EólicaI_apostila_final

Prévia do material em texto

Energia Eólica: 
Análise do Comportamento do Vento 
 
 
 
 
Dr. Arcilan Assireu 
Dr. Geraldo Lúcio Tiago Filho 
Dra. Michelle Reboita 
Dr. Ramon Morais de Freitas 
Dr. Felipe Pimenta 
 
 
 
 
 
 
Sumário 
 
 
1. Considerações Gerais ................................................................................................ 1 
2. Origem do Vento ....................................................................................................... 4 
3. Circulação Geral da Atmosfera ................................................................................. 6 
4. Circulações Locais .................................................................................................. 11 
4.1 Brisa Marítima e Terrestre .............................................................................. 11 
4.2 Brisa de Vale e Montanha ............................................................................... 12 
5. Mudança na Direção e Intensidade do Vento associada a Sistemas Atmosféricos de 
Escala Sinótica ................................................................................................................ 16 
5.1 Frentes Frias .................................................................................................... 16 
5.2 Ciclones Extratropicais ................................................................................ 17 
5.3 Anticiclones Migratórios ................................................................................. 19 
6. Perfil Vertical do Vento .......................................................................................... 21 
7. Distribuição Estatística do Vento ............................................................................ 23 
8. Variabilidade Temporal do Vento ........................................................................... 25 
8.1 Variabilidade Diurna (ao longo das horas do dia) .......................................... 26 
8.2 Variabilidade Anual (Sazonal) ........................................................................ 26 
8.3 Variabilidade Interanual .................................................................................. 27 
9. Influências do Terreno para o Aproveitamento Eólico ........................................... 28 
10. Turbinas Eólicas ...................................................................................................... 32 
11. Impactos Ambientais ............................................................................................... 35 
12. Critérios Relacionados às Estimativas dos Recursos Eólicos ................................. 36 
12.1 Abordagens e Objetivos ................................................................................ 36 
12.1.1 Identificação Preliminar da Área ........................................................ 36 
12.1.2 Avaliação do Potencial Eólico na Área Delimitada no Estágio Anterior
 ................................................................................................................................. 37 
12.1.3 Micro-sites .......................................................................................... 38 
12.2 Duração do Monitoramento e Levantamento dos Dados .............................. 38 
12.3 Uso de Dados de Vento de Diferentes Fontes ............................................... 39 
12.3.1 Dados Regionais de Vento .................................................................. 39 
 
 
12.3.2 Dados Pontuais de Vento .................................................................... 40 
12.3.3 Indicadores Topográficos .................................................................... 42 
12.3.4 Escolha do Local da Torre .................................................................. 44 
12.3.5 Parâmetros Básicos a Serem Medidos ................................................ 45 
12.3.6 Parâmetros Auxiliares ......................................................................... 47 
12.3.7 Critérios Relacionados aos Dados....................................................... 48 
12.3.8 Determinação do Norte Verdadeiro .................................................... 48 
13. Influências do terreno para o aproveitamento eólico ............................................... 49 
13.1 Classificação do Terreno ............................................................................... 50 
13.1.1 Escoamentos sobre Terrenos Planos com Obstáculos ........................ 51 
13.1.3 Escoamento em terrenos planos com mudanças na rugosidade de 
superfície ................................................................................................................. 52 
13.1.5 Características de terrenos não planos: feições de pequena escala ..... 52 
13.1.6 Características do terreno complexo: feições de grande escala .......... 54 
 
 
 
 
 
 
Energia Eólica 1 
 
1. Considerações Gerais 
 
 
A geração de energia elétrica no Brasil atingiu a capacidade de 122 GW em 
2013, sendo ainda predominantemente suportada pelas energias renováveis. A 
energia hidráulica representa aproximadamente 70% da capacidade instalada, 
seguida por 28% das usinas termoelétricas e apenas 1,6% fornecido pelos ventos 
(EPE, 2012; ANEEL, 2013). O país é o segundo maior produtor de energia 
hidrelétrica do mundo (Kumar et al., 2011) e seu recurso técnico chega a 244 GW 
(65% ainda não aproveitado) (SIPOT, 2013). 
A energia eólica encontra-se ainda em estágios iniciais, embora demonstre 
taxas surpreendentes de desenvolvimento. Nos últimos anos, o crescimento da 
capacidade instalada foi superior a 50% por ano (por exemplo, 53% de 2010 a 
2011, 75% de 2011 a 2012) e ainda vigoroso crescimento entre 2012 e 2013 (Fig. 
1). 
 
 
 
 
 
Figura 1 Evolução da Energia Eólica no Brasil. Adaptado de GWEC (2013). 
 
 
Energia Eólica 2 
 
Os recursos eólicos continentais do Brasil são estimados em 143,5 GW para 
a altura das turbinas eólicas de 50 m (Amarante et al., 2001a). Cerca de 52% desses 
recursos estão localizados no Nordeste, seguidos do Sudeste (~21%) e do Sul 
(~18%) do país (Fig. 2). 
 
 
 
 
Figura 2 Densidade de potência média (W m
-2
) dos ventos para áreas 
continentais e offshore do Brasil. Um pequeno mapa ilustra o reservatório 
hidrelétrico de Itumbiara. Símbolos indicam a fonte de dados hidrológicos 
(estação H), meteorológicos (W1, P) ou pontos de medição satelitária (W3 e 
W4). A resolução horizontal da imagem é de 0.25
o
. Ventos continentais são 
derivados do Atlas do Potencial Eólico Brasileiro (Amarante et al., 2001a). 
Ventos em alto mar foram processados a partir de dados de satélite (Zhang et 
al., 2006) para a altura dos ventos continentais (i.e. altura das turbinas, z = 50 
m). Fonte: Pimenta e Assireu (2014). 
 
 
Energia Eólica 3 
 
A exploração da energia eólica em alto mar (offshore) ainda não foi 
implementada no país. Embora esta tecnologia implique em custos mais elevados 
para instalação e operação, os ventos oceânicos possuem maior densidade de 
potência, menor variabilidade temporal e estão localizados próximos a populosos 
centros urbanos (Pryor e Barthelmie, 2001; Garvine e Kempton, 2008). Uma 
primeira estimativa da energia eólica offshore do Brasil foi calculada a partir de 
dados satelitários e bóias meteorológicas. Um recurso médio de 102 GW foi 
estimado para sul do Brasil (latitude: 34
o
S a 27
o
S) para as profundidades práticas de 
exploração de 0 a 50 m (Pimenta et al., 2008). A mesma metodologia, aplicada para 
toda a extensão litoral (4
oN-33
o
S), estimou um potencial de cerca de 400 GW para o 
mesmo intervalo de profundidade (Ortiz e Kampel, 2011). Conforme ilustrado pelo 
mapa offshore derivado de dados satelitários da Figura 2, significativos recursos 
estão disponíveis para o Sul (34
o 
- 27
o
S), Sudeste (23
o
 -18
o
S), Nordeste (6
o 
- 2
o
S) e 
Norte (0
o 
- 4
o
N) do Brasil. 
Recursos eólicos dentro de reservatórios hidrelétricos também são 
considerados uma alternativa promissora. Devido à topografia do reservatório e aos 
elementos de rugosidade de superfície, ventos intensos podem ser encontrados em 
muitas barragens brasileiras (Assireu et al., 2011). Os recursos poderiam ser 
aproveitados com a tecnologia offshore e sendo facilmente conectados à rede de 
transmissão. 
Ventos têm oscilações típicas de curto prazo, que variam de horas a dias, 
devido a efeitos locais e sinóticos (Manwell et al., 2004). A flutuação de rios, por 
outro lado, tem períodos mais longos de oscilação que varia de semanas a meses. É 
mais difícil, portanto, para operadores do sistema elétrico efetivamente integrar a 
energia flutuante de parques eólicos. Hidrelétricas, no entanto, servem como 
armazenamento de energia para ambos fluxos de energia natural. A vazão das 
turbinas hidrelétricas de uma barragem pode ser ajustada relativamente rápido de 
acordo com a produção eólica ou demanda populacional de energia. 
 Como a geração de energia eólia é ainda um campo relativamente novo no país, 
esse material tem como objetivo compilar informações relevantes sobre o vento do 
ponto de vista meteorológico e do ponto de vista da geração de energia. 
 
 
Energia Eólica 4 
 
2. Origem do Vento 
 
A atmosfera terrestre é formada por uma grande quantia de moléculas de gases 
sendo empurradas em direção à superfície do planeta pela força de gravidade. Essas 
moléculas exercem uma força sobre todas as superfícies que entram em contato e a 
força exercida por unidade de área é chamada pressão. Devido a vários fatores como, 
por exemplo, aquecimento de uma porção da superfície terrestre por radiação solar e 
diferenças de temperatura entre o continente e áreas marítimas adjacentes, a pressão 
atmosférica não é igual em toda a superfície do planeta. Nesse sentido, surge uma força, 
denominada Força do Gradiente de Pressão (FGP), que se dirigirá da região com maior 
pressão para a de menor pressão (Fig. 3) originando os ventos. Portanto, a FGP é a 
única força responsável pela origem dos ventos. 
 
 
Figura 3 Força do Gradiente de Pressão (FGP) apontando da região de maior para 
menor pressão atmosférica. 
 
