1 ENERGIA EÓLICA

O aproveitamento da energ ia e´olica (The wind energy resourc e) F.R. Martins 1, R.A. Guarn ieri e E.B. Pereira Institut o Nacional de Pesquisas Espaciais , Centro de Pr evis\u02dcao do Te mpo e Estudos Clim´atic os, S\u02dcao Jos´e dos Campos, SP, Brasil Rec ebido em 16/8/ 2007; Revisad o em 11/10/2007; Ac eito em 17/10 /2007 Diversos es tudos r ealizados nos ´ulti mos anos t\u02c6e m apontado as implica¸c\u02dc oes e impa ctos s´ocio -ambient ais do consumo de energia. As fontes renov´aveis de energi a s\u02dcao apresentad as como a pri ncipal alternati va para atend er as demandas da socie dad e com rela¸ c\u02dcao `a qualidade e seguran¸ca d o atendiment o da demanda de eletricidade c om a redu ¸c\u02dcao dos danos ambi entais dec orrentes do c onsumo de energia. Este artigo apresen ta uma revis\u02dcao dos conceit os f´\u0131sicos r elacionados ao e mprego da en ergia cin´ etica dos ven tos na gera¸c\u02dc ao de eletricidade. In icialmente, o artigo descre ve a evolu¸c\u02dc ao do aproveitament o da energ ia e´olica, incluindo dad os e informa¸c\u02dc oes sobre a si tua¸c\u02dc ao atual do uso desse r ecurso para g era¸c\u02dcao de en ergia el´etrica. O ar tigo ap resenta uma descri¸c\u02dcao dos aspect os din\u02c6amicos dos ventos e circula¸c\u02dcao at mosf´erica na Terra, in cluindo a descri¸c\u02dcao dos fat ores que influenciam a velocidad e e dire¸c\u02dc ao dos ventos na s proximidades da supe rf´\u0131cie de n osso planeta. A modelagem e pr evis\u02dcao dos ventos s\u02dca o discutidas apresen tando os princip ais resultados obtid os com as m etodologias emprega das no Brasil. Os aspect os relacionados `a es timativa e pre vis\u02dcao da pot\u02c6en cia e´olica s\u02dc ao abordados ressaltando a impor t\u02c6ancia de uma base de dado s de vento de qualid ade para a determina¸c\u02dcao da confiabilidad e dos resultados f ornecidos pelos m odelos num´e ricos. Palavras- chave: energ ia e´o lica, circula¸c\u02dca o atmosf´erica, model os num´erico s, modelage m atmosf´erica. Several studies hav e been point ed out the energy consumpti on imp lications and impacts on envir onment and hu man society. Renewa ble sources of energy were identified as the major alterna tive to assure the confidence and th e quality requ ired to fulfill the energy demands from human society b y reducing the envir onmental i mpacts. This pap er presents a short review of knowledge an d technological ev olution related to conversion of wind energy into electricity. Firs t of all, t he paper describ es the tim e evolution and th e presen t status of the wind energy deplo yment. After that , a brief discussi on on atm ospheric circulati on is presented including the main fa ctors that affec t the wind velocity and direction near the surf ace. The wind energy asse ssment method ologies adopted in Br azil that uses regional cli mate models and wind data acquired in g round sites spread thr oughout the Brazilian terri tory were discussed. Finally, the issues relat ed to the wind power are depic ted and special a ttention is given to the i mportance of d atabase reliability to the wind power plant d esign and management. Ke ywords: wind energy, climate models, atmospheri c circulation. 1. Introdu¸c\u02dcao A qu est\u02dcao energ´etica ´e um dos t´opic os de maior i mport\u02c6ancia n a atualidade. A qualidade de vida de uma soci edade est´a intimame nte ligada ao seu consum o de energia. O crescimento da d emanda en erg´etica mundial em raz\u02dcao da melh oria dos padr\u02dco es de vida nos pa´\u0131ses em desen volviment o traz a preocupa¸c\u02dc ao com alguns aspe ctos essencia is para a pol´\u0131tica e planeja mento energ´etic o de todas as economia s emerg entes. Dentre eles, podemos citar a segu ran¸ca no supri mento de energi a necess´aria para o desen volviment o social e econ\u02c6 omico de um pa´\u0131s e os custos a mbientais para at ender a esse aum ento no consumo de energi a [1]. Nas ´ulti mas d´ecadas a seguran¸ca no supri mento de en ergia est´a associada `as perspec tivas de esgotamento das reservas de pe tr´oleo nas pr´ oximas d´ecadas [2, 3] e a ele va¸c\u02dcao dos pr e¸cos de merc ado dos com bust´\u0131veis f´osseis em conseq¨u \u02c6encia de problemas pol´\u0131tic os e sociais n as principais regi\u02dc oes produtoras. Fatores a mbientais ta mb´em podem reduzir a s eguran¸ca energ´e tica com o, por exempl o, a ocorr\u02c6encia de lon gos per´\u0131odos de estiagem que afe tam a produ tividade da bio massa e a gera¸c\u02dc ao hidroel´etric a. A inser¸c\u02dcao de recursos co mple mentar es na matriz energ ´etica de um pa´\u0131s , com a ado¸c\u02dc ao de fontes renov´aveis, dev e minimiza r os impactos causad os por crises in ternacionais que a fetam o mercado de c ombust´\u0131veis f´oss eis ou por instabil idades na 1E -mail: fernan do@dge.in pe.br. Copyr ight by the So ciedade Brasileira d e F´\u0131sica. Prin ted in Braz il. 1304 -2 Martins et al. gera¸c\u02dcao hidr oel´etrica em ´ epocas de estiag em [4 - 6]. Em raz\u02dcao dos fatos expost os acima, a pesquisa cient´\u0131fica e o desenvolvi mento tecn ol´ogico v\u02c6em rec ebendo grande i ncentiv o em todo o mundo, princip almente ap´ os o ´ultimo rela t´orio do IPCC (Painel InterGo vernamental para mudan¸cas Cli m´aticas) divulgad o em fever eiro de 2007 [ 7]. Dentre as f ontes energ´eticas \u201climpas\u201d \u2013 fontes de energi a que n\u02dcao acarret am a emiss\u02dc ao de gases do efeit o estufa (GEE) \u2013 a energia mec\u02c6a nica contid a no vento vem s e destacand o e demonstra potencial para contribuir significati vamente no atend imento d os requisi tos necess´arios qu anto aos custos de produ¸c\u02dcao, seguran ¸ca de forneciment