Energias Renováveis ONUDI 3

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Energia Mini-eólica ii 
 
Índice 
Objetivos do Módulo .............................................................................................................................. 1 
1. Tecnologia de aerogeradores de pequena potência .......................................................................... 2 
Introdução .......................................................................................................................................... 2 
Definição de gamas ............................................................................................................................ 3 
Conceitos básicos de aerodinâmica ................................................................................................... 3 
Curva caraterística: a curva de potência ............................................................................................ 4 
Critérios de classificação dos aerogeradores ..................................................................................... 5 
1. Aerogeradores de eixo horizontal ............................................................................................................. 5 
2. Aerogeradores de eixo vertical ................................................................................................................. 6 
Componentes do aerogerador de pequena potência ........................................................................ 6 
Rotor ............................................................................................................................................................. 7 
Sistema de regulação de potência e da velocidade de rotação .................................................................... 7 
Sistema de Frenagem .................................................................................................................................... 8 
Sistema de Orientação .................................................................................................................................. 8 
Gerador elétrico ............................................................................................................................................ 9 
Controle eletrônico ....................................................................................................................................... 9 
Torre suporte .............................................................................................................................................. 10 
Normativa de mini-eólica ................................................................................................................. 10 
Introdução ................................................................................................................................................... 10 
Normativa internacional (CEI) ..................................................................................................................... 11 
Trabalho da Agência Internacional da Energia (AIE) ................................................................................... 12 
Experiências de fabricação na ALC ................................................................................................... 12 
Resumo do capítulo 1 ....................................................................................................................... 13 
2. Caraterização e avaliação do recurso eólico ..................................................................................... 14 
O vento ............................................................................................................................................. 14 
Fases para a caraterização ................................................................................................................ 15 
Exploração ................................................................................................................................................... 15 
Campanha de medidas ................................................................................................................................ 16 
Parâmetros básicos ..................................................................................................................................... 17 
Análise estatística inicial de dados .............................................................................................................. 17 
Produção energética teórica ....................................................................................................................... 19 
Outros ......................................................................................................................................................... 21 
Caraterização do recurso eólico em ALC .......................................................................................... 22 
 
Energia Mini-eólica ii 
 
Resumo do capítulo 2 ....................................................................................................................... 23 
3. Sistemas com mini-eólica .................................................................................................................. 24 
Introdução ........................................................................................................................................ 24 
Sistemas isolados <> sistemas conectados à rede ...................................................................................... 24 
O acoplamento em potência como origem das configurações básicas ...................................................... 25 
Possíveis componentes nos sistemas com mini-eólica .................................................................... 26 
Outras formas de geração renovável: fotovoltaica e mini-hidráulica ......................................................... 26 
Controle do sistema ou controle supervisor ............................................................................................... 27 
Sistema de armazenamento de energia ..................................................................................................... 27 
Grupo eletrógeno ........................................................................................................................................ 28 
Os consumos ............................................................................................................................................... 29 
Configurações básicas de sistemas com mini-eólica ........................................................................ 30 
Sistemas conectados à rede ........................................................................................................................ 30 
Sistemas isolados: sistemas com acumulação de energia elétrica; caminho em contínua ........................ 31 
Sistemas isolados: sistemas eólico-diesel; caminho em alternada ............................................................. 32 
Sistemas isolados: sistemas sem acumulação de energia elétrica ou grupo eletrógeno ........................... 34 
Resumo do capítulo 3 ....................................................................................................................... 36 
4. Aplicações de mini-eólica .................................................................................................................. 37 
Sistemas conectados à rede ............................................................................................................. 37 
Acumulação: depende do quadro normativo ............................................................................................. 37 
Controle: do aerogerador ...........................................................................................................................38 
Consumos: depende da gestão e do quadro de remuneração ................................................................... 38 
Integração de mini-eólica em meio urbano: níveis de integração .............................................................. 38 
Experiências em aplicações de mini-eólica conectada à rede na América Latina e no Caribe ................... 39 
Sistemas isolados com acumulação em baterias ............................................................................. 39 
Outras formas de geração renovável: fotovoltaica, muito frequente; hidráulica, menos .......................... 40 
Acumulação: baterias .................................................................................................................................. 40 
Controle: distintas possibilidades ............................................................................................................... 40 
Grupo auxiliar: de apoio .............................................................................................................................. 41 
Desenho de sistemas isolados híbridos ...................................................................................................... 41 
Normativa para sistemas isolados híbridos ................................................................................................ 42 
Experiências de eletrificação rural com sistemas com baterias e com pequena eólica na América Latina e 
no Caribe ..................................................................................................................................................... 43 
Sistemas coletivos (mini-redes) com diesel. Sistemas eólico-diesel ................................................ 48 
Outras formas de geração renovável: admite, mas não são frequentes .................................................... 48 
Acumulação: curto prazo ............................................................................................................................ 48 
Controle: supervisor .................................................................................................................................... 49 
 