O vento é, simplesmente, o ar em movimento na horizontal e sua caracterização 
em qualquer ponto da atmosfera necessita de dois parâmetros: a direção e a velocidade. 
A direção pode ser representada através de uma seta (vetor) como mostrado na Figura 
4, já a intensidade é um número real que indica a magnitude desse vetor. Embora a FGP 
seja a única força capaz de geras os ventos, ela não é a única a atuar sobre eles. 
Considerando os ventos próximos da superfície terrestre, a força de Coriolis atua no 
sentido de modificar a direção dos ventos, enquanto a força de atrito (fricção), a 
intensidade e também a direção dos ventos. 
 A Figura 4 apresenta uma imagem de satélite no dia 04 de abril de 2014 com os 
ventos sobrepostos (indicados por setas, vetores) e linhas com mesmo valor de pressão 
(linhas amarelas), também chamadas de isóbaras. Nessa figura, algumas regiões de alta 
e baixa pressão atmosférica estão indicadas com as letras A e B, respectivamente. Pela 
Alta Pressão (A)
1020 mb 1015 mb
Baixa Pressão (B)
FGP
Energia Eólica 5 
 
ideia fornecida na Figura 3, era de se esperar que os vetores do vento na Figura 4 
apontassem das regiões de alta pressão para as regiões de baixa pressão (esses vetores 
deveriam cruzar as isóbaras formando um ângulo de 90º com elas como mostra o vetor 
“idealizado” em verde). Na realidade, os vetores se dirigem das altas para as baixas 
pressões, mas com um desvio na direção (não fazem um ângulo de 90º com as isóbaras 
como mostra o vetor “idealizado” em laranja). Esse desvio é decorrente da influência da 
força de Coriolis e da força de atrito. 
 
Figura 4 Imagem de satélite com informações de vento (vetores coloridos) e pressão ao 
nível médio do mar (linhas amarelas) no dia 04 de abril de 2014. A letra A indica região 
de alta pressão atmosférica enquanto a letra B, de baixa pressão. O vetor verde no 
oceano Atlântico é uma situação idealizada considerando somente a FGP enquanto o 
vetor em laranja é uma situação considerando a influência das forças de Coriolis e de 
atrito. Fonte: http://www.master.iag.usp.br/ind.php?inic=00&prod=imagens 
A
A
B
B
Energia Eólica 6 
 
A força de Coriolis é uma força aparente porque só existe em função da rotação 
da Terra (pois nada está aplicando força). Todos os objetos movimentando-se 
livremente na atmosfera, incluindo o vento, são defletidos (desviados) para a direita do 
seu movimento (caminho) no Hemisfério Norte e para a esquerda no Hemisfério Sul. A 
influência da força de Coriolis sobre o vento pode ser facilmente compreendida 
comparando-se os vetores idealizados em verde e laranja na Figura 4. 
Se os ventos próximos à superfície do planeta não fossem influenciados pela 
força de atrito, a força de Coriolis ao longo do tempo se igualaria a FGP (isto é, essas 
duas forças seriam balanceadas) de forma que os ventos escoariam paralelos às isóbaras. 
No caso da Figura 4, eles seguiriam os contornos das linhas amarelas (isóbaras) e não 
as cruzariam. Entretanto, o vento ao entrar em contato com a superfície do planeta tende 
a ser freado em função da sua fricção (atrito) com a superfície e esse mecanismo é 
denominado força de atrito. Essa força ao reduzir a velocidade do vento acaba 
enfraquecendo a força de Coriolis o que leva ao rompimento do balanço entre a força de 
Coriolis e a FGP. Uma modificação na força de Coriolis, consequentemente, implica 
num desvio da direção do vento. Assim, o escoamento do vento que deveria ser paralelo 
às isóbaras acaba cruzando-as. Isso é o que ocorre na atmosfera real e é mostrado na 
Figura 4. 
 
 
3. Circulação Geral da Atmosfera 
 
Reboita et al. (2012) apresentam uma descrição da circulação geral da atmosfera 
com uma abordagem simples a qual é em parte reproduzida aqui. De acordo com esses 
autores na região equatorial, o intenso aquecimento solar causa a ascensão do ar e 
formação de muitas nuvens e chuva. Depois de subir, o ar na alta troposfera (camada da 
atmosfera localizada a cerca de ~ 10 km de altura) desloca-se em direção aos polos em 
ambos os hemisférios. Durante o deslocamento o ar sofre resfriamento, o que o torna 
mais denso e propicia sua subsidência (movimentos descendentes) próximo de 20º-30º 
de latitude em ambos os hemisférios. Este processo aumenta o peso da coluna 
atmosférica dando origem a um cinturão de alta pressão em superfície conhecido com o 
nome de “altas subtropicais” (Fig. 5). Nessa região de alta pressão se localizam os 
principais desertos do globo (Sahara, Atacama, Kalahari e outros). O ar que subside, ao 
atingir a superfície forma um ramo que se move para os polos e outro que retorna para o 
Energia Eólica 7 
 
equador (em virtude da FGP). Este último faz parte de uma célula de circulação fechada 
chamada Célula de Hadley (célula formada pelo ar que ascende no equadore desce por 
volta de 20-30º de latitude em cada hemisfério). Como a Terra possui rotação, os ventos 
que se dirigem para o equador são defletidos pelo efeito de Coriolis (no Hemisfério Sul 
para a esquerda do movimento e no Hemisfério Norte para a direita) formando os ventos 
alísios de sudeste no Hemisfério Sul e os de nordeste no Hemisfério Norte (Fig. 5). Os 
ventos alísios, ao dirigirem-se para o equador, convergem dando origem à Zona de 
Convergência Intertropical (ZCIT). 
Uma parte dos ventos que descem da alta para a baixa atmosfera, próximo de 
20º-30º de latitude, em ambos os hemisférios, se dirige para o polo. Devido a influencia 
da rotação da Terra em tais ventos, tem-se ventos de oeste em superfície nas latitudes 
médias (Fig. 5). Próximo de 60º de latitude, estes ventos se encontram (convergem) 
com os ventos provenientes do polo em direção ao equador e esta convergência é 
conhecida como região da Frente Polar (Fig. 5). Esta é uma região de encontro de 
massas de ar com propriedades térmicas distintas (massa fria e seca de origem polar e 
massa quente e úmida de origem tropical/subtropical) o que favorece a formação de 
frentes e ciclones extratropicais. Na alta atmosfera (entre 9-12 km de altura) da região 
de latitudes médias, desde a 2ª Guerra Mundial, numerosas observações meteorológicas 
indicam que os ventos também são de oeste. 
 
 
Figura 5 Representação esquemática da circulação geral da atmosfera terrestre 
(considerando a superfície terrestre homogênea). Fonte: Reboita et al. (2012). 
Célula de 
Hadley
A
A
A
B
B
B
A
ZCIT
alísios de sudeste
alísios de nordeste
ventos de oeste
ventos de oeste
ventos de leste
ventos de leste
Frente Polar
Frente Polar
Alta pressão 
subtropical
Alta pressão 
subtropical
Energia Eólica 8 
 
A Figura 5 é uma idealização da circulação geral da atmosfera que leva em 
consideração a homogeneidade da superfície terrestre. Porém, sabe-se que a superfície 
do planeta não é homogênea, pois existem regiões de oceanos e continentes intercaladas 
entre si; sobre o continente há diferentes coberturas vegetais da superfície e topografia 
etc. Tanto os oceanos quanto os continentes, bem como as diferentes coberturas da 
superfície, possuem diferentes valores de atrito, diferentes taxas de aquecimento e criam 
diferenças de pressão na horizontal, eliminando a homogeneidade na distribuição de 
pressão. Em síntese, a atmosfera real não possui zonas contínuas de alta de baixa 
pressão como na Figura 5, na realidade há células com diferentes pressões como mostra 
a Figura 6 e, por consequência, tem-se o padrão global de ventos mostrado na Figura 
7. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Energia Eólica 9 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 6 Média climatológica da pressão atmosférica (mb) ao nível médio do mar 
(1979-2001) em dezembro-janeiro-fevereiro (painel superior) e junho-julho-agosto 
(painel inferior). 
Fonte: http://www.ecmwf.int/research/era/ERA-40_Atlas/docs/section_B/index.html 
 
 
 
Energia Eólica 10 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 7 Média climatológica da intensidade (m s
-1
; cores) e direção do vento (vetores) 
a 10 metros de altura no período de 1979 a 2001 em dezembro-janeiro-fevereiro (painel 
superior) e junho-julho-agosto (painel inferior). 
Fonte: http://www.ecmwf.int/research/era/ERA-40_Atlas/docs/section_B/index.html 
 
Energia Eólica 11 
 
a) Meio da tarde b) Madrugada
4. Circulações Locais 
 
A seção anterior mostrou a circulação da atmosfera em grande escala. 
Entretanto, fatores locais como a presença de vales e montanhas e proximidade com o 
oceano desencadeiam circulações de menor escala, também chamadas de circulações de 
mesoescala, que estão “embebidas” dentro da circulação geral da atmosfera. Entre as 
circulações de mesoescala encontram-se as brisas marítima e terrestre e de vale e 
montanha. 
 