o e sustentabil idade ambiental [8]. A experi\u02c6 encia dos pa´\u0131ses l´\u0131deres d o setor de gera¸c\u02dc ao e´olica mostra q ue o r´apido d esenvolvim ento da tecnologia e do mercado t\u02c6em grand es implica¸c\u02dc oes s´ocioec on\u02c6omicas. A f orma¸c\u02dcao de recursos human os e a pesquisa cient´\u0131 fica rec eberam i ncentivos com a fin alidade de dar o suporte necess´ari o para a ind´ustria de energi a e´olica e m forma¸c\u02dcao. Na a tualidade, diversos estudos apontam a gera¸c\u02dcao de emprego e o d om´\u0131nio da t ecnologia com o fatores t\u02dca o importantes quan to `a pr eserva¸c\u02dca o ambiental e a se guran¸ca energ´eti ca dos p a´\u0131ses da comunidade eur op´eia para a continu idade dos inve stimentos no apr oveitament o da energia e´olica [9, 10]. No Brasil, a capacidade instalada ainda ´e muit o pequena quand o comparada aos pa´\u0131ses l´\u0131deres em gera¸c\u02dc ao e´olica. No entan to, pol´\u0131ticas de in centivos est \u02dcao come¸cando a pr oduzir os p rimeiros resultados e esperase u m cresci mento da expl ora¸c\u02dcao deste recurso nos pr´ oximos anos. Para dar suporte a esse crescimen to, torna-se necess´ario a forma¸c\u02dcao de re cursos humanos e o desenvol vimento de pesqu isas cient´\u0131ficas de \u02c6ambito nacional com o intuito de produz ir e disponibiliz ar informa¸c\u02dcoes c onfi´aveis sobr e a os recursos e´olic os no territ´orio brasi leiro. Dentre os esfor¸cos mais recentes e dispon´\u0131v eis publicamente, pod e-se citar o Atlas do Potencial E ´olico Brasileiro [11] e a base d e dados do projeto SONDA ( www.cptec.inp e.br/sonda). Os result ados e produt os dessas pes quisas demonstram o p otencial en erg´etico e a viabil idade econ\u02c6omica d e projetos de aproveitamento de sse recurso r enov´avel n o pa´\u0131s. Este artig o tem como objetivo descre ver como os conceit os f´\u0131sicos relativ os `a din\u02c6ami ca da atmosfera s\u02dcao empregados para a avalia¸c\u02dcao da disponib ilidade do r ecurso energ ´etico e´olico. O te xto apresenta, inicialment e, um breve hist´ orico da evolu¸c\u02dc ao da tecnologia empr egada para apro veitament o da energia e´olica e o status atual dess a fonte de energia n o cen´a rio mundial. O artig o discute, em seguida, os conceit os f´\u0131sicos en volvidos na de scri¸c\u02dcao dos movi mentos atmosf´ ericos, na modelagem e previ s\u02dcao de ventos. O text o aborda, sucin tamente, as bases de dados dispon´\u0131veis para a valia¸c\u02dcao da c onfiabilidade d os modelos num´eri cos e para de termina¸c\u02dca o do potencial energ´e tico dispon´\u0131v el para explora¸ c\u02dcao comercial. Os pr odutos e resul tados das pesquisas em desenv olvimento n o Brasil s\u02dcao discutid os brevemen te com o intui to de ilustrar a aplica¸c\u02dcao pr´atica d os conceit os discutidos no transcorr er do artigo. 2. Br eve hist´orico da energia e´ol ica no mundo A convers\u02dcao da energ ia cin´etica d os ventos em energi a mec\u02c6anica vem sendo utilizada pel a hu manidade h´a mais de 3000 anos. Os moinhos de vento utilizado s para moagem de gr\u02dcaos e bombe amento de ´agu a em atividades agr´\u0131colas f oram as primeira s aplica¸c\u02dcoes da energi a e´oli ca. O desenvolvimen to da navega¸c\u02dca o e o per´\u0131odo d as grandes descobertas de no vos continentes f oram propiciad os em grande par te pelo e mprego da energia dos ventos. U ma aplica¸c\u02dc ao que vem se t ornando mais i mportante a ca da d ia ´e o aproveitamento da energia e´ olica como fonte alt ernativa de energia para prod u¸c\u02dcao de eletricidade. E m seu livro, Gasch e Twele [12] d etalham a evolu¸c\u02dcao da t ecnologia da energi a e´olica desde seu emprego em moinhos de vento a partir de 1700 a.C. at´e os modernos aerogeradores de eletricidade. Estudo s para con vers\u02dcao da energia cin ´etica dos vent os em eletricidade v\u02c6e m sendo de senvolvidos a cerca de 150 an os [13] e, nos dias de hoje, a energia e´olica vem send o apontad a como a fonte de energia renov´avel mais pr omissor a para a produ¸c\u02dcao de ele tricidade, e m curto prazo, c onsiderando aspec tos de seguran ¸ca energ´etica, custo s´ocio- ambient al e viab ilidade econ\u02c6o mica [14]. O gran de desenvolvi mento da aplica¸c\u02dcao da energ ia e´olica para gera¸ c\u02dcao de e letri cidade iniciou-s e na Dinamarca e m 1980 quando as primeiras turbinas foram fabri cadas por pe quenas companhias d e equ ipamentos agr´\u0131colas. Estas turb inas possu´\u0131a m capacidad e de gera¸ c\u02dcao (30 -55 kW) bastante reduz ida quando comparada com valores atuai s. Pol´\u0131ticas in ternas favorecera m o cresci mento do set or, de maneira que, a tualmente, a Dinamarca ´e o pa´\u0131s que apresen ta a maior c ontribui¸c\u02dc ao de energia e´olica e m sua mat riz energ´etica e ´e o maior fab ricante mundial de turbinas e´ olicas [13]. A evolu ¸c\u02dcao da capacidad e instalada de gera¸c\u02dc ao e´olica de eletricidad e no mundo e a evolu¸c\u02dcao tecn ol´ogica dos aer ogeradores entre 1980 e 2002 pod em ser obs ervadas nas Figs. 1a e 1b, respectiva mente. Desde o in´\u0131cio da d´e cada de 199 0 o setor de energ ia e´oli ca vem apresentando um cres cimen to acelerado em tod o o mun do. A capacidade ins talada total mundial de aeroge radores vol tados `a produ¸c\u02dc ao de energia el´ etrica ating iu 74223 MW ao final de 2006, apr esentando u m cresciment o de mais d e 20% em rela¸c\u02dca o a 200 5. Segundo o Global Wind Energy Council [15], esse cresci mento de cap acidade instalada ao longo de 20 06 representa o mai or acr´esci mo observado ao l ongo de um ano. Ainda segund o o GWEC [15], o Brasil totalizou a inser¸ c\u02dcao de 2 08 MW ao l ongo de 2006, fecha ndo o an o com 237 MW de capacidade instalada. Esse acr´escim o O aproveitam ento da energia e ´olica 1304-3 de ve-se em grande parte `a instala¸ c\u02dcao dos parq ues e´olicos de Os´orio (RS) que to talizam 15 0 MW. Este complexo e´olico conta com 75 aerogerador es de 2 MW cada um , instalados e m tr\u02c6es parques e´olicos, com cap acidade de produz ir 417 GWh por ano. Figura 1 - (a) Evolu¸c\u02dcao da capacidade instalada d e gera¸c\u02dc ao e´olica de eletri cidade no mund o e (b) Evolu¸ c\u02dcao tecnol´ogica das turb inas e´olicas comerciais ( D = di\u02c6ametro, P = pot\u02c6encia, H = altura) entre 1980 e 2002. F onte: Adaptad o da Ref. [12]. 