior Os ventos com maior velocidade são os que apresentam maior freqüência.freqüência.
Os meses de setembro a novembro são os que possuem maior Os meses de setembro a novembro são os que possuem maior velocidade do vento. velocidade do vento.
Torre Anemométrica - Macaé
Altura: 25 mAltura: 25 m Niveis de monitoramento:Niveis de monitoramento:
- Velocidade e Direção do Vento: - Velocidade e Direção do Vento: 3, 6, 12, 15 e 25 m;3, 6, 12, 15 e 25 m;
- Temperatura e Umidade - Temperatura e Umidade
Relativa do Ar: Relativa do Ar:
3, 6, 12 e 25 m3, 6, 12 e 25 m Frequência de informações:Frequência de informações:
- Valores médios, máximos e - Valores médios, máximos e mínimos a cada 15 min mínimos a cada 15 min - Registros em arquivos . DAT- Registros em arquivos . DAT- Visualização em tempo real!- Visualização em tempo real! (a cada 10”)(a cada 10”)
Dados Tecnicos:Dados Tecnicos:
Anemômetro sônico 2D:Anemômetro sônico 2D:
(Mod WAS-L2D(Mod WAS-L2D
Gill Instruments LTDA)Gill Instruments LTDA)
Anemômetros de hélice:Anemômetros de hélice: (RM YOUNG MARINIZADO – MOD 05106)(RM YOUNG MARINIZADO – MOD 05106)
Sondas de Tar e Ur(%):Sondas de Tar e Ur(%):
(HMP45-C – VAISALLA)(HMP45-C – VAISALLA)
Dados Técnicos: Transmissão “Ponto a Ponto”
TransmissãoTransmissão “Ponto a Ponto” “Ponto a Ponto”
OS DADOS EM TEMPO REALOS DADOS EM TEMPO REAL
Na distribuição densidade de probabilidade de Weibull os dois parâmetros (“k” e “c”) para a velocidade do vento (V) é fornecida pela equação:
k
c
vk
ec
v
c
kVf
1
A função densidade de probabilidade acumulada de Weibull é obtida por:
kcvVf exp1
Para o calculo da densidade de potência do fluxo de ar através de uma unidade de área normal ao fluxo é obtida por:
3
2
1VVP
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Velocidade (m.s-1)
Potê
ncia
(kW
h.m
-2.a
no-1
)
3 m
10 m
15 m
30 m
50 m
Densidade de potência anual em kWh gerada por m2 em cinco níveis de altura em Campos dos Goytacazes, RJ
0
20
40
60
80
100
120
140
janeir
o
fever
eiro
março
abril
maiojun
hojul
ho
agos
to
setem
bro
outub
ro
nove
mbr
o
deze
mbro
Pot
ênci
a kW
.m-2
50 m
30 m
15 m
10 m
3 m
Variação sazonal da potência disponível do vento em 5 níveis de altura em Campos dos Goytacazes, RJ