Energia Mini-eólica ii 
 
Grupo eletrógeno: imprescindível .............................................................................................................. 50 
Consumos: convém incluir cargas reguláveis .............................................................................................. 50 
Experiências de eletrificação rural com sistemas eólico-diesel na América Latina e no Caribe ................. 50 
Sistemas eólico-água ........................................................................................................................ 53 
Acumulação: armazena-se um produto da geração elétrica. ..................................................................... 53 
Controle: imprescindível, mas simples........................................................................................................ 53 
Grupo eletrógeno: pode existir ................................................................................................................... 53 
Consumos: cargas reguláveis, não dedicadas ............................................................................................. 53 
Experiências em aplicações de pequena eólica com água na América Latina e no Caribe ......................... 53 
Resumo do capítulo 4 ....................................................................................................................... 54 
Glossário ............................................................................................................................................... 55 
Bibliografia e referências recomendadas ............................................................................................. 57 
Páginas da Internet ............................................................................................................................... 58 
Índice de tabelas ................................................................................................................................... 59 
Índice de ilustrações ............................................................................................................................. 59 
 
 
 
 
 
Energia mini-eólica 1 
 
Mini-eólica 
Aerogeradores de pequena potência 
Objetivos do Módulo 
A tecnologia de geração eólica está baseada no aproveitamento da energia cinética do vento. Este 
aproveitamento foi realizado durante séculos na forma de energia mecânica em aplicações como 
barcos à vela, moinhos de vento, etc., mas foi durante o último século principalmente quando 
começou a ser utilizado também para produzir eletricidade. Nas últimas décadas presenciamos um 
desenvolvimento vertiginoso de grandes instalações eólicas conectadas à rede elétrica convencional, 
denominadas normalmente parques eólicos, e atualmente dedica-se muito esforço na implantação de 
instalações semelhantes no mar (eólica offshore). 
 
Contudo, apesar deste importante desenvolvimento da tecnologia de geração elétrica a partir do 
vento em grande escala, existe outra gama de aplicação a uma escala menor, a qual se costuma 
denominar mini-eólica, ou tecnologia eólica de pequena potência. 
O objetivo principal deste curso é familiarizar o leitor com a tecnologia eólica de pequena potência, 
particularmente em sua utilização na região ALC. 
 
Para tanto, basicamente é necessário conhecer três áreas de conhecimento: a tecnologia eólica e, 
mais concretamente, as particularidades da gama de pequena potência; a caraterização do recurso 
eólico, fonte da qual procede a energia eólica; e, por último, os possíveis usos, os distintos sistemas a 
que se conecta um pequeno aerogerador. 
 
Para a primeira área de conhecimento, serão revisados de forma simplificada os princípios essenciais 
necessários para compreender como funciona a tecnologia eólica, para passar às particularidades da 
tecnologia eólica de pequena potência. Apesar de que tanto a tecnologia eólica de pequena potência, 
quanto a de grande potência aproveitam o vento para produzir eletricidade, existem importantes 
diferenças entre ambas aplicações relativas tanto à eficiência, quanto à viabilidade econômica e à 
caraterização do recurso. 
 
Dentro da segunda área de conhecimento, o vento, o recurso eólico, será apresentado como 
conseguir informação sobre o recurso eólico, seja através de campanhas de medida de vento, ou 
através de o uso de mapas eólicos, e como esta informação deve ser tratada. Esta revisão incluirá as 
ferramentas necessárias para calcular a energia gerada por um pequeno aerogerador. 
 
Com relação à terceira área de conhecimento, o sistema, a aplicação, serão mostradas as 
configurações mais frequentes em que se costuma instalar pequenos aerogeradores, com os outros 
componentes que podem aparecer no sistema, tais como: gerador fotovoltaico, baterias, eletrônica 
de potência e consumos. Do mesmo modo, serão dadas as pautas para desenhar um sistema em que 
se inclua este tipo de tecnologia. 
 