4.1 Brisa Marítima e Terrestre 
 
A brisa marítima se desenvolve em função da ocorrência da FGP apontada do 
mar para o continente (em alturas próximas dessas superfícies) durante o dia. Quando o 
sol está incidindo sobre as superfícies, devido ao diferente calor específico da terra e 
água, o continente se aquece mais rapidamente do que a região aquática. O forte 
aquecimento do ar acima do continente produz uma baixa (pressão) térmica e rasa. O ar 
sobre a água permanece mais frio do que o ar sobre a terra; então sobre a água se forma 
uma alta (pressão) térmica. O efeito final desta distribuição de pressão é a brisa 
marítima que sopra do mar para a terra (Fig. 8a). Como o maior contraste de 
temperatura entre o mar e a terra ocorre à tarde, do mesmo modo, as brisas marítimas 
são mais intensas nesse horário. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 8 Representação esquemática da brisa marítima (a) e terrestre (b). Nas figuras as 
letras H indicam alta pressão e L baixa pressão. Adaptado de: 
http://www.meted.ucar.edu/mesoprim/seabreez/print.htm 
Energia Eólica 12 
 
a) Brisa de Vale
b) Brisa de Montanha
No período noturno, como a superfície terrestre perde energia muito rápido 
acaba se esfriando mais do que a água. Dessa forma, as pressões mais altas se 
estabelecerão sobre o continente e as mais baixas sobre o mar. Portanto, a FGP apontará 
do continente para o mar originando a brisa terrestre (Fig. 8b). Após à meia-noite a 
brisa terrestre já é bem configurada. Como os contrastes térmicos entre a água e a terra 
são menores à noite, a brisa terrestre é bem menos intensa do que a marítima. É 
importante ressaltar que as circulações de mesoescala não são afetadas 
significativamente pela força de Coriolis. 
 
4.2 Brisa de Vale e Montanha 
 
Nas regiões de vale circundado por topografia elevada geralmente ocorre um 
escoamento que se dirige do vale para a montanha durante o dia e da montanha para o 
vale durante a noite. Durante o dia, o ar sobre a face das montanhas que estão voltadas 
para o sol se aquece mais rapidamente do que o ar sobre o vale. Nesse caso, surge uma 
FGP que aponta do vale para a montanha e origina as chamadas brisas de vale (ventos 
anabáticos; Fig. 9a). À noite, o ar da montanha se resfria mais rapidamente do que o ar 
sobre o vale. Dessa forma, o escoamento se dirigirá da montanha para o vale gerando 
brisas de montanhas (ventos catabáticos; Fig. 9b). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 9 Representação esquemática da brisa de vale (a) e montanha (b). Adaptado de: 
https://www.meted.ucar.edu/mesoprim/mtnval/print.htm 
Energia Eólica 13 
 
 Reboita et al. (2014) através da análise de dados de direção do vento medidos na 
estação meteorológica da Unifei identificaram a presença de brisa vale e montanha em 
Itajubá - MG. Primeiramente os autores construíram uma rosa-dos-ventos com dados 
medidos a cada 10 minutos no período de 2010 a 2012 (Fig. 10). Nessa, observaram que 
os ventos predominantes eram de quadrante norte e sul, ou seja, ventos com sentidos 
opostos sugerindo a existência de brisa vale e montanha. A confirmação dessa 
circulação de mesoescala foi obtida através de rosas-do-vento horárias que indicaram o 
estabelecimento da brisa de montanha entre 15-16 horas local (máxima intensidadeentre 21-22 horas local) e da brisa de vale entre 07-08 horas local (máxima intensidade 
entre 11-14 horas local). Esses resultados mostram que a brisa de montanha é mais 
duradoura, o que pode estar associado à influência do efeito de aquecimento urbano nos 
gradientes horizontais de pressão entre o vale e a região montanhosa. 
 
 
 
 
Figura 10 Rosa-dos-ventos obtida com dados medidos na estação meteorológica da 
Unifei no período de 2010 a 2012. Fonte: Reboita et al. (2014) 
 
 
 
Energia Eólica 14 
 
Monções 
 
As monções correspondem a variações sazonais na direção do vento ocasionadas 
por diferenças no aquecimento continental e oceânico. De forma geral, as monções são 
similares a uma forte brisa marítima. No verão, o ar sobre o continente é mais quente do 
que sobre o oceano, então se formam ventos que escoam do oceano em direção ao 
continente. Já no inverno, a situação se inverte e os ventos sopram do continente em 
direção ao oceano. A monção asiática (Fig. 11) é a mais famosa por causar grandes 
enchentes, por exemplo, na Índia, no período de verão boreal (junho-julho-agosto). 
 
 
 
Figura 11 Painel superior: escoamento do vento do oceano para o continente asiático no 
dia 22 de julho. Painel inferior: escoamento do vento do continente asiático para o 
oceano no dia 18 de janeiro. Fonte: http://www.goes-
r.gov/users/comet/tropical/textbook_2nd_edition/print_3.htm 
Energia Eólica 15 
 
a) b) 
A América do Sul também possui um regime de monção, mas nesse continente a 
reversão sazonal dos ventos só é identificada quando a média anual da direção do vento 
é descontada dos valores sazonais. Durante o verão na América do Sul, devido o 
aquecimento continental e a configuração dos ventos (Fig. 12a) há um favorecimento 
para a precipitação e, com isso, o verão torna-se a estação mais chuvosa em grande 
parte desse continente (Fig. 13a). 
 
Figura 12 Direção (setas) e intensidade do vento (m s
-1
; cores) em baixos níveis da 
atmosfera no (a) verão e (b) inverno. Fonte: Reboita et al. (2012). 
 
 
Figura 13 Climatologia da precipitação na América do Sul (mm dia
-1
) no (a) verão e (b) 
inverno. Fonte: Reboita et al. (2012). 
a) b)
Energia Eólica 16 
 
 A extensa faixa de precipitação que se estende da Amazônia ao sudeste do Brasil 
e Atlântico sudoeste caracteriza a Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS). A 
ZCAS é responsável por sequências de dias nublados e com precipitação durante o 
verão (e também fim da primavera e início do outono) sendo seu nome geralmente 
citado nos noticiários sobre previsão do tempo. 
 
5. Mudança na Direção e Intensidade do Vento associada a Sistemas Atmosféricos 
de Escala Sinótica 
 
A direção e intensidade do vento num determinado local podem ser modificadas 
pela influência de sistemas de escala sinótica. Esses sistemas são aqueles que possuem 
dimensão horizontal de cerca de 10
3
 km e duração de dias a semanas. Entre os sistemas 
de escala sinótica tem-se as frentes frias, os ciclones extratropicais e os anticiclones 
migratórios. A modificação que esses sistemas causam nas variáveis atmosféricas dos 
locais onde atuam ou próximos a eles é descrita a baixo. 
 
5.1 Frentes Frias 
 
Uma frente é uma faixa (ou zona, ou “superfície”) de transição entre duas massas de ar 
com propriedades físicas distintas (Palmén e Newton, 1969). Em outras palavras, as frentes são 
os limites que separam duas massas de ar com diferentes temperatura e umidade. Portanto, uma 
frente fria ocorre quando uma massa de ar frio avança em direção a uma região ocupada 
por ar mais quente. A posição de uma frente fria sobre o planeta é representada nos 
mapas sinóticos por uma linha azul com triângulos também azuis apontando em direção 
à região de ar mais quente (Fig. 14). 
Como as frentes frias são uma região de baixa pressão, na sua dianteira vão 
induzir a ocorrência de ventos de quadrante norte. Assim, se uma frente fria está se 
deslocando para Itajubá, antes da sua chegada é esperado ventos de quadrante norte, 
aumento da temperatura e possível nebulosidade e precipitação. Quando a frente fria 
chega à Itajubá os ventos apresentam intensidade e direção variável, em geral, há 
nebulosidade e precipitação. Após a passagem da frente fria por tal cidade, os ventos 
tornam-se de quadrante sul, a temperatura diminui e a precipitação cessa. A Tabela 1 
resume a sucessão do tempo meteorológico associado com a passagem de frentes frias 
no Hemisfério Sul. 
Energia Eólica 17 
 
 
 
Figura 14 Carta sinótica do dia 20 de agosto de 2013 mostrando uma frente fria (linha 
azul com triângulos) sobre a Argentina e oceano Atlântico. Fonte: 
http://img0.cptec.inpe.br/~rgptimg/Produtos-Pagina/Carta Sinotica/Analise/Superficie/superficie_2013082006.gif 
 
 
Tabela 1 Sucessão de tempo durante a passagem de uma frente fria no Hemisfério Sul. 
 
Fenômeno Antes Durante Depois 
Temperatura aumenta resfria subitamente continua a resfriar 
Pressão decresce aumenta 
Ventos quadrante norte variáveis com 
rajadas 
quadrante sul 
Precipitação chuva chuva mais forte chove e depois cessa 
 
 
5.2 Ciclones Extratropicais 
 
Os ciclones são centros de baixa pressão atmosférica que apresentam movimento 
circulatório. A direção do movimento desses sistemas segue a da Terra, isto é, giro 
horário no Hemisfério Sul e anti-horário no Hemisfério Norte. Denominam-se ciclones 
extratropicais àqueles sistemas que ocorrem fora das latitudes tropicais e que devem sua 
existência aos contrastes de temperatura do ar próximo à superfície do planeta. Assim, 
Energia Eólica 18 
 
numa carta sinótica, um ciclone extratropical é acompanhado por uma frente fria e uma 
frente quente (Fig. 15). 
 