3. Vent o e circula¸c\u02dcoe s atmosf´erica s O movimento de parcelas de ar, nas at mosferas plan et´arias, ´e denominado v ento. Embora, o ar possa mover- se na dire¸c\u02dcao vertical, a denomina¸ c\u02dcao \u201cvento \u201d ´e comumente aplicada apen as ao movimento h orizontal, paralelo `a superf´\u0131 cie do plan eta. Na mete orologia, a velocidad e e a dire¸c\u02dcao do vent o, juntamente c om a tempera tura, a umidade e a press\u02dcao d o ar atmosf´erico, s\u02dca o as vari´aveis mais importantes empregadas na des cri¸c\u02dcao met eorol´ogica da atmosfera terres tre. O vento, como agente meteorol´ ogico, atua nas m odifica¸c\u02dcoes das condi¸c\u02dcoes do te mpo, sendo resp ons´avel pelo tran sporte de u midade e de energia na atmosfera. A en erg ia dos ventos pode provocar grand e destrui¸c\u02dca o quando associad o a eventos como furac\u02dc oes e tornado s. Contudo, o vent o pode ser e mpregado co mo uma fonte alternativa de energ ia por mei o da convers\u02dca o de sua energia cin´ etica em outra s formas de energia, especial mente ele tricidade. 3.1. Asp ectos din\u02c6amico s A acelera¸c\u02dca o, ou varia¸c\u02dca o na quantidade de movimento, experi mentada pelas par celas de ar atmosf´eri co, ´e decorrente da resultante vetoria l de todas as f or¸cas atuantes sobr e elas (segu nda lei de Newton). Os gradientes de press\u02dc ao exis tentes na atm osfera consti tuem a principal f or¸ca motriz dos movimentos d e ar. A for¸ca por unid ade de massa a tuante sobre u ma parcela de ar, decorrente de um gradiente de pre ss\u02dcao, pode ser expressa vetorialmente pela equa¸c\u02dcao FP m = \u22121 \u03c1 \u2207 p, (1) onde p ´e press\u02dca o, \u03c1 ´e densidade e m´e massa. As par celas de ar tamb´em sofrem a¸c\u02dcao da f or¸ca gra vitacional, em qu e g \u2217 ´e a acelera¸c\u02dca o (ou for¸ca p or unidad e de massa) decorrent e puramen te da for¸ca gravitaci onal entre a Terra e a s parcelas d e ar Fg m = g \u2217 . (2) Adicional mente, parcelas de fluido em m ovimento sofre m a a¸c\u02dcao de fric ¸c\u02dcoes internas que resist em `a ten d\u02c6encia do escoamento (for¸cas visc osas resistivas ou atrito), representadas por Fr. Considerand o uma parcela indiv idual de ar, com massa constante, qu e se move ao longo da atmosfera segu indo o esc oamento, e toman do um siste ma de coordenadas inercial , fixo no espa¸c o, a segunda lei de Newton pode ser escrita c omo DaUa Dt = F m, (3) onde Ua repr esenta a v elocidade da parcela referente a o sistema inerci al e DaUa /Dt representa a taxa de varia¸c\u02dcao de Ua, seguind o o movimento da parc ela, e relati va ao sistema de coordenadas inercial. Esta expr ess\u02dcao afir ma que a acelera¸c\u02dc ao da parc ela de ar ´e igu al ao somat´orio de todas as for¸cas (por unidade de massa) aplicad as sobre a parcela. Assim DaUa Dt = \u22121 \u03c1 \u2207 p + g \u2217 +Fr. (4) Entretant o, no estudo da din\u02c6amica d os movimentos atm osf´ericos, usualmente adota- se um sistema de co ordenadas fixo `a superf´\u0131 cie terre stre, como mostra a Fig. 2. Este siste ma ´e compost o pelas dire¸c\u02dcoes zon al (eixo x) e m eridional (eix o y) \u2013 paralelas `a superf´\u0131cie do pla neta \u2013 e pela dire¸ c\u02dcao vertical ( eixo z) perpend icular `a supe rf´\u0131cie. Assim, o vento horizontal apr esenta 130 4-4 Martins et al. du as componente s: o vento zonal q ue est´a simbolizado por u e ´e positiv o no sentido de oeste para leste; e o vento meridi onal representado p or v e positivo no sentid o de sul para norte. O movimento d o ar na vertical ´e normalmente repres entad o por w, assumindo-se val ores positiv os para movime ntos ascendentes. U ma vez que a Terra se encontra em movimento de r ota¸c\u02dcao, esse sistema de coordenadas fixo na superf´\u0131cie c onstitui num refer encial n\u02dc ao -inercial. Assim, a s egunda lei de Newton somente p ode ser a plicada a m ovimentos neste sist ema de refer\u02c6 encia se a acelera¸c\u02dcao de suas coordenadas (e m rela¸c\u02dcao a u m sistema in ercial) for levada em considera¸c\u02dcao. A maneira mais satisfat´oria de incluir os ef eitos da acele ra¸c\u02dcao das coordenadas ´e a intr odu¸c\u02dcao de \u201cf or¸cas aparentes \u201d [16]. Assim, p ode -se demonstrar que a acelera¸c\u02dcao abs oluta da parcela de ar equivale `a ac elera¸c\u02dcao da parcela relati va ao siste ma de coordenadas fix o `a Terra somada a termos decorr entes da ac elera¸c\u02dcao de ro ta¸c\u02dcao da Terra DaUa Dt = DU Dt + 2 \u2126 × U \u2212 \u21262R, (5) onde DU/Dt ´e a taxa de varia¸ c\u02dcao da velocidade, referente ao sis tema de co ordenadas fixo `a sup erf´\u0131ci e da Terra e seguind o o movim ento da parcela de ar, U = u\u02c6 i + v\u02c6j + w\u02c6 k ´e o vetor velocid ade nestas mes mas coordena das, \u2126 ´e o vetor velocidade angular da rota¸ c\u02dcao da Terra cujo m´odulo ´e r epresentado p or \u2126, e R ´e um vetor de posi¸c\u02dca o, perpend icular ao eixo de r ota¸c\u02dcao da Terra e com co mprimento igual `a dist\u02c6ancia entre o eix o de