Todos estes temas estarão enfocados na ALC. Inclui-se no curso uma atualização sobre a atividade 
da mini-eólica na região no que se refere à fabricação, caraterização do recurso eólico e instalação. 
 
 
Energia mini-eólica 2 
 
1. Tecnologia de aerogeradores de pequena 
potência 
 
Neste capítulo apresenta-se uma breve revisão dos conceitos fundamentais para entender o 
funcionamento de um aerogerador, bem como as noções básicas para compreender as diferenças 
entre os distintos tipos de aerogeradores existentes. Considerando que este curso trata de sistemas 
com energia eólica, o aerogerador será um componente sempre presente em nossasconfigurações. 
Isto não significa que será sempre assim em um caso real. Em um caso real, seria necessário 
escolher a melhor solução de abastecimento elétrico, e esta pode incluir um aerogerador ou não. Mas 
aqui somente serão estudadas, dentre todas as possíveis soluções, aquelas que incluem um 
aerogerador. 
 
Introdução 
 
Além do grande interesse despertado pelos grandes parques eólicos no gama dos multi-megawatt, os 
mercados para sistemas eólicos de pequena potência (tanto isolados, quanto conectados à rede) 
podem resultar atrativos se os preços da eletricidade e dos combustíveis fósseis aumentarem ou, 
como ocorre em muitos países em vias de desenvolvimento, quando a distancia da rede elétrica mais 
próxima é muito grande. 
 
No entanto, apesar da maturidade alcançada no desenvolvimento dos grandes aerogeradores para 
conexão a parques eólicos, o estado da arte dos pequenos aerogeradores está ainda distante da 
maturidade tecnológica e da competitividade econômica. Os custos médios para a atual mini-eólica 
isolada variam entre 2500 e 6000 $/kW instalados, enquanto em aplicações de geração distribuída 
um pequeno aerogerador pode variar entre 2700 e 8000 $/kW. Ambas gamas contrastam com os 
custos específicos de os grandes aerogeradores, que estão em torno de 1500 $/kW. 
 
Com relação à análise do comportamento dos pequenos aerogeradores, a densidade de potência 
média está entre 0.15 e 0.25 kW/m2, devido ao limitado potencial eólico disponível nos locais da mini-
eólica em comparação com as localizações típicas dos aerogeradores de grande tamanho. 
 
A tecnologia da mini-eólica é claramente diferente da utilizada em grandes aerogeradores. Estas 
diferenças afetam a todos os subsistemas: principalmente ao sistema elétrico e ao de controle, mas 
também ao desenho do rotor. A maioria dos aerogeradores de pequena potência existentes no 
mercado foram construídos de forma quase artesanal. 
 
A mini-eólica tem um grande potencial, mas ainda existem desafios a superar. Existem normas 
específicas para a mini-eólica (como o padrão CEI 61400-2 para o desenho de aerogeradores de 
pequena potência), e são também aplicados alguns padrões da eólica em geral, como o de medida da 
curva de potência ou o de medida de emissões sonoras; contudo, resta ainda trabalho pela frente no 
campo normativo para conseguir incrementar a qualidade na fabricação destes equipamentos. 
 
No entanto, o mercado é promissor tanto nos países em desenvolvimento, quanto em países 
desenvolvidos, e tanto para aplicações conectadas à rede, quanto para aplicações isoladas. 
 
 
Energia mini-eólica 3 
 
Definição de gamas 
Na seguinte tabela se apresenta a categorização das gamas comerciais de pequenos aerogeradores 
em função da potência nominal, de poucos watt até 100 kW. 
 