 
 
Figura 15 Carta sinótica do dia 27 de agosto de 2013 mostrando dois ciclones, 
identificados pela letra B, um próximo à costa do sudeste do Brasil e outro no sul da 
América do Sul, e as frentes fria (linha azul com triângulos) e quente (linha vermelha 
com semi-círculos) associadas a esses sistemas. As isóbaras são representadas por 
linhas amarelas. Fonte: http://img0.cptec.inpe.br/~rgptimg/Produtos-Pagina/Carta-
Sinotica/Analise/Superficie/superficie_2013082712.gif 
 
 
Nas imagens de satélite os ciclones extratropicais têm aparência de vírgula no 
Hemisfério Sul (Fig. 16). Esses sistemas ao atuarem numa dada região propiciam 
Energia Eólica 19 
 
nebulosidade, precipitação e ventos fortes. Também são responsáveis por agitação do 
mar e ondas com grande amplitude. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 16 Imagem colorida do satélite GOES mostrando a nebulosidade associada aos 
ciclones e frentes fria e quente no dia 27 de agosto de 2013 às 12 Z (09 horas local). O 
círculo vermelho destaca a banda de nuvens com formato de vírgula. Fonte: 
http://satelite.cptec.inpe.br/repositorio5/goes13/goes13_web/ams_col_baixa/2013/08/S1
1232955_201308271200.jpg 
 
 
5.3 Anticiclones Migratórios 
 
No item sobre circulação geral da atmosfera foi mencionada a existência de 
anticiclones semi-permanentes devido à subsidência do ar em torno de 30º de latitude 
em ambos os hemisférios. Além desses anticiclones,existem os migratórios, que 
possuem deslocamento. Os anticiclones são centros de alta pressão atmosférica que 
Energia Eólica 20 
 
apresentam movimento anti-horário no Hemisfério Sul e horário no Hemisfério Norte 
(Fig. 17). Diferente dos ciclones, as regiões que se situam sob o centro de um 
anticiclone experimentam calmaria e tempo bom. Fato que está associado ao ar 
subsidente nesses sistemas. Entretanto, regiões sob as bordas dos anticiclones podem 
experimentar alterações na intensidade e direção do vento e se o vento estiver 
transportando umidade, pode ocorrer nebulosidade e precipitação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 17 Circulação associada com os anticiciclones no Hemisfério Norte e no 
Hemisfério Sul. Adaptado de Varejão-Silva (2006). 
 
 
 A Figura 18 mostra um anticiclone próximo à costa leste do sul da América do 
Sul numa carta sinótica e numa imagem de satélite no canal infravermelho. Sob a região 
do ciclone, a imagem de satélite mostra cores escuras, indicando ausência de 
nebulosidade. 
 
Hemisfério Norte 
Hemisfério Sul 
Energia Eólica 21 
 
 
 
Figura 18 Situação atmosférica no dia 24 de setembro de 2013 às 18 Z (15 horas local) 
registrada numa carta sinótica (esquerda) e na imagem infravermelha do satélite GOES 
(direita). Nessas figuras, o centro de um anticiclone migratório está identificado com a 
letra A. 
 
 
6. Perfil Vertical do Vento 
 
 
Os dados de vento disponíveis são medidos normalmente entre 2 e 10 metros de 
altura a partir da superfície, que são as alturas típicas das torres meteorológicas. Porém, 
a altura típica dos aerogeradores atuais é entre 50 e 100 m. A dificuldade de realizações 
de medidas do vento nos níveis requeridos para avaliação do potencial eólico para as 
alturas típicas dos aerogeradores torna necessária a utilização de modelos matemáticos 
que permitem a projeção, tanto do vento instantâneo (a ser discutido agora) quanto da 
distribuição estatística (discutido na próxima Seção), para alturas desejadas. 
O perfil vertical da velocidade do vento é de difícil estimativa devido aos vários 
parâmetros que influenciam o fenômeno. Porém, dentro de suas limitações, a 
formulação conhecida como Lei Logarítimica é amplamente empregada. A partir da 
consideração de que o fluido é Newtoniano 
 
 
 , partindo-se da Equação de 
A
A
Energia Eólica 22 
 
Navier-Stokes para a energia cinética turbulenta (ECT), através de álgebra simples e 
simplificações, é possível chegar à seguinte relação adimensional: 
 
 
 
 
 
 
 
(1) 
 
O lado direito da equação (1) representa o termo de produção/perda associados 
ao termo de cisalhamento na equação adimensional de ECT. Se outros termos forem 
incluídos no lado esquerdo, a equação (1) indica que o gradiente vertical da velocidade 
do vento pode ser escrito como função de uma função universal adimensional que é 
proporcional a velocidade de fricção , definida como 
 , onde u’ e w’ são as 
flutuações de velocidade paralelas e perpendiculares, respectivamente, ao campo médio 
de vento ( k é a constante de Von Karman (normalmente igual a 0,4) e z é um nível 
de referência. 
Quando é possível assumir que o termo de cisalhamento está em equilíbrio com 
o termo de flutuabilidade (buoyancy), o que significa que estes termos se compensam, a 
função universal é igual a 1. Assim, sob estas condições, a equação (1) pode ser 
reescrita como 
 
 
 
 
 
(2) 
 
A partir da integração da equação (2) entre o comprimento de rugosidade z0 (a 
altura acima do solo para a qual a velocidade do vento é assumida como zero) e a altura 
de referência zref chega-se a equação 3. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(3) 
 
 Resolvendo a equação (3) e considerando um nível geral z e velocidade do vento 
u, o perfil logarítmico do vento é encontrado (equação 4). Note que esta relação é válida 
somente para condições de atmosfera neutra ou quase neutra, isto é, quando 
 
Energia Eólica 23 
 
 
 
 
 
 
 
 
(4) 
 
Para condições gerais da atmosfera, a função universal não é 1 e a derivação 
do perfil vertical do vento é mais complexa. Assim, uma função universal específica 
que leve em conta os outros termos (como flutuação e dissipações) na ECT é necessário. 
Apesar das restrições apresentadas, a equação (4) é convencionalmente utilizada para 
construção de perfis de vento. A aplicação da equação (4) para dados de ventos medidos 
em sistemas aquáticos, considerando z0=0,2 mm como valor típico para estes sistemas 
(Manwell et al., 2002) é apresentado na Figura 19a. 
 
 
 
 
 
Figura 19 (a) Intensidade do vento em diferentes alturas. (b) Função distribuição de 
probabilidade do vento para diferentes alturas. 
 
 
7. Distribuição Estatística do Vento 
 
O vento como uma grandeza altamente variável, irregular e regido por processos 
intermitentes, apresenta uma dinâmica melhor representada por modelos estocásticos 
(que fazem uso de probabilidades, não sendo pois determinístico). Dentre as 
representações estatísticas para o vento, a função de densidade de probabilidade Weibull 
(FDPW) é a mais amplamente usada para descrever a variabilidade dos dados 
Fev Abr Jun Ago Out Dez
1
2
3
4
5
6
Meses do ano
In
te
n
s
id
a
d
e
 d
o
 v
e
n
to
 (
m
/s
)
 
 
2m
10m
50m
100m
a)
0 5 10
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
Intensidade do vento (m/s)
F
re
q
u
ê
n
ci
a
 (
%
)
 
 
 2m
 10m
 100m
b)
Energia Eólica 24 
 
observados. O fato da distribuição Weibull ser a mais comumente utilizada está 
associado a fatores como: i) apresenta um bom ajuste com os valores observados (na 
maior parte dos casos); ii) trata-se de uma distribuição estatística com somente dois 
parâmetros: um fator de escala (c) e um fator de forma (k), o que torna essa distribuição 
um caso mais geral, por exemplo, da distribuição Rayleigh (k=2); mais fácil de operar 
que a distribuição normal bi-variada, que requer cinco parâmetros; após encontrados os 
valores dos fatores k e c para determinada altura em relação à superfície, há 
metodologias que permitem ajustar esses parâmetros para outra alturas desejadas. 
Justus et al. (1978) testaram vários métodos para estimar o fator de forma (k) 
(adimensional) e o de escala (c) (unidade de velocidade) usados na construção da 
FDPW. Dentre os métodos, um dos mais utilizados é: 
 
086.1
 








V
k

 
(5) 
 
 )/11( k
V
c



 
(6) 
 
onde, 

V é a intensidade média do vento, σ é o desvio padrão e Γ é a função gama . Estes 
coeficientes são usados para construir a FDP Weibull a partir da formulação 
 
dv
c
V
c
V
c
k
dVVp
kk




























exp)(
1
 
(7) 
 
O parâmetro “c”, fator de escala, define a escala da distribuição e está 
diretamente relacionado com a velocidade média. O parâmetro “k” é denominado de 
parâmetro de forma, define a forma da distribuição e está relacionado com o desvio 
padrão. k na curva de distribuição. 
A Figura abaixo a seguir ilustra a influência do parâmetro de forma (k). 
Energia Eólica25 
 
 
Figura: Distribuição de Weibull de acordo com o k. 
 