rota¸c\u02dca o e a parcel a de ar. O oper ad or D/Dt, denomin ado derivada total, representa a taxa de varia¸c\u02dcao de uma pr opriedade de u ma parcela de flu ido seguindo o movimento da m esma. Figura 2 - Siste ma de coorden adas fixo `a superf´\u0131cie da Terra em rota¸c\u02dcao. S\u02dcao apr esentadas as dire¸c\u02dc oes para um p onto na superf´\u0131cie c om a latitude e a longitude definidas. Assi m, para o si stema de c oordenadas n\u02dcao - inercial fixo `a s uperf´\u0131cie da Terra, a Eq. (4) p ode ser reescrita u tilizando a Eq. (5) DU Dt + 2\u2126 × U \u2212 \u21262R = F m = \u2212 1 \u03c1 \u2207 p + g \u2217 +Fr, (6) e assi m DU Dt = \u22122\u2126 × U + \u21262R \u2212 1 \u03c1 \u2207 p + g \u2217 +Fr. (7) O primeir o term o do lado direito da Eq. (7) c orresponde a um a das for¸cas ap arentes decorr entes da c onsidera¸c\u02dcao da segunda lei de N ewton em um sistema de coordenadas n\u02dc ao -inercial, a chamada for¸ca de Coriol is. A segunda f or¸ca aparente ´e a f or¸ca centr ´\u0131fuga, represen tada no segu ndo termo da Eq. (7). Os tr\u02c6es de mais termos do lado direit o da Eq. (7) s\u02dcao as for¸cas reais atu antes sobre a parcela, discutidas anteriorment e. A for¸ca centr´\u0131fug a atua perpend ic ularmente ao ei xo de rota¸c\u02dcao da Terra e soma -se vet orialmente `a f or¸ca g ravitacional, dando orige m `a for¸ca de gravidade, g, d efinida como g = g \u2217 +\u2126 2R = g\u02c6 k. (8) Empregando a Eq. ( 8), a Eq. (7) p ode ser reescrita como DU Dt = \u22122\u2126 × U \u2212 1 \u03c1 \u2207 p + g + Fr. (9) A Eq. (9) ´e a e xpress\u02dcao ve torial geral do movimento das parcelas de ar na at mosfera, ref erente `a superf´\u0131cie terre stre e pode s er expandida em express\u02dc oes escalares para o vent o horizontal zonal (u) e meridion al (v), empregando co ordenadas esf´er icas. D evido `a transf orma¸c\u02dcao das c oordenadas cartesian as em coordenadas esf´ ericas, ter mos de curvatura apar ecem nas express\u02dc oes. Cont udo, exceto quando essas equa¸c\u02dc oes s\u02dcao emprega das para desc ri¸c\u02dcao do vento nu ma escala global, esses termos s\u02dca o mui to pequ enos. Segundo Hol ton [16], ao se c onsiderar mo vimentos de escala sin´otica e m latitudes m´ edias, e tendo- se ex clu´\u0131do os ter mos de menores ordens de grandeza, as comp onentes zonal e meridional d o vento podem ser expressas p elas seguintes equa¸c\u02dcoes Du Dt = \u22121 \u03c1 \u2202p \u2202x + fv + Frx, (10) Dv Dt = \u22121 \u03c1 \u2202p \u2202y \u2212 fu + Fry, ( 11) onde f = 2\u2126sen\u03c6 ´e o chamad o par\u02c6ame tro de Coriolis, e \u03c6 ´e a latitude d o local (f e \u03c6 s\u02dcao positivos n o Hemisf´erio Nor te e negativos no H emisf´eri o Sul). Assim, pelas Eqs. (10) e (11), verifica mos que as tr\u02c6es for¸ cas determ inantes da velocidad e e dire¸c\u02dc ao do vento h orizontal s\u02dcao: a for¸ ca do gradiente de pre ss\u02dcao, a for¸ca de Corioli s e a for¸c a de atrito. O apr oveitamento da energia e´olica 1304-5 E m resumo, o vent o surge basica me nte pela a¸c\u02dcao da f or¸ca do gr adiente de press\u02dcao. Apenas ap´o s iniciad o o movimento, as for¸cas de atrito e de Coriolis passam a atuar, mas somente para modificar o movimento, e n\u02dcao para pr oduzi -lo, sendo o vento contr olado pela combina¸c\u02dcao dessa s for¸cas. A origem das difere n¸cas de press\u02dca o est´a no aqu ecimento diferencial da superf ´\u0131cie terrestre e do ar at mosf´erico pela rad ia¸c\u02dcao solar, de maneira que a energia contida no v ento ´e, na re alidade, uma f orma secund´aria d a energia s olar. A press\u02dca o a tmosf´erica e suas varia¸c\u02dcoes est\u02dc ao intimamente relacionadas com a temp eratura do a r e as trocas de calor na atmosfera. Se a T erra n\u02dcao girasse (\u2126 = 0) e n\u02dc ao houvesse atri to (Fr = 0), o ar escoaria direta mente de ´areas de maior press\u02dca o para ´areas de press\u02dcao mais baixas. A for¸ca de Coriolis n\u02dca o possu i capacidade de alterar o m´ odulo da acelera¸c\u02dc ao ou da velocidade do ar, mas apenas a d ire¸c\u02dcao, u ma vez que a sua a tua¸c\u02dcao ocorr e sempre perpendicularmen te ao mo vimento. Dessa f orma, verifi- camos que a e xist\u02c6encia de vento zonal acarreta u ma acelera¸c\u02dc ao na dire¸c\u02dcao meridi onal e vi ce -versa. A for¸ca d e Coriolis promove a curva tura de tra jet´orias para a direita no Hemisf ´erio Norte e para a esqu erda no Hemisf´erio Sul. A sua in ten sidade ´e proporcion al `a velocidade, e ´e tamb´em fun¸c\u02dcao da latitude (f = 2\u2126sen\u03c6 ), sendo tanto mais intensa quant o maior for a lati tude e sen do nula sobre o Equador (\u03c6 = 0). A Eq. (9) ´e uma das equa¸c\u02dcoes b´a sicas empregadas na modelag em matem´atica dos movimentos d e ar a tmosf´erico, representan do a conser va¸c\u02dcao de momento. Duas outras equa¸ c\u02dcoes, representando a conserva¸c\u02dcao de massa e d e energia s\u02dcao utilizadas adici onalmen te pelos modelos meteorol´ogicos. A conserva¸c\u02dc ao de energia ´e expressa em tem os da equa¸ c\u02dcao de energia ter modin\u02c6amica, que l eva em cont a as transforma¸c\u02dcoes de energia que o correm na atm osfera, incluind o o aquecimento pela radia¸c\u02dcao solar e as mudan ¸cas de fase da ´agua. A forma mais usual da equa¸c\u02dc ao de energia termodin\u02c6amica ´ e apresen tada na equa¸c\u02dcao cv DT Dt + p D\u03b1 Dt = J, (12) em que cv ´e o calor espec´\u0131fico a volu me constante para o ar seco, T ´e a temper atura do ar, \u03b1 ´e o volume espec´\u0131fico do ar e J ´e a taxa de aqu ecimento p or unidade de massa devid o a radia¸c\u02dcao, condu¸c\u02dcao e libera¸c\u02dca o de cal or latente. A cons erva¸c\u02dcao de mas sa ´e expressa em termos da equa¸c\u02dcao da continuid ade, apresentada na Eq. (13), e relaciona a taxa de ac´umu lo de massa com a diverg\u02c6encia da velocidad e do fluido 1 \u03c1 D\u03c1 Dt + \u2207 · U = 0. (13) 3. 