 
Tabela 1. Classificação de aerogeradores de pequena potência. (Fonte: CIEMAT) 
Potência Nominal (kW) 
Área 
varredura de 
rotor (m2) 
Subcategoria 
Pnominal < 1 kW A < 4.9 m
2 Pico eólica 
1 kW < Pnominal< 7 kW A < 40 m
2 Micro eólica 
7 kW < Pnominal< 50 kW A < 200 m
2 Mini eólica 
50 kW < Pnominal< 100 kW A < 300 m
2 (por definir) 
 
 
Os valores que definem as gamas e nesta categorização foram escolhidos a partir das normas 
relacionadas com a mini-eólica. O valor de 40 m2 foi o limite estabelecido na primeira edição do 
padrão CEI-61400-2, e é a gama prevista atualmente para integração no meio urbano; o limite de 
200 m2 foi o estabelecido na segunda edição do mencionado padrão em 2006, e inclui a maior parte 
de aplicações de mini-eólica. Finalmente, o limite de 100 kW é definido em alguns países como a 
máxima potência que se pode conectar à rede elétrica de baixa tensão. A gama da pico-eólica se é 
normalmente aceita para aerogeradores de menos de 1 kW. 
 
 
Conceitos básicos de aerodinâmica 
A energia que pode ser extraída do vento é a energia cinética contida na corrente de ar. Quando o 
vento passa através de um aerogerador, sofre uma diminuição de sua velocidade, pelo fato de perder 
energia cinética, que é transformada em energia mecânica no eixo do aerogerador. Para obter toda 
a energia cinética, o vento deveria parar completamente atrás do rotor, deixando de passar através 
do mesmo. 
 
Do total da potência contida no vento, o máximo que pode ser aproveitado é um valor próximo a 60 
%, limite conhecido como "limite de Betz", como homenagem ao pesquisador alemão A. Betz, que 
em 1927 estudou o comportamento de uma corrente de ar em um aerogerador. A fim de caracterizar 
a eficiência aerodinâmica das aeroturbinas, define-se o “Coeficiente de Potência” como a relação 
entre a potência fornecida pela aeroturbina no eixo de giro, com relação à potência contida no vento 
incidente no rotor da mesma. O coeficiente de potência é uma medida do rendimento da máquina e, 
como mencionado anteriormente, o valor máximo deste coeficiente de potência não pode superar o 
limite de Betz. 
 
 
 
Energia mini-eólica 4 
 
A utilização de secções das pás com forma de perfil de asa demonstrou proporcionar elevados 
coeficientes de potência. Os perfis usados seguem a tecnologia aeronáutica de perfis de asas e de 
rotores de baixa velocidade, ainda que recentemente tenham sido desenvolvidos perfis específicos 
para geração eólica. 
 
 
Curva caraterística: a curva de potência 
 
A caraterística fundamental dos aerogeradores, com relação à caraterização energética, é a 
denominada “Curva de potência de um aerogerador”, que é a relação entre a potência elétrica 
fornecida em função da velocidade de vento incidente. A curva de potência do aerogerador é 
a caraterística mais significativa de sua eficiência energética e nos permitirá calcular a energia que 
pode fornecer em um local em que os dados do vento sejam conhecidos. 
 
 
 
 
 
Na figura se representa uma curva de potência caraterística em que é possível distinguir os seguintes 
valores: 
 Velocidade de conexão ou de arranque. Valor da velocidade média do vento para que o 
aerogerador comece a gerar energia elétrica. 
 Velocidade nominal. Velocidade média do vento a qual uma turbina eólica rende sua 
potência nominal. Ainda que tradicionalmente não exista um valor de velocidade do vento 
aceito de forma universal como velocidade nominal, a tendência é usar o valor de 11m/s. 
Não obstante, convém prestar atenção a este parâmetro nas folhas técnicas do aerogerador, 
quando se comparam aerogeradores distintos. A partir de esta velocidade de vento os 
sistemas de controle do aerogerador tratarão de manter a potência de saída de forma 
regulada. 
 Velocidade de corte ou de desconexão. Valor da velocidade do vento em que o sistema de 
controle de uma turbina eólica realiza sua desconexão. A partir desta velocidade do vento o 
Ilustração 1. Curva de potência. (Fonte: CIEMAT) 
 
 
Energia mini-eólica 5 
 
aerogerador permanece parado e em posição de proteção contra ventos fortes. Esta 
caraterística, típica em aerogeradores de grande tamanho, não é tão frequente na mini-
eólica. 
 
A curva de potência será utilizada para o cálculo da energia produzida por um aerogerador em um 
local, da forma que será descrita mais adiante no capítulo de avaliação do recurso eólico. 
 