8. Variabilidade Temporal do Vento 
 
O conhecimento sobre a variabilidade temporal do vento é fundamental para o 
adequado dimensionamento de um parque eólico e da energia possível de ser 
despachada por este, já que, ao contrário de fontes convencionais como hidrelétrica, 
térmica ou nuclear, a energia eólica é uma energia “não firme”. Isto significa que ela 
pode não estar disponível no momento da necessidade. Seguindo convenções 
meteorológicas, as variações na velocidade do vento podem ser divididas em quatro 
categorias: interanual, anual (sazonal), diurna e de alta frequência (turbulência e 
rajadas). 
 
Variabilidade de Alta Frequência 
 
As variabilidades de alta frequência de interesse do aproveitamento energético 
do vento incluem a turbulência e rajadas. A rigor, estas variações estão relacionadas a 
escalas de tempo de 10 minutos ou menores. Normalmente assume-se que variações na 
velocidade do vento com períodos entre 1 segundo e 10 minutos apresentam 
comportamento estocástico e são consideradas representativas da turbulência. Para 
aplicações em energia eólica, estudos sobre flutuações turbulentas no escoamento são 
importantes para o desenho das turbinas eólicas, pois estão associadas ao arraste e 
fadiga na estrutura destas, excitações estruturais, sistemas de operação e qualidade da 
http://1.bp.blogspot.com/--A9HAADIItk/TsxbFP263EI/AAAAAAAAAIY/JQkPgNNVRnA/s1600/weibull3.jpg
Energia Eólica 26 
 
energia (persistência). Rajadas intensas são utilizadas em estudos preditivos sobre o 
tempo de vida útil dos aerogeradores. A Figura 20a indica alguns exemplos de rajadas 
típicas em registros de ventos. 
 
 
 
Figura 20 (a) Regime típico do vento em escala horária. (b) Média horária do vento 
considerando um ano de dados. 
 
8.1 Variabilidade Diurna (ao longo das horas do dia) 
 
Tanto em latitudes tropicais quanto temperadas, importantes variações no regime 
de ventos podem ocorrer ao longo do dia. Este tipo de variabilidade está associada ao 
aquecimento diferenciado da superfície da Terra durante o ciclo diurno da radiação 
solar. Uma variabilidade diurna típica consiste do aumento do vento durante o dia com 
valores menores verificados entre meia-noite e as primeiras horas da manhã. Este 
padrão foi confirmado para dados de ventos medidos na região centro-oeste do Brasil 
(Fig. 20b). As maiores mudanças diurnas geralmente ocorrem na primavera e verão e as 
menores no inverno. As variações diurnas na intensidade do vento podem variar com a 
localização e altitude a partir do nível do mar. 
 
8.2 Variabilidade Anual (Sazonal) 
 
Variações da intensidade do vento ao longo do ano são muito comuns. Por 
exemplo, no leste dos Estados Unidos os valores máximos de vento ocorrem durante o 
inverno e primavera enquanto máximos no verão ocorrem nos estados de Oregon, 
0 200 400 600 800 1000
0
2
4
6
8
10
Tempo (horas)
In
te
n
s
id
a
d
e
 d
o
 v
e
n
to
 (
m
/s
) a)
1 5 9 13 17 21
2.5
3
3.5
4
4.5
Hora do dia
In
te
n
s
id
a
d
e
 d
o
 v
e
n
to
 (
m
/s
)
Variabilidade diurna
b)
Energia Eólica 27 
 
Califórnia e Washington (Manwell et al., 2002). A Figura 21a ilustra variações 
sazonais no regime de vento tipicamente observados na região sudeste e centro-oeste do 
Brasil, onde é possível observar a intensificação do vento durante o inverno e 
primavera. Isto, naturalmente, tem importantes implicações para a disponibilidade de 
energia eólica ao longo do ano. 
 
 
 
 
Figura 21 (a) Médias mensais a partir de 06 anos de dados de vento. (b) Médias 
mensais considerando vários anos. 
 
8.3 Variabilidade Interanual 
Variabilidades interanuais são aquelas que ocorrem em escalas maiores do que 
um ano e podem ter implicações para a produção de energia eólica a longo prazo. Além 
disso, em regiões com forte variabilidade interanual, a avaliação do potencial eólico, 
baseado em um ou dois anos de dados pode ser fortemente comprometido. Por exemplo, 
se o período de amostragem coincidir com um período de anomalia positiva (mais vento 
do que a média climatológica) o potencial eólico estará sendo superdimensionado. Da 
mesma forma, se coincidir com período de anomalia negativa, o potencial será 
subdimensionado. Os meteorologistas normalmente assumem a necessidade de 30 anos 
de dados para a determinação de climatologias (condições médias de longo prazo) e que 
05 anos de dados é a quantidade mínima para se ter um valor médio anual confiável. 
Um esforço muito grande tem sido dedicado à utilização de modelos numéricos para 
previsão do campo médio do vento em longo prazo. Porém, a complexidade das 
interações dos fatores meteorológicos e topográficos dificulta muito esta tarefa. A 
Fev Abr Jun Ago Out Dez
2.6
2.8
3
3.2
3.4
3.6
Meses do ano
In
te
n
si
d
a
d
e
 d
o
 v
e
n
to
 (
m
/s
)
Variabilidade sazonal
a)
Fev Abr Jun Ago Out Dez
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
Meses do ano
In
te
n
s
id
a
d
e
 d
o
 v
e
n
to
 (
m
/s
)
Variabilidade inter-anual
 
 
2004
2007
2009
Média sobre 06 anos
b)
Energia Eólica 28 
 
Figura 21b mostra a variabilidade interanual baseada em 06 anos de dados de vento, 
onde é possível observar pelo menos dois anos (2004 e 2007) bastante anômalos em 
relação à condição média. 
 
9. Influências do Terreno para o Aproveitamento Eólico 
 
O conhecimento das características aerodinâmicas locais, que está associado, 
dentre a outras coisas, às características morfométricas locais, é fundamental para 
descrever, modelar e prever o comportamento dos ventos. Na camada limite atmosférica 
(a camada que está em contato ou sofre influência da superfície terrestre) o escoamento 
das massas de ar tem comportamento distinto ao longo de sua extensão vertical, 
variando desde o regime turbulento, nos níveis inferiores, ao não turbulento, no topo 
desta camada. Considerando esta variação vertical do vento, a influência do relevo em 
termos aerodinâmico é descrito pelos parâmetros de rugosidade, relacionados com a 
forma, altura, densidade de distribuição dos elementos na superfície, dentre outras 
variáveis que determinam a eficiência de uma área da superfície para transformar a 
energia do vento médio em movimento turbulento nas baixas camadas (Wieringa et al., 
2001). 
As influências locais do relevo para o vento, conhecido como efeito orográfico, 
podem introduzir variabilidade significativas fazendo com que o comportamento do 
vento, tanto em direção quanto em intensidade, varie substancialmente. Por exemplo, 
como mostrado na Figura 22, as rosas dos ventos construídas a partir de estações 
anemométricas com distâncias não maiores do que 8,0 km entre elas mostram 
diferenças evidentes. É possível notar que a direção do vento muda drasticamente de 
leste, para as estações 2 e 3, para ventos de norte, para a estação 1. 
Energia Eólica 29 
 
 
Figura 22 Rosa dos ventos referente a cada estação sobre a imagem do local estudado. 
 
Podem-se notar também importantes variabilidades tanto na intensidade quanto 
na evolução do vento ao longo do dia (Fig. 23). Os resultados mostrados nesta figura 
correspondem a médias horárias realizadas com quatro meses de dados e indica grandes 
diferenças, sobretudo, entre meia-noite e oito horas da manhã, em que a diferença entre 
a estação 1 para as estações 2 chega próximo a 80%.Figura 23 Variação horária da intensidade do vento entre para as estações 1, 2 e 3 
indicadas na Figura 22. 
Energia Eólica 30 
 
Outra informação importante, sobretudo, para o posicionamento das turbinas, é a 
variação diurna da direção do vento. A Figura 24 traz a evolução a cada duas horas da 
direção do vento, a título de exemplo, para dados medidos na Unifei. 
 
 
 
Figura 24 Variação diurna, a cada duas horas, da direção do vento. 
 
 
Energia Eólica 31 
 
 
 
 
 
Figura 24 – continuação. 
 