2. Vento em alto s n ´\u0131veis A atmosfera da Terra ´e co mumente dividid a em camadas : troposfera, est ratosfera, mesosfera e ex osfera. Destas ca madas, a tr oposfera ´e a que s e encontra mais pr´oxi ma `a superf´\u0131cie e estend e -se at´ e alturas que varia m de 8 km n os p´olos at´e 17 km pr´oximo ao Equador. A regi\u02dca o de transi¸ c\u02dcao entre a tr oposfera e a estrat osfera chama -se tropopau sa, e atua como uma fr onteira ap roximadamente r´\u0131gi da para o ar troposf´eric o. E na ´ troposfera que ocorrem pra ticamente todos os processos relacion ados com os fen\u02c6omenos meteorol´ogic os e as muda n¸cas do tempo, send o, portanto, o alv o de estud o da Meteorologia. Assi m, ao lo ngo deste artig o, ao se utiliz ar as express\u02dcoes \u201cn´\u0131veis atmosf´erico s elevados\u201d ou \u201cm ovimentos em alt os n´\u0131veis\u201d, r efere -se `as alturas corresp ondentes ao topo da troposfera terrestre. Em n´\u0131veis a tmosf´eric os afastados da superf´\u0131ci e terrestre, o atrito pod e ser desprezado e o vento p ode ser descrit o pelo equil´\u0131b rio entre a for¸ca d e Coriolis e do gradiente de press\u02dcao , sendo essa apr oxima¸c\u02dcao cha mada de aproxi ma¸c\u02dcao geostr´ ofica. As parcelas de ar inicial mente em r epouso e sujei tas a um grad iente de press\u02dca o, come¸cam a acelerar- se em dir e¸c\u02dcao `a press\u02dcao mais baixa. A f or¸ca de C oriolis cresce `a medida qu e a velocidade aument a fazendo com qu e as parcelas de ar sejam gradati vamente d efletidas at´e que, eventual mente, as duas for¸ca s entrem e m equil´\u0131brio e as parcel as passa m a mover -se perpendicularmen te ao gradien te de press\u02dcao e paral elamente `as is ´obaras (is olinhas de press\u02dcao constante), com velocidade constante e em trajet´orias r etil´\u0131neas, c omo mostradas na Fig. 3. Como a for¸ca de Coriolis des via as traje t´orias de ar para a direita no Hemisf´eri o Norte e para a esquerda no Hemisf ´erio Sul, o vento em equil´\u0131bri o resultante, p ara uma mesma distribui¸ c\u02dcao de pr ess\u02dcao, possui sentid os opostos em cad a hemisf´eri o. Esse movimento n\u02dca o - acelerado e retil´\u0131n eo das parcelas d e ar possui intensidad e proporcional `a intensidade dos gra dientes de press\u02dcao, e ´e denominad o vento geostr´ofi co. Figu ra 3 - O vento geostr´ofi co ´e resultad o do equil´\u0131brio entr e a for¸ca de Coriolis (FCO) e a f or¸ca do gradiente de press\u02dcao atmosf´eri ca (FP ) em n´\u0131 veis atmosf´eric os elevado s. Vale enfatizar qu e o vento geostr´ofic o ´e um mod elo idealizado que apenas aproxima o comportament o verdadeiro do es coamento de ar em altos n´\u0131v eis (ond e as for¸cas de atri to n\u02dcao s\u02dcao significativas) e m latitudes m´edias e altas (u ma vez que nas pro ximidades do Eq uador a for¸ca de Coriolis ´e prati camente nula). Contudo, na linguag em t´ecnica da energia e´ol ica, o vento acima de 1304- 6 Martins et al. algun s poucos quil\u02c6om etros da superf´\u0131cie, qu e n\u02dcao sofre influ\u02c6encia do atri to da superf´\u0131cie, ´e comu mente refe rido como sendo vento geostr´ofico. Apesar de que na at mosfera real os vent os nunca serem pura mente ge ostr´oficos, o vent o geostr´ofico idealiz ado fornece u ma aproxi ma¸c\u02dcao ´util dos ventos reais em altos n´\u0131veis. Os maiores desvi os do vento e m rela¸c\u02dcao a o vento geost r´ofico ocorre m quando as massas de ar percorrem trajet´ orias de g rande curvatura. Ao observar-se um mapa meteorol´ ogico de press\u02dcao num n´\u0131 vel vertical fixo, verifica - se que geral mente as i s´obaras n\u02dcao s\u02dcao re tas, mas formam curvas e ocasionalment e se conectam formand o c´elulas aproximada mente circul are s de alta ou baixa press\u02dc ao. N estes locais, o vent o geostr´ofico ´e modificado, passando a s er denominado vent o gradiente. O vent o gradiente tamb´em ´e paralel o `as is´obara s curvil´\u0131ne as, `a custa de um des equil´\u0131brio entre as for¸cas de Cori olis e d o gradiente de press\u02dc ao, que resulta em uma acelera¸c\u02dcao centr´\u0131p eta, respons´a vel pela curvatur a das parcela s de ar em torno das c´elulas de alta e baixa pr ess\u02dcao. Isso ´e ex emplificado na Fig. 4 para o Hemisf´erio Sul, onde o vent o escoa no sentid o hor´ario e m t orno das baixas press\u02dc oes e em sentido anti - hor´ario em torn o das altas press\u02dc oes (o oposto o corre no Hemisf´eri o Norte). As baixas press\u02dcoes s\u02dcao c omumente denominad as ciclones, enquan to altas press\u02dcoes s\u02dc ao denominadas anticicl ones. Figu ra 4 - Vento gradiente no He misf´erio Sul e m torno de centr os de baixa press\u02dcao (B) e de alta press\u02dca o (A). FCO E a f or¸ ´ ca Coriolis e FP a for¸c a do gradiente de press\u02dcao. 3. 