 
Critérios de classificação dos aerogeradores 
Existem distintos modos de classificar os aerogeradores atendendo a caraterísticas como eixo de giro, 
velocidade de rotação, tamanho, aplicação, etc. Uma primeira classificação das turbinas eólicas pode 
ser realizada atendendo à disposição do eixo de giro do rotor eólico. Podemos classificar as 
aeroturbinas em dois tipos, segundo este critério: 
 
1. Aeroturbinas de eixo Horizontal. 
2. Aeroturbinas de eixo Vertical 
1. Aerogeradores de eixo horizontal 
 
Os rotoresde eixo horizontal se caracterizam por fazer girar sus pás em um plano perpendicular à 
direção do vento incidente. A velocidade de giro das turbinas de eixo horizontal segue uma relação 
inversa ao número de suas pás. Assim, as turbinas de eixo horizontal se classificam em turbinas com 
rotor multi-pá ou aeroturbinas lentas, e com rotor tipo hélice ou aeroturbinas rápidas. 
 
Os rotores multi-pá se caracterizam por ter um número de pás que pode variar de 6 a 24 e, portanto, 
uma solidez elevada. Apresentam grandes pares de arranque e uma baixa velocidade de giro. A 
velocidade linear na ponta da pá destas máquinas, em condições de projeto, é da mesma ordem da 
velocidade do vento. Estas caraterísticas fazem com que a aplicação fundamental destas turbinas 
tenha sido tradicionalmente o bombeamento de água. Não são utilizadas em aplicações de geração 
de energia elétrica devido a seu baixo regime de giro. 
 
Os rotores tipo hélice giram a uma velocidade maior do que os rotores multi-pá. A velocidade linear 
na ponta da pá destas máquinas varia em uma margem de 6 a 10 vezes a velocidade do vento. Esta 
propriedade faz com que as aeroturbinas rápidas sejam muito apropriadas para a geração de energia 
elétrica. Os rotores tipo hélice apresentam um par de arranque reduzido que, na maioria das 
aplicações, é suficiente para fazer girar o rotor durante o processo de conexão. 
 
 
 
 
Energia mini-eólica 6 
 
 
Ilustração 2. Aerogerador de eixo horizontal, bi-pá a barlavento 
 
2. Aerogeradores de eixo vertical 
 
Dentre as aeroturbinas de eixo vertical, pode-se encontrar três tipos de tecnologias: Savonius, 
Darrieus e Giromill. 
 
As turbinas com rotores de eixo vertical têm a vantagem fundamental de não precisar de nenhum 
sistema de orientação ativo para captar a energia do vento. Apresentam a vantagem adicional, com 
relação às turbinas de eixo horizontal, de dispor do trem de potência e do sistema de geração elétrica 
a nível do solo, o que facilita muito o trabalho de manutenção. Como principais inconveniente estão a 
dificuldade de realizar a regulação de potência ante ventos altos neste tipo de turbinas, a flutuação 
do par motor no giro da aeroturbina, bem como o menor rendimento do sistema de captação com 
relação às aeroturbinas de eixo horizontal. Estes inconvenientes quase levaram à extinção dos 
modelos de eixo vertical. Mas nos últimos anos esta família de aerogeradores experimentou uma 
ressurreição devido a sua possível utilização urbana, por suas teóricas melhores prestações para ser 
integrada em edifícios: produz menor nível sonoro, menor impacto visual, melhor comportamento 
ante fluxo turbulento. São vários os fabricantes que, diante das boas perspectivas neste campo, 
aventuraram-se no projeto e fabricação de novos modelos, alguns deles já disponíveis 
comercialmente. 
 
Componentes do aerogerador de pequena potência 
A seguir se apresenta um análise das soluções tecnológicas adotadas no desenho dos aerogeradores 
de pequena potência para cada um dos subsistemas do mesmo, analisando-se as opções mais 
frequentemente utilizadas nos modelos existentes no mercado atual, e comparando-as com as 
soluções (quase sempre diferentes) utilizadas em grandes aerogeradores. 
 
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Energia mini-eólica 7 
 
 
Ilustração 3. Componentes de um aerogerador de pequena potência 
Rotor 
 
Se descreve nesta seção o rotor de aerogeradores de eixo horizontal. As turbinas podem ser 
projetadas para funcionar na configuração de barlavento (quando o rotor se encontra diante da torre) 
ou sota-vento (quando o rotor se encontra atrás da torre). 
 