 
Energia Eólica 32 
 
10. Turbinas Eólicas 
 
A relação entre as forçantes ambientais, neste caso particular, o vento, e o 
movimento dos vários componentes constituintes de uma turbina eólica, resultam não 
somente na desejada produção de energia, mas também em esforços sobre os materiais 
constituintes, o que resulta num processo de fadiga destes. Durante o projeto das 
turbinas eólicas, os problemas relacionados à fadiga dos componentes recebe atenção 
especial, pois tem implicações diretas para a eficiência e vida útil da turbina. Em 
resumo, durante o desenho da turbina são levados em conta aspectos como: produção de 
energia, durabilidade e relação custo-benefício. 
A decisão mais fundamental quando do desenho de uma turbina é, 
provavelmente, relacionado à escolha da orientação do eixo do rotor. As turbinas mais 
usualmente utilizadas são as de eixo horizontal, ou seja, paralelos ao solo. As principais 
razões para esta escolha são que a massa total das pás em relação à área varrida é menor 
para os rotores de eixo horizontal e que a altura média da área varrida pelo rotor pode 
ser mais alta. Como o vento em alturas maiores são mais intensos isto resulta em maior 
eficiência do sistema. 
Como vantagens das de eixo vertical pode-se citar que não necessitam de um 
sistema de direcionamento em relação à direção incidente do vento e que o sistema de 
gerenciamento (caixa de transmissão, gerador, freio) podem ser colocado relativamente 
próximo ao solo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Energia Eólica 33 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 25 Exemplos de turbinas eólicas verticais. 
Para ver um vídeo sobre outro exemplo de turbina eólica vertical vide: 
https://www.youtube.com/watch?v=V2luemM0ovg 
 
Os parques eólicos ou fazendas eólicas, como também são chamados, consistem 
de agrupamentos de turbinas eólicas que mantém uma interconectividade entre si. 
Existem muitas vantagens para este arranjo, enunciado a seguir. Como a prospecção das 
regiões adequadas para o aproveitamento eólico é, normalmente, restrita espacialmente, 
a introdução de múltiplas turbinas nestas áreas aumenta o total de energia produzida. 
Sob o ponto de vista econômico, esta concentração favorece também as etapas de 
vigilância, gerenciamento, manutenção e reparos das turbinas. 
No Brasil, os principais parques eólicos encontram-se instalados no Nordeste e 
no Rio Grande do Sul. A instalação de parques eólicos no oceano, os chamados parques 
https://www.youtube.com/watch?v=V2luemM0ovg
http://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=2IWssZxv684ClM&tbnid=LbSLUi3ROEGydM:&ved=0CAUQjRw&url=http://cleangreenenergyzone.com/vertical-axis-wind-turbine-vawt-designs/&ei=5Vg9U6D1MLK-sQS18ICgBg&bvm=bv.64125504,d.b2I&psig=AFQjCNHgWvu9HICOhEqJez6gvqegorxBQg&ust=1396615597477060
http://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=7uIEEgUSKafHRM&tbnid=SHn93hdwIwGA1M:&ved=0CAUQjRw&url=http://en.wikipedia.org/wiki/Darrieus_wind_turbine&ei=Llk9U5D7O4rNsATSlYDYCg&bvm=bv.64125504,d.b2I&psig=AFQjCNHVr9RLulsYmHMisW2vGQZJN_l8Qw&ust=1396615832675529
http://asgpowerinverter.com.ng/product_view.php?id=35
http://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=9gwEDAzS9hUJxM&tbnid=O7Xe1sYaYa9D1M:&ved=0CAUQjRw&url=http://uk.safestb2b.com/450w-wind-vertical-axis-turbine-ad-85672&ei=8lk9U4WFAsmwsASX5oGgBQ&bvm=bv.64125504,d.b2I&psig=AFQjCNFT89S5iOKoI70ZHiRHdsayVATp6A&ust=1396616009202027
Energia Eólica 34 
 
offshore, embora já realidade principalmente nos países nórdicos, no Brasil ainda 
deverão demorar a ser atrativos. Isto está relacionado ao elevado custo de instalação e 
operação e a ainda grande oferta de locais adequados sobre o continente. Estudos em 
andamento apontam para a possibilidade de instalação de parques eólicos também nos 
reservatórios hidrelétricos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 26 Exemplo de arque eólico. Fonte: Ramon Morais de Freitas 
 
 
Energia Eólica 35 
 
11. Impactos Ambientais 
 
Embora considerada uma energia limpa, a rigor a energia eólica, como qualquer 
forma de ação humana sobre o ambiente, não é totalmente isenta em relação a impactos. 
Dentre prováveis impactos, destacam-se os sonoros, visuais, para a fauna e interferência 
eletromagnética, que serão discutidos resumidamente a seguir. Maiores detalhes do que 
será discutido pode ser encontrado em Manwell et al. (2002). 
Os impactos sonoros ou ruídos, gerados pelas partes móveis da turbina ou pela 
incidência do vento sobre a turbina, são considerados muito pequenos (EWEA, 2009). 
Como os parques eólicos são instalados em locais onde naturalmente já existe um ruído 
de fundo relacionado ao deslocamento do vento, esse ruído ambiente já é normalmente e 
geralmente suficiente para encobrir a percepção dos ruídos dos rotores (EWEA, 2009). 
Os impactos visuais são de caráter extremamente subjetivo, pois enquanto 
alguns acham que a paisagem foi alterada e prejudicada, outros acham que os parques 
agregam valor, pois podem se tornar atrativos turísticos. Alguns parques eólicos no 
nordeste brasileiro foram transformados em atrativos turísticos. 
Em relação a eventuais impactos para a fauna, quando estes parques encontram-
se na rota de migração, onde ocorre grande fluxo de pássaros, a chance de mortes e 
ferimentos devido a choques com a turbina são maiores. Estudos como Drewitt et al. 
(2006) indicam que os níveis de mortalidade relacionados aos parques são pequenos, 
mas que populações específicas, como a de morcegos tenderiam a ser mais afetadas. 
As interferências eletromagnéticas relacionadas a parques eólicos devem-se a 
possibilidade de que as turbinas representem obstáculos a ondas eletromagnéticas, as 
quais podem refletidas, espalhadas ou difratadas pelas turbinas. Quando estas turbinas 
estão no meio de caminho entre transmissores e receptores de microondas, sinais de 
rádio e televisão, a onda propagante pode ser refletida de forma que esta interfere com 
as ondas originais, o que pode gerar distorções significativas no sinal. Características 
específicas das turbinas que podem causar interferências eletromagnéticas são: tipo da 
turbina (se de eixo horizontal ou vertical), as dimensões da turbina, a velocidade de 
rotação, geometria da torre e material, ângulo e geometria das pás. 
 
 
 
Energia Eólica 36 
 
12. Critérios Relacionados às Estimativas dos Recursos Eólicos 
 
Os critériosnecessários para a prospecção eólica em determinada área serão 
agora discutidos. Os procedimentos, instrumentos e disposições tendo em vista o terreno 
local serão apresentados. 
O texto que segue foi baseado, em grande parte no Wind Resource and 
assessment hand book: Fundamental for conducting successful monitoring program 
(www.awsscientific.com ). 
 
12.1 Abordagens e Objetivos 
 
A forma de abordagem do problema segue três estágios básicos de ação: 
identificação preliminar da área, avaliação do potencial eólico e definição dos micro-
sites. Por falta de uma tradução mais adequada, será utilizado o termo micros-sites 
como tradução livre para representar a definição original “micrositing” que remete a 
análises em pequena escala espaço-temporal, como será discutido ao longo do texto. 
 
12.1.1 Identificação Preliminar da Área 
 
Este processo consiste da identificação, a partir de, por exemplo, atlas eólicos, 
que cobrem grande área, tendo em vista uma indicação preliminar de macro-áreas 
adequadas a exploração do recurso eólico. Para esta etapa são usados, além de atlas 
eólicos (Fig. 27), dados de aeroporto ou outros disponíveis na região de interesse, 
mapas digitais de terreno, evidências visuais, como vegetação contorcida pela ação do 
vento, dentre outros indicadores. Neste estágio, o macro-site é selecionado. 
 
http://www.awsscientific.com/
Energia Eólica 37 
 
 
 
Figura 27 Potencial eólico em Minas Gerais a 100 m de altura. Fonte: Atlas Eólico de 
Minas Gerais (CEMIG). 
 
 
12.1.2 Avaliação do Potencial Eólico na Área Delimitada no Estágio Anterior 
 
Este estágio compreende a instalação de arranjo amostral em regiões adequadas 
dentro da área definida a partir do estágio anterior. Os objetivos mais comuns neste 
estágio são: 
- confirmar ou verificar se existe vento suficiente dentro da área que justifique maior 
esforço no sentido de medições e estudos mais aprofundados nesta área; 
- comparar diferentes setores dentro da área a fim de estimar qual deles é relativamente 
mais adequado; 
- obter dados representativos para estimativas da eficiência e, consequente, viabilidade 
econômica das turbinas eólicas adequadas; 
- propor o melhor local para a instalação do parque. 
 
 
Energia Eólica 38 
 
12.1.3 Micro-sites 
 
As análises mais refinadas, ou em pequenas escalas, ou terceiro estágio, são 
conhecidos como micro-sites. O principal objetivo é quantificar as variabilidades em 
pequena escala no terreno de interesse, tendo em vista investigar a melhor disposição 
das turbinas e, assim, maximizar a geração de energia do parque. Esta etapa será 
apresentada em detalhes na Fase II deste curso, inclusive utilizando programas 
específicos para o arranjo de parques. 
 