3. Vento nas proxi midades da superf´\u0131ci e Nos n´\u0131v eis atmosf´erico s mais baixos, as aproxima¸c \u02dcoes de vento geostr ´ofico e de ven to gradiente n\u02dcao pode m mais ser aplicadas, devido a modifica¸ c\u02dcoes no equil´\u0131b rio de for¸cas pr omovidas pelo atrit o oferecid o pela superf´\u0131cie. O rel evo e a presen¸ca de obst´acul os moldam o escoa mento do ar s obre a supe rf´\u0131cie terrestre, bem como g eram turbul\u02c6encias n o fluxo. A rug osidade da su perf´\u0131cie ´e a propriedade f´\u0131sica qu e descrev e a a¸c\u02dcao da sup erf´\u0131cie terr estre na redu ¸c\u02dcao do mom ento e na absor¸c\u02dcao do impac to dos ventos. Define -se a ca mada limite atmosf´er ica como a regi\u02dcao compreendida entre a superf´\u0131cie e uma altura vari´avel entr e 100 e 300 0 m de altura e que apresenta um co mportame nto diferente do r estante da at mosfera devido `as intera¸c\u02dc oes superf´\u0131cie - atm osfera [17]. A influ\u02c6encia da sup erf´\u0131cie ´e especial mente dominant e numa camada chamada camada sup erficial, compreendend o os primeiros 50-100 m da atm osfera [18], onde ocorre m os interc\u02c6 ambios de moment o, calor e umidad e entre a supe rf´\u0131cie e o ar atmosf´erico. A rug osidade da superf´\u0131ci e ocasiona a r edu¸c\u02dcao da vel ocidade do ar e, portanto, da intensid ade da for¸ca de Coriolis, j´a que esta ´e pr oporcional ao m´odulo da velocidade. Conseq¨u entement e, o vento dei xa de escoar paral elamente `as is´obaras, co mo descrito anterior mente para o escoamento e m altos n ´\u0131veis. Nas pro ximidades da superf´\u0131cie, o vento apresenta u ma componente no sentido da f or¸ca do gradiente d e press\u02dcao. Dessa forma, o escoam ento cicl\u02c6onico c onverge em dire¸c\u02dc ao `a baixa pre ss\u02dcao, enqu anto nos anticiclones o ar di verge, af astando- se do centro de alta press\u02dcao (Fig . 5). A converg \u02c6encia de ar provoca movi mentos asc endentes sobre o s centros de baixa press\u02dcao, ocasionan do instabilidades e p ossibilitando forma¸c\u02dc ao de nuvens e chuva. Nos c entros de al ta press\u02dcao ocorrem movi mentos descendentes d e ar, e n ormalmente o te mpo ´e bom e est´avel. Figura 5 - Circula¸c\u02dcao atmosf´ erica nas proxi midades de centr os de baixa pre ss\u02dcao (B) e alta press\u02dcao (A) no Hemisf´eri o Sul sob a influ \u02c6encia do atrit o da superf´\u0131cie. Al´ em do comp ortamento turb ulento devid o `as intera¸c\u02dcoes superf´\u0131cie -atmosf era, outro aspecto imp ortante a ser considerado ´e o cisalhamento d o vento. A vel ocidade do vento ´e nula a alturas p r´oximas `a superf´\u0131cie e apr oximadamente ge ostr´ofica na a tmosfera livre. Na ca mada super ficial obs erva- se um perfil verti cal apro- O apro veitamento da en ergia e´oli ca 1304-7 ximada mente logar´\u0131tmico do m´odulo da velocidade do vent o, como apres entado grafica mente na Fig. 6. Prandtl desenvolv eu a seguinte expr ess\u02dcao logar´\u0131t mica emp´\u0131ri ca para a varia¸c\u02dca o da velocidade do vento na vertical e m uma camada limite turb ulenta [12] v(z) = v \u2217 \u03ba ln z z0 , (14) onde a varia¸c\u02dca o da velocid ade com a altura ver tical z, ´e dada em fun¸c\u02dcao da velocidade de fric¸c\u02dcao (v \u2217 ), da cons tante de von Karm´an (\u03ba), e do c omprimento d e rugosidad e (z0). O comprimento de rug osidade corresp onde `a altura em que o vento, pr´o ximo `a sup erf´\u0131cie, assume valor zer o, e depende do r elevo e obst´a culos da sup erf´\u0131cie. Contud o, o perfil real de velocidades na v ertical depende t amb´e m da estratific a¸c\u02dcao de te mperatura e pr ess\u02dcao na atmosfera. Figura 6 - Perfil verti cal da velocidad e do vento d esde a superf´\u0131ci e at´e a altura do vento geostr´ofi co. O compriment o da rugosidade (z0) ´e a altura onde a velocida de ´e nula. 3.4. Circu la¸c\u02dcao G eral da Atmosfera e ventos predo minantes Os movimentos at mosf´ericos e os sistemas mete orol´ogico s aos quais est\u02dcao r elacionados possue m diferentes pad r\u02dcoes de circula¸c\u02dcao, com difer entes dimens\u02dc oes espaciais e tempos de vida, de maneira que o se u estudo, na Meteor ologia, ´e realiz ado atrav´e s da subdivis\u02dcao em escalas. Segu ndo Lutg ens e Tarbuck [20], os moviment os atmosf´eric os s\u02dcao enquad rados nas seguintes escalas de temp o e espa¸co: \u2022 Micr oescala: dimens\u02dco es de meno s de 1 km e temp os de vida d e seg undos a minutos; \u2022 Mes oescala: dimens\u02dc oes de 1 a 100 km e temp os de vida de minutos a dias; \u2022 Escala sin´otica: di mens\u02dcoes de 1 00 - 5000 km e t empos de vida de dia s a semana ; \u2022 Escala planet´aria: dim ens\u02dcoes de 1000 - 40 000 km e dura¸c\u02dc ao de se manas a ano s. Os movi mentos de escala planet´aria s\u02dca o primaria mente causad os pelo aquecim ento diferencial d a superf´\u0131cie terrestre, e m que a irradia¸c\u02dcao s olar incide c om maior intensidad e nas regi\u02dco es pr´oximas ao Equador. Os movi mentos q ue surgem a partir de ent\u02dca o agem para pro mover uma redistribui¸c\u02dcao de calor (transporte de ar quente para os p´olos e ar fri o para o E quador, diminuindo as desig ualdades t´er micas). Al´em diss o, devese ter e m mente, que devido ao movimento de ro ta¸c\u02dcao da Terra, a circu la¸c\u02dcao a tm osf´erica planet´aria ´ e influenciad a pela conserva¸c\u02dcao do m omento do sistema TerraAt mosfera. A Fig. 7 apre senta um modelo conceitual de circul a¸c\u02dcao atmosf´erica pl anet´aria chamado de m odelo de tr\u02c6es c´elulas. Neste modelo, a circul a¸c\u02dcao em cada hemisf´erio ´e des crita por tr\u02c6 es c´elulas meridi onais de circula¸c\u02dcao, cada qu al apresentando dire¸c\u02dcoes de vento pred ominantes `a supe rf´\u0131cie. Apesar de algumas limit a¸c\u02dcoes, este modelo ´e consider ado o melh or modelo si mples da circula¸c\u02dcao global atmosf´eric a. Ao aquecer- se pr´ oximo `a superf ´\u0131cie, o ar das vizinhan¸cas d o Equador torna-se mais leve, ascende, resfria- se, e sua umidad e condensa e precipita e m forma de chuva. Chegando ao topo da troposfer a terrestre, o ar, agora frio e seco, desloca-se na dire¸ c\u02dcao de amb os os p´olos for¸cado pelas parcelas de ar que continua mente ascen dem a partir da superf´\u0131ci e. Nas latitudes en tre 20\u25e6 e 35\u25e6 Norte e Sul, o ar des cende at´e a superf´\u0131cie e