A maior parte dos aerogeradores do mercado são aerogeradores de eixo horizontal a barlavento (o 
vento chega pela frente); nisto coincidem com os grandes aerogeradores, que são todos a 
barlavento. A tecnologia utilizada varia de rotores de duas pás, a rotores de 6 pás, cobrindo todas as 
soluções intermediárias: 3, 4, 5 e 6 pás. Os mais utilizados são os de três pás (esta é a opção 
escolhida também para os grandes aerogeradores), devido principalmente a seu melhor 
comportamento dinâmico (são mais simples de equilibrar) e a um maior rendimento . Sem embargo, 
foram experimentadas configurações de aerogeradores de uma só pá (mono-pás) e aerogeradores de 
duas pás, utilizando-se um maior número de pás nos aerogeradores de potência nominal inferior a 
250W. O material das pás é quase sempre fibra de vidro/poliéster e, em alguns casos, madeira. 
 
Existem além aerogeradores a sota-vento, cujo número está crescendo nos novos desenhos 
orientados à integração em zonas urbanas. 
Sistema de regulação de potência e da velocidade de rotação 
 
Existe uma grande variedade de soluções utilizadas para regular a potência e a velocidade de giro 
nos pequenos aerogeradores. Dentre elas se incluem: 
 “Sem regulação”, na qual o aerogerador é projetado para poder suportar as cargas 
produzidas em todas as condições de operação, incluídas as velocidades de giro que possam 
ser apresentadas no funcionamento a vácuo. 
 “Regulação por desorientação” na qual o eixo do rotor se desalinha no plano horizontal com 
relação à direção do vento incidente. Existem distintas soluções para que se produza esta 
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Energia mini-eólica 8 
 
desorientação do rotor, a mais utilizada é através de um desenho em que o centro de 
impulso do rotor não está alinhado com o centro do rolamento de orientação. 
 “Regulação por lançamento”, semelhante ao anterior, mas no qual o desalinhamento 
ocorre no plano vertical. 
 “Regulação por mudança de passo”. A mudança de passo ativa é a solução utilizada nos 
aerogeradores maiores, mas raramente é usada na mini-eólica, porque na maior parte dos 
casos se utilizam sistemas de mudança de passo passivos, nos quais a variação do ângulo de 
ataque das pás se produz através de sistemas centrífugos passivos. 
 “Regulação por perda aerodinâmica”, semelhante à utilizada em grandes aerogeradores, 
consiste em uma redução do coeficiente de potência a partir de certa velocidade de vento, 
que ocorre pelo comportamento das pás, sem necessidade de atuação externa. 
O ponto fundamental na regulação da potência utilizada em pequenos aerogeradores foi 
tradicionalmente conseguir uma regulação adequada através de sistemas passivos, mecânicos, já 
que as soluções com mecanismos ativos, elétrico-eletrônicos, semelhantes aos utilizados nos 
aerogeradores de maior tamanho, ensejam desenhos mais complexos e, consequentemente, mais 
caros e com maior trabalho de manutenção. Por isso esta solução não se costuma usar em mini-
eólica. 
Sistema de Frenagem 
 
Existe uma certa indefinição, pois na documentação técnica descritiva dos aerogeradores os 
fabricantes geralmente indicam o sistema de controle de voltas como sistema de frenagem o que, de 
acordo com a definição da norma, seria correto, mas insuficiente para deter o aerogerador em todas 
as condições de funcionamento. 
 
Nos aerogeradores que possuem apenas um sistema de frenagem, a solução geralmente se dá 
através de curto-circuito do gerador elétrico. Quando se utilizam dois sistemas de frenagem, o 
primeiro deles quase sempre é o freio mecânico, ou através de posicionamento das pás na posição de 
“bandeira”. Para o segundo sistema utiliza-se freio mecânico, ou por curto-circuito do gerador 
elétrico, dependendo principalmente da solução utilizada para o primeiro sistema de frenagem. 
Sistema de Orientação 
 
As máquinas em posição de barlavento necessitam um sistema de orientação que mantenha a 
máquina alinhada com o vento, enquanto as máquinas orientadas a sota-vento e nas que o próprio 
rotor atua como cata-vento, não necessitam um sistema de orientação. 
 