 
12.2 Duração do Monitoramento e Levantamento dos Dados 
 
A duração mínima recomendada para medições do vento é de um ano, mas dois 
anos ou mais é o ideal para a obtenção de resultados mais confiáveis. Conforme 
discutido anteriormente nesta apostila (na seção que tratou da variabilidade temporal do 
vento), o vento pode apresentar variações interanuais, o que seria detectado somente 
com dados medidos por dois ou mais anos. Mas, as medidas realizadas por um ano já 
representam indicações iniciais relevantes acerca do potencial eólico local bem como de 
sua variabilidade diurna e sazonal. Se houver próximo da região estações com medidas 
de longa duração, como as estações em aeroportos, caso o vento medido seja bem 
correlacionada com o da estação aeroporto, por exemplo, é possível inferir, a partir 
destes, sobre as variabilidades interanuais. A continuidade dos dados é crucial, sendo 
recomendados pelo menos 90% de dados sobre o período amostrado e com falhas que 
não ultrapassem uma semana. 
O principal objetivo desta investigação é identificar áreas com vento, mas que 
possuam outras características desejáveis para a instalação de parques eólicos. Deve-se 
levar em conta que as dimensões das turbinas são consideráveis e que, portanto, a 
logística é fundamental neste tipo de planejamento. 
Existem três passos para a identificação das melhores áreas para a instalação do 
arranjo amostral (torres anemométricas): 
-identificação do potencial nos diferentes setores da área; 
-inspeção e ordenamento hierárquico dos locais; 
-seleção dos locais dentre os candidatos. 
Energia Eólica 39 
 
Nas próximas duas seções serão discutidos métodos e instrumentação 
normalmente utilizados para a validação de locais como adequados ao aproveitamento 
eólico. Estes incluem o uso de dados de vento já existentes próximos da região 
(aeroporto, por exemplo), atlas eólico (disponíveis digitalmente com resolução de 3km 
x 3km) e análise de mapas digitais de terreno. 
 
12.3 Uso de Dados de Vento de Diferentes Fontes 
 
Dados de vento medidos são os mais confiáveis e indicados para avaliação 
prévia da viabilidade de uma região para o aproveitamento eólico. Infelizmente, porém, 
a maior parte dos dados de vento disponíveis não foi coletada para o propósito 
específico da Energia Eólica. Assim, grande parte dos dados disponíveis representam 
condições médias próximas de centros populosos em terrenos relativamente planos ou 
regiões com moderada elevação, mas normalmente influenciados pelas construções 
adjacentes. Apesar disso, estes dados são úteis por oferecer uma indicação média do 
vento regional embora não necessariamente no ponto de interesse. As fontes mais 
comuns de dados de vento são os centros de dados meteorológicos (CPTEC/INPE e 
INMET), universidades, rede de monitoramento do comando da aeronáutica 
(aeroportos) e etc., os quais são normalmente de acesso irrestrito e gratuito. 
 
12.3.1 Dados Regionais de Vento 
 
Estimativas regionais do potencial eólico podem ser obtidas a partir do Atlas 
Eólico Brasileiro disponível no site do Centro de Referência para Energia Solar e Eólica 
Sérgio de Salvo Brito (http://www.cresesb.cepel.br/). Este Atlas apresenta mapas 
temáticos dos regimes médios de vento (velocidade e parâmetros estatísticos de 
Weibull) e fluxos de potência eólica na altura de 50 m, na resolução horizontal de 3 km 
x 3 km, para todo o país. O usuário informa a latitude e longitude de interesse e o 
programa fornece os parâmetros relacionados acima. Este mapa foi construído a partir 
de modelagem numérica que leva em conta inclusive aspectos do relevo e de uso e 
ocupação do terreno e dados medidos, quando disponíveis, foram assimilados. 
Estimativas do potencial eólico são expressas em classes de energia do vento num 
intervalo de classes entre 1 e 7, com cada classe representando um intervalo de 
densidade media de energia ou, equivalentemente, de intensidade de vento para alturas 
http://www.cresesb.cepel.br/
Energia Eólica 40 
 
específicas da superfície. A Tabela 2 define as classes de vento em termos de seus 
limites superiores de densidade de energia e intensidade do vento para 30 m e 50 m de 
altura. 
 
Tabela 2 Classes de densidade de energia. 
 
 
As classes maiores ou igual a 4 são geralmente consideradas por possuírem 
ventos que atendem a maioria das turbinas existentes no mercado. A classe 3 
corresponde a áreas que a rigor atenderiam turbinas mais altas (50 m ou mais). A classe 
2 são áreas marginais enquanto a classe 1 não são apropriadas para o aproveitamento 
eólico, em escala e considerando as turbinas atualmente existentes. Vale uma ressalva: 
como normalmenteestas classes são condições médias de grandes áreas, isto não 
descarta a possibilidade de que dentro de uma área designada como classe 2 possa 
existir, por exemplo, uma pequena região que corresponda a classe 3 ou maior, e assim 
por diante. A acurácia desta classificação está relacionada pelos três fatores: a 
abundância e qualidade dos dados de vento; a complexidade do terreno e a variabilidade 
geográfica do vento. Níveis de confiança maiores são obtidos para regiões onde os 
dados históricos são mais abundantes e o terreno é de baixa complexidade. As menores 
acurácias relacionam-se a áreas com dados mais esparsos e com terreno complexo. 
 
12.3.2 Dados Pontuais de Vento 
 
Se a intenção for examinar as características locais (pontuais) do vento é 
necessário analisar dados de vento medidos exatamente em tal ponto. Neste caso vários 
atributos dos dados devem ser determinados: localização da estação, topografia local, a 
altura e exposição do anemômetro, tipo de medida (instantânea ou média) e duração dos 
Energia Eólica 41 
 
dados (intervalo da medida). Os dados serão tão mais representativos de uma área em 
torno da posição estação de medida, quanto mais plano for o relevo. Em terrenos 
complexos, a extrapolação espacial, para “preencher” os vazios entre estações vizinhas, 
carrega muitas incertezas. Medidas realizadas a partir de estações localizadas em altos 
de prédios e telhado, por exemplo, normalmente são muito influenciadas pelo prédio o 
que faz com que sua utilização deva ser feita com muito cuidado e reservas. 
Os anemômetros em aeroportos possuem alturas típicas entre 3 e 10 m. As 
comparações com de dados de diferentes estações devem, pois levar em conta estas 
diferenças de altura. Para isto, contornar isto, os dados devem ser extrapolados para uma 
mesma altura de referência (50 m, por exemplo). Existem várias formulações para 
ajustar o vento a outras alturas. Uma das mais utilizadas é a equação baseada em lei de 
potência: 
 
 
(8) 
 
onde 
V2 = a velocidade que se quer estimar na altura z2; 
V1 = a velocidade conhecida, medida na alturaz1; 
Α = expoente de cisalhamento do vento 
 
Como uma primeira aproximação, o expoente do vento é frequentemente 
assumido com o valor de 1,143, conhecido como 1/7 da lei de potência, frequentemente 
usado para prever perfil do vento em atmosferas bem misturadas (quase neutra) e sobre 
terrenos planos e abertos (sem constrições nas vizinhanças). Entretanto, elevados 
valores de expoentes são normalmente observados sobre superfícies vegetadas e quando 
as velocidades de ventos são moderadas (até 5 m/s). O expoente α é influenciado por 
fatores como elevação do terreno, hora do dia, estação do ano, cobertura do terreno, 
velocidade do vento, temperatura e parâmetros associados à mistura termal e mecânica. 
A rigor, o valor de α deve ser regionalizado, o que é possível a partir de perfis 
levantados de dados medidos em diferentes alturas. 
 
 
Energia Eólica 42 
 
12.3.3 Indicadores Topográficos 
 
As análises, a partir de mapas topográficos, são um meio efetivo de se conhecer 
as características do relevo na área candidata a prospecção. Além dos mapas em escalas 
típicas de 1:24.000 disponibilizados, por exemplo, pelo IBGE, os dados da missão 
Shuttle Radar Tematic Mapper, cuja base é digital, vem sendo amplamente utilizado na 
descrição dos detalhes do terreno. Maiores detalhes sobre estes dados vide Anexo I. As 
análises a partir de dados topográficos são úteis para identificar regiões, dentro de uma 
área, com maior possibilidade de apresentar ventos mais intensos quando comparado à 
vizinhança. Este procedimento é importante principalmente para áreas que contenham 
pouca ou nenhuma medida de vento. As características de relevo assumidas como 
candidatas a apresentar ventos intensos são: 
 
- Cadeia de montanha orientada perpendicularmente ao vento prevalente 
 
Figura 28 Exemplo esquemático de cadeia de montanha. 
 
 
- Elevações, como colinas, dentro da área considerada. 
 
Figura 29 Exemplo de áreas com colinas. 
 
Energia Eólica 43 
 
- Locais onde o vento afunila (efeito tunelamento) 
 
 
Figura 30 Exemplo local com afunilamento do vento. 
 
 
Características topográficas que devem ser evitadas incluem áreas 
imediatamente antes e após as colinas ou espigões, o lado sotavento das montanhas, e 
terrenos excessivamente inclinados. Estas feições são normalmente indutoras de 
turbulência. 
 
Mapas auxiliares da região são importantes complementos aos mapas 
topográficos, pois fornecem também, ao analista, outros atributos de interesse, como: 
 
- área adequada disponível (se existem construções, vilas e etc.); 
- posições de estradas, rios, linhas de transmissão e etc.; 
- tipo de uso e cobertura do solo (florestas, áreas de preservação e etc.); 
- limites entre municípios; 
Energia Eólica 44 
 
Uma vez levantadas as áreas de maior interesse, inferidas pelos mapas, o 
próximo passo é a visita em campo que consiste da verificação in situ das condições. Os 
itens a serem verificados incluem: 
 
- constatação da disponibilidade de área; 
- uso e ocupação da terra; 
- localização de obstruções (acessibilidade aos locais previamente determinados); 
- árvores deformadas pela persistência de ventos intensos, ou, se em ambientes 
aquáticos, margens erodidas pelas ondas; 
- verificar se existe cobertura de celular para eventual transmissão dos dados. 
 