parte do ar desc endente dirige- se para o Equad or em baixos n´\u0131veis , fech ando, assim , c´elulas de circula¸c\u02dc ao chamadas c ´elulas de Had ley. N as c´elulas de Hadle y, as corrent es de ar dirigidas para o Equad or na superf´\u0131cie, s\u02dcao defletida s pela f or¸ca de Coriolis. Assi m, os ventos resultantes possu em uma comp onente de lest e para oeste e uma c omponente d os tr´opicos para o Equador. Ess es ventos predo minantes em baix os n´\u0131veis, na regi\u02dc ao tropic al, s\u02dcao chamados de al´\u0131se os. Nas regi\u02dcoes extr a - tropicais, en tre 30 e 60\u25e6 de la titude, a circu la¸c\u02dcao atmosf´erica resulta em outra c´ el ula meridional de cir cula¸c\u02dcao em cada hemisf´erio : a c´elula de Ferrel. Nesta c´elula, parte do ar de scendente en tre 20\u25e6 e 35\u25e6 de latitude escoa e m dire¸c\u02dcao aos p´ol os nas proximidad es da superf´\u0131cie , at´e ser f or¸cado a subir ao encontrar o ar mais frio e dens o da regi\u02dcao polar. Essa ascens\u02dcao ocorre em t orno de 60\u25e6 de lat itude, acompanhada de cond ensa¸c\u02dcao de u midade, precipi ta¸c\u02dcao e diverg\u02c6 encia do ar em altos n´\u0131veis. Os vent os pr´oximos `a sup erf´\u0131cie s\u02dcao pr edominante mente de oeste para lest e em co nseq¨u\u02c6encia da a¸c\u02dc ao da for¸ca d e Coriolis. Existem ainda as c´elulas polar es, em que parcelas do ar, ap ´os ascender nas latitud es pr´oxi mas a 60\u25e6, desl ocam -se para os p´ol os, descendem exata mente sob re eles e retornam em dire¸c\u02dc ao ao Equador, s endo que o vento em superf´\u0131cie, defle tido pela for¸ ca de Coriolis, ´e aproximadam ente de leste para oeste. Este vento polar, fri o e seco, eventualm ente encontra os ventos de oeste mais qu entes das latitudes m´edias , constituind o uma regi\u02dcao cham ada frente p olar, o nde em geral oc orrem tempestades. 1 304- 8 Marti ns et al. A ascens\u02dca o de ar junto a o Equador ocasiona alta precipita¸c\u02dcao na reg i\u02dcao que se caract eriza pela pr esen¸ca das fl orestas tropicai s do planeta. Essa zona de conv erg\u02c6encia de ar ´u mido em super f´\u0131cie e forma¸c\u02dca o de nuvens convectivas ´e chamada de Zona de Converg\u02c6encia In tertropical (ZCI T), e constitui - se uma regi\u02dcao de baixas press\u02dcoes (Baixa Equ atorial). A desc end\u02c6encia de ar seco nos cintur\u02dc oes de 30 \u25e6 de latitude de ambos os hemisf´ erios constitui as regi\u02dc oes de altas p ress\u02dcoes (Altas Su btropicais), e coincidem com a ocorr\u02c6encia de des ertos. A converg\u02c6 encia de ar em baixos n´\u0131 veis na frente polar constitui as Baixa s Sub polares, onde ocorre m moviment os de ascens\u02dcao de ar e forma¸c\u02dcao de nuv ens e precipita¸c\u02dcao. Final mente, o ar frio e seco des cendente sobre os p´olos resulta nas Alta s Polares. Fi gura 7 - Modelo con ceitual da circul a¸c\u02dcao glob al atmosf´erica, indicand o as c´elulas meridionais e as di re¸c\u02dcoes dos ventos pr´oxi mos `a superf´\u0131cie. Tamb´e m s\u02dcao in dicadas as latitudes t´\u0131pic as de baixas e al tas press\u02dco es. Adaptado da Ref. [20]. Vale enfatizar que os m ovimentos e c´elulas descrit os constitue m apenas um modelo simplificad o da circu la¸c\u02dcao global atmosf ´erica e corre spondem `as c ondi¸c\u02dcoes m´edias aproximada mente obser vadas ao longo d o ano e em torn o do globo terr estre, indicando os vento s de grande escala predominante s. Na realidade, as circul a¸c\u02dcoes atmosf´ericas e regi\u02dc oes de altas e baixas press\u02dco es se m odificam ao long o do ano (co m a modifi ca¸c\u02dcao da inci d\u02c6encia de radi a¸c\u02dcao solar) e tamb´em n\u02dca o s\u02dcao zonal mente uniformes como na Fig. 7. Essas dif eren¸cas ao l ongo da dire¸c\u02dca o zonal se de vem em grande parte `a distribui¸c\u02dcao de c ontinentes e oceanos, e `as suas diferentes propriedad es t´erm icas. A ZCIT se desloca para latitud es a sul do Equad or durante o ver\u02dcao do He misf´erio Sul, e para latitudes a norte do Equador duran te o invern o no Hemisf´erio Sul, deslocando tamb´em os ventos al´\u0131seos que pas sam sobre a regi\u02dc ao Nordest e do Brasil. Os a nticiclones e ciclones extratropicais, c om suas frentes fria s e quentes, s\u02dcao siste mas sin´oticos que al´ em de respons´aveis pelas mudan¸cas n as condi¸c\u02dcoes de tempo (nebulosidad e, precipi ta¸c\u02dcao, tempestades e mudan¸cas bruscas de t emperatura) nas latitudes m´edias, ta mb´em pro vocam varia¸c\u02dcoes nas intensid ades e dir e¸c\u02dcoes dos vent os nos altos e baix os n´\u0131veis at mosf´ericos. A Fig. 8 apresenta, para u m n´\u0131vel pr ´oximo `a superf´\u0131 cie, uma sobrep osi¸c\u02dca o de um mapa de press\u02dcao e um mapa de vento (represen ta do atrav´es de vetores), onde se pode observar um anticiclone (giro anti- hor´ario no hemisf´erio sul) e um ciclone (giro hor´ario n o hemisf´erio sul ) e o vento associado. Assim, os movimentos observados na at mosfera terr estre s\u02dc ao uma sobreposi¸c\u02dcao de t odas as escalas de movi mento, de maneira qu e sistem as e padr\u02dc oes de escalas menores pod em ser transpor tados pelos movimentos d e escalas mai ores. Eventualmente, circula¸c\u02dcoes locais p odem pred ominar sobre os movimentos de escala planet´aria, deter minando as c ondi¸c\u02dcoes d o vento em regi\u02dc oes espec´\u0131ficas. Por exe mplo, o vento em regi\u02dcoe s costeira s ´e em grande part e deter minado por um pr ocesso de mes oescala: a brisa mar- terra na qual os ven tos em superf ´\u0131cie sopram em dire¸c\u02dcao a t erra ou ao mar dependendo do cicl o de dia e noite d evido ao aqueci mento e resfriam ento diferencial da ´agua e da terra. Numa escala ain da menor, o rele vo e obst´aculos d o terreno da costa podem modificar a brisa mar- terra, resultand o em dire¸c\u02dc oes e velocidad es de vento espec´\u0131ficas par a cada local. 