O sistema de orientação utilizado em grandes aerogeradoresé um sistema ativo, em que um sistema 
eletrônico decide através de um algoritmo de controle quando e quanto girar a gôndola (parte 
superior do aerogerador, no alto da torre), atuando sobre um ou vários motores, a partir da medida 
da direção do vento. Pois bem, este sistema é raramente usado na mini-eólica. O principal sistema de 
orientação para os aerogeradores de pequena potência a barlavento é um sistema passivo, mecânico, 
denominado “por cata-vento de cauda”. O leme cata-vento de orientação utilizado é, 
indistintamente, reto ou elevado (a fim de diminuir a ação do rotor sobre o leme). 
 
 
Energia mini-eólica 9 
 
Gerador elétrico 
 
A maioria dos desenhos de pequena potência usam conexão direta entre o rotor do aerogerador e o 
gerador elétrico, sem existência de caixa de multiplicação, ainda que tenham sido localizados alguns 
desenhos com uma multiplicadora de duas etapas. 
 
Nos aerogeradores de micropotência (< 3kW) o tipo de gerador utilizado praticamente em todos os 
desenhos é um alternador de ímãs permanentes (PMG, sigla em inglês) de 4, 6, 8 ou 10 pares de 
polos. No caso de aerogeradores na gama dos 3-30 kW, ainda que exista uma tendência generalizada 
ao uso de PMG, também se utiliza a opção de geradores de indução. 
 
Controle eletrônico 
 
Até agora foram comentados sistemas de regulação mecânicos e/ou passivos. Mas também são 
utilizados sistemas de regulação eletrônicos, ativos, que atuam sobre a geração elétrica na saída do 
gerador. Por um lado, deve-se considerar que os geradores elétricos utilizados hoje em dia são 
trifásicos, de tensão e frequência variáveis, enquanto os sistemas aos que serão conectado 
normalmente demandam abastecimento em alternada (monofásico ou trifásico), sob tensão e 
frequência estáveis. Os elementos normalmente utilizados para conseguir esta adaptação podem 
incluir: 
 Regulador ou controlador de carga. A fim de conectar esta saída elétrica aos sistemas em 
que serão instalados, costuma-se converter esta saída trifásica em corrente contínua, uma 
conversão realizada através de um conversor eletrônico chamado retificador. A opção mais 
utilizada é a de retificador não-controlado através de uma ponte de diodos. Normalmente 
localizado no mesmo quadro do retificador, o regulador de tensão possui a seguinte função: 
Desconexão por voltagem alta do caminho em contínua. A Desconexão por voltagem baixa 
do caminho em contínua a realiza o inversor na maioria dos casos. Possuindo a saída em 
contínua, encontram-se disponíveis no mercado principalmente dois modos de regulação 
eletrônica: 
o Regulação série: com capacidade para controlar a potência gerada pelo 
aerogerador, de forma que trabalhe no ponto de máxima potência, ou regulando a 
geração se o sistema assim requer (como, por exemplo, em um sistema com bateria 
em que esta se encontre plenamente carregada), ou quando se ha alcançou e 
superou a velocidade nominal do aerogerador. 
o Regulação paralelo: esta regulação limita a tensão em contínua a um valor 
estabelecido, derivando em uma resistência de dissipação toda a potência 
excedente. Utiliza-se principalmente para que o aerogerador não fique funcionando 
no vácuo, quando o sistema não demanda energia. O propósito da resistência de 
dissipação é eliminar o excesso de energia, convertendo-a em calor. As resistências 
de dissipação podem ser utilizadas tanto para aquecer água quanto ar, e isto é 
especialmente recomendável no caso de aerogeradores de mais de 5 kW, em que a 
quantidade de energia a dissipar pode ser importante. 
 Inversor. Os inversores convertem a energia CC em AC. Este dispositivo é necessário devido 
a que os módulos, baterias e a geração da maioria dos pequenos aerogeradores se 
transforma em energia CC, enquanto que a maioria das aplicações e dispositivos correntes 
requerem energia AC. Os inversores geralmente são dimensionados de acordo com sua 
 
 
Energia mini-eólica 10 
 
produção de energia contínua máxima. A maioria dos inversores, porém, são capazes de 
manejar energia adicional ao seu tamanho, mas apenas por curtos períodos de tempo. Esta 
capacidade de pico é útil para satisfazer as ocasionais subidas de carga, como quando um 
motor arranca. O inversor é o encarregado de produzir o fornecimento em alternada com a 
tensão e a frequência requeridas pela aplicação e, portanto