12.3.4 Escolha do Local da Torre 
 
Dois importantes requisitos devem ser preenchidos quando da escolha do local 
de instalação das torres anemométricas: 
 
- local dever ser o mais afastado quanto possível de pontos que podem gerar obstruções 
do vento (elevações, prédios, árvores, etc.); 
- deve-se selecionar um local que seja representativo da maior parte da área. 
 
O posicionamento de torres próximo de construções e árvores, pode ter um forte 
efeito adverso para a análise das características locais do vento. A Figura 31 ilustra o 
efeito de um obstáculo para o vento. A presença de obstáculos pode alterar o 
comportamento tanto da magnitude do vento quanto dos níveis de turbulência e 
cisalhamento vertical. Uma regra empírica indica que, se for inevitável a alocação da 
torre próxima a obstáculos, esta deve estar a distâncias não menores que 10 vezes a 
altura do obstáculo na direção prevalente do vento. 
Energia Eólica 45 
 
 
Figura 31 Efeito de obstruções para o escoamento do ar. Fonte: NREL (1997). 
 
12.3.5 Parâmetros Básicos a Serem Medidos 
 
Os principais parâmetros a serem medidos num programa de monitoramento 
eólico são a intensidade e direção do vento e temperatura do ar. Uma descrição de cada 
parâmetro, seus propósitos e a altura apropriada de monitoramento será apresentada e 
resumida na Tabela 3 Estes parâmetros são recomendados para a obtenção de 
informações básicas necessárias à avaliação dos recursos eólicos disponíveis. 
 
Tabela 3 Alturas recomendadas para medições do parâmetros. Fonte: NREL (1997). 
 
 
a) Intensidade do vento 
A intensidade do vento é o indicador mais importante para estudos desta 
natureza. Medidas realizadas em diferentes alturas ao longo de uma torre são úteis para 
a determinação das características de cisalhamento, fundamentais para extrapolações 
mais acuradas e regionalizadasdo perfil vertical do vento. As alturas normalmente 
recomendadas são 10 m, 25 m e 40 m, como realizado no exemplo abaixo. 
Energia Eólica 46 
 
 
Figura 32 Torre de 42 m instalada às margens do reservatório de Furnas com sensores 
de vento, temperatura e umidade do ar a 3 m, 10 m, 25 m e 40 m. 
 
b) Direção do vento 
Medidas de direção do vento são importantes para avaliações de direções 
predominantes, influência do terreno e otimização nas etapas de instalação do parque. 
 
c) Temperatura 
A temperatura do ar é um importante descritor das condições ambientais em que 
uma fazenda eólica irá operar e é normalmente medido a alturas como 2 m ou 3 m do 
solo. Estes dados são úteis também para o cálculo da densidade do ar, uma variável 
fundamental para estimativas da densidade de potência do vento e estimativas sobre a 
conversão de energia pelas turbinas a partir do vento. 
 
 
Energia Eólica 47 
 
12.3.6 Parâmetros Auxiliares 
 
a) Radiação solar 
O uso de radiômetros para estimativas da radiação solar incidente é algo que se 
torna vantajoso, visto que o datalogger e sistema de alimentação utilizados para os 
sensores anteriores podem ser melhor aproveitados. As medidas de radiação solar 
podem ser úteis para posteriores levantamentos da potencialidade do aproveitamento da 
energia solar na área em prospecção. A radiação solar, quando usada em conjunto com 
medidas de velocidade do vento (perfis) e temperatura ao longo do dia, pode ser um 
indicador da condição atmosférica quanto a estabilidade/instabilidade e é usada em 
modelos numéricos do vento. A altura recomendada é 3 m a 4 m do solo. 
 
b) Velocidade vertical do vento 
Este parâmetro, em conjunção com perfis de temperatura e umidade do ar, 
fornece detalhes importantes sobre a turbulência e pode permitir quantificações mais 
precisas da condição local da atmosfera quanto à estabilidade/instabilidade. Para isto é 
usado um anemômetro sônico tridimensional. 
 
d)Variação da temperatura com a altura 
A variação vertical da temperatura é um dos parâmetros importantes em estudos 
da condição atmosférica, fundamental para extrapolações verticais mais acuradas do 
vento. A recomendação é que haja pelo menos uma medida em alturas menores e a 
outra na parte mais alta da torre (ex. 40m). 
 
e) Pressão barométrica 
A pressão barométrica é usada em conjunto com a temperatura do ar para a 
determinação da densidade. Também, pode ser útil para estimativas mais refinadas e 
estudos sobre a influência da pressão dinâmica sobre os anemômetros. Como este é um 
parâmetro de mudança suave e de escalas maiores, usa-se medidas fornecidas pelo 
CPTEC, INMET e etc. para a região de interesse. 
 
 
 
Energia Eólica 48 
 
12.3.7 Critérios Relacionados aos Dados 
 
A recomendação é que todos os parâmetros, apresentados no item anterior, 
sejam amostrados a cada 1s ou 2s e que os respectivos valores médios, desvio-padrão e 
valores máximos e mínimos sejam gravados no data logger. 
 
a) Média 
A recomendação é que os valores médios sejam calculados para todos os 
parâmetros a cada 10 min., que é o padrão internacional para medidas de vento. 
Cuidados devem ser tomados ao se computar média das direções do vento. Neste caso, é 
fundamental calcular-se primeiro a média das componentes (zonal e meridional, leste-
oeste e sul-norte, respectivamente) e após isto chegar-se a resultante média. Estes dados 
médios de vento são usados para estudos sobre a variabilidade do vento como também 
para a composição das distribuições das frequências da intensidade e direção do vento. 
 
b) Desvio padrão 
A recomendação é que o desvio-padrão seja determinado tanto para a 
intensidade quanto para a direção do vento. O desvio-padrão da intensidade e direção do 
vento são indicadores do nível de turbulência e da estabilidade atmosférica. Desvios-
padrões são também utilizados como critérios para determinação de dados espúrios. 
 
c) Máximos e mínimos 
O registro dos valores máximos e mínimos são de interesse sendo estes 
necessários pelo menos em escala diurna. O ideal é que se conheçam estes valores a 
cada hora. No caso da direção, registra-se esta quando ocorreram os valores de máximos 
e mínimos. 
 
12.3.8 Determinação do Norte Verdadeiro 
A determinação do norte verdadeiro (não o norte magnético) é essencial para a 
orientação correta dos sensores. Isto é útil também durante a instalação das torres. Para 
obter o norte verdadeiro a partir de bússolas (norte magnético), a declinação magnética 
local (em graus) deve ser conhecida. Este valor, ou fator de correção, pode ser 
encontrado facilmente na internet ou mapas em topográficos. O GPS já fornece o norte 
Energia Eólica 49 
 
verdadeiro, o que faz desnecessários os passos anteriores na determinação do note 
verdadeiro. 
 
 
Figura 33 Disposição da torre anemométrica. 
 
 
13. Influências do terreno para o aproveitamento eólico 
 
As influências do terreno para o aproveitamento eólico podem ser grandes o 
suficiente para fazer com que os aspectos econômicos envolvidos com a instalação do 
parque sejam totalmente dependentes da localização ideal. Em seções prévias foram 
discutidos os métodos (perfil logarítmico e lei de potência) mais utilizados para modelar 
o perfil vertical do vento. Estes métodos foram desenvolvidos para terrenos planos e 
homogêneos (cobertura). É esperado que irregularidades na superfície do terreno 
modificará o escoamento do vento, comprometendo assim, a aplicabiliade destas 
ferramentas. Esta seção apresenta uma discussão qualitativa de algumas feições de 
terreno de interesse. 
Energia Eólica 50 
 
13.1 Classificação do Terreno 
 
A classificação mais básica do terreno consiste de terrenos planos e não planos. 
Muitos autores definem terrenos não planos como terrenos complexos (definidos como 
áreas onde o efeito do terreno são significativos para o escoamento em áreas sob 
análise). Algumas técnicas de quantificação e diferenciação do terreno em plano ou 
complexo serão apresentados. 
 
Para a classificação de terrenos em planos, seguem as considerações: 
-Diferenças de elevação entre o local de instalação das turbinas e o terreno adjacente 
não podem ser maiores do que 60 m em qualquer direção considerando um círculo de 
11,5 km tendo a turbina no centro; 
- Nenhuma colina com razão de aspecto (razão altura para largura) maior do que 1/50 
dentro de 4 km tanto a barlavento quanto a sotavento; 
- As diferenças de elevação entre a altura mais próxima do solo do diâmetro das pás e a 
menor elevação do terreno deve ser maior do que três vezes a máxima elevação do 
terreno (h) em 4 km na direção de onde o vento é predominante (Fig.34). 
 
 
 
Figura 34 Determinação do terreno plano (Wegley et al., 1980). 
 
 
Terrenos complexos, de acordo com Hiester e Pennel (1981), são aqueles que 
consiste de uma grande variedade de feições e podem ser agrupados nas seguintes sub-
classificações: 
1) elevações ou depressões isoladas; 
2) terrenos montanhosos. 
Energia Eólica 51 
 
O escoamento em terrenos montanhosos é complexo porque as elevações e 
depressões se distribuem numa forma aleatória. Assim, escoamentos em