4. P ot\u02c6encia e´oli ca dispon´\u0131vel e utiliz ´avel Atrav´ es das turbinas e´ olicas, a energi a cin´etica contida no vento ´ e convertida em energia mec\u02c6an ica pelo gir o das p´as do rotor e transformada em energia e l´etrica pelo gerador. As turbin as e´olicas se encontram inserid as na camada superficial da a tmosfera, utiliz ando a energia do vento em uma ampla fa ixa de alturas. A pot\u02c6encia P con tida no vento fluind o perpendicular mente co m velocidade u a trav´es de u ma ´area A que pode rep resentar a ´ar ea de intercepta¸c\u02dc ao das h´elice s de uma turb ina e´olica ´e dada por P = 1 2 \u03c1Au 3, (15) onde a densidade d o ar, re presentada por \u03c1 ´e fun¸c\u02dcao da press\u02dcao atmosf´erica e da temperatura do ar qu e est\u02dcao direta mente associad os com a altitude local. A densid ade do ar p ode ser esti mada a partir de \u03c1 (z ) = p0 RT e\u2212 gz RT , (16) onde \u03c1(z) ´e a densidade do ar (em kg/ m3) em fun¸c\u02dcao da altitude z, p0 ´e a press\u02dc ao atmosf´erica ao n´\u0131vel do mar ( em kg/m3), T ´e a temperatura d o ar (em K), g ´e a acelera¸ c\u02dcao da gravi dade (em m/s2) e R ´e a constan te espec´\u0131fica do ar (em J/K m ol). O aproveitam ento da energi a e´olica 1304-9 Fig ura 8 - Representa¸c\u02dc ao dos vent os (vetores) e dos n´\u0131veis de pr ess\u02dcao (linhas is´obaras) ao n´\u0131vel do mar. Pode -se obs ervar um antic iclone e u m ciclone em latitudes pr´oximas a 40\u25e6 S. Em resumo, a p ot\u02c6encia e´olica, i sto ´e, a energ ia total disp on´\u0131vel por unidade de tempo ´e proporcional `a terceira p ot\u02c6encia da velocidad e do vento. No entanto, a energia do vento n\u02dc ao ´e totalment e extra´\u0131da pel as p ´as da turbina. Estud os mostram que o valor m´aximo da po t\u02c6encia qu e pode ser extra´\u0131d a do vento corresponde a 59% da pot\u02c6encia total dispon´\u0131vel [ 21]. Soma m - se a isso perdas mec\u02c6an icas na turbin a (geometria das p´as entre outros) que reduz em a pot\u02c6encia m´axi ma utiliz´avel a , aproximada mente, 42% d a pot\u02c6encia total dispon´\u0131vel n o vento [12]. C omo a pot\u02c6encia el´etrica forn ecida por uma turbin a e´olica ´e proporcional `a ter ceira pot\u02c6encia da velocidade, mesmo pequ enos erros n os dados de velocidade do v ento podem repr esentar grand es desvios e m termos de pre vis\u02dcao de p ot\u02c6encia e´olica dispon´\u0131vel par a turb inas, o que pode lev ar a incertezas no retorno do in vestiment o a ser feito em um projeto de uma usin a ou fazenda e´oli ca. Dessa for ma, o t´opico segu int e discute as bases d e dados d e ventos dispon´\u0131 veis para uso n o setor el´etric o. 5. Bases de dados e´olicos aplic´a veis ao setor energ´etico O avan¸c o do conheci mento tecn ol´ogico permitiu u ma maior cobertura na coleta de dados meteor ol´ogicos com o uso de plataformas d e autom´aticas de col eta de d ados, conhecidas com o PCD\u2019s e de dad os de sat´elit es artificiais. Com o aumento da capa cidade de pr ocessamento dos computador es, o desenvol vimento de modelos computa cionais que simula m os processos f´\u0131 sicos que oco rrem na at mosfera possibilitou um avan¸c o signi- ficativ o na precis\u02dcao e confiabilid ade das estimati vas de vent o que ocorre pr´oxim o `a superf´\u0131cie em ´areas r emotas, afastad as dos pontos de c oleta de dados. Atualmente , existem diversas fontes de dad os dis pon´\u0131veis para um dad o local ou regi\u02dcao. Essas bases de dados apre sentam orige m distintas e sua aplicabilidade a o setor de energia est´a relaci onada `a res olu¸c\u02dcao espacial, extens\u02dc ao da s´erie temporal e procedi mento de aquisi¸c\u02dcao d o dado. 5.1. Medidas l ocais Uma base de dados com medid as locais ´e d e grande import\u02c6ancia pa ra prever co m precis\u02dca o a densidade de energ ia e a pot\u02c6encia in stalada de uma unidade gerad ora q ue s\u02dcao proporcionais ao cubo da vel ocidade m´edia do vento. A instrumenta¸c\u02dcao utiliz ada para a aquisi¸c\u02dc ao de dados dev e ser robusta de modo a p ermitir a coleta de dados c onfi´aveis por per ´\u0131odos suficiente mente longos de tempo a fi m de que a variabilidade do v ento seja conhecida. Divers os estudos discute m as principais f ontes de erros como o tipo e cali bra¸c\u02dcao do ane m\u02c6ometro, sua r esposta ao flu xo turbulento, c ondi¸c\u02dcoes clim´aticas fora d os limites do sensor e a influ\u02c6encia d a torre arran jos de montagem da instrumenta¸c\u02dcao ins talada. O posi cionamento d o anem\u02c6ometro ´e fundamental e recomen da - se que ele seja p osicionado no mesmo local e altura d o rotor da turbin a a ser ins talada. 5.2. Rede de esta¸c\u02dcoe s de superf´\u0131cie para coleta de dad os Muitas vezes, n\u02dcao e xiste a disponibilidad e de dados locais de vido aos custos de i nstala¸c\u02dcao e manuten¸c\u02dcao da instrumenta¸c\u02dcao n ecess´aria para a coleta do s dados. Assim, o potencial e´oli co de um dado local espec´\u0131fico pode ser e stimado a partir de dad os coletados em regi\u02dcoes pr´ oximas que apresentem caract er´\u0131stica s clim´aticas e ambien tais similares. Al guns ins titutos de pesquisa, institui¸c\u02dcoes de ensin o, e outras organiza¸c\u02dcoes qu e oferecem s ervi¸cos p´ubli cos (aeroportos, por exemplo) realiz am roti neiramente medidas de dad os de vento e outras vari´aveis meteorol´ogicas de interesse para a ´area energ´ etica. Esses dados p odem ser uti lizados n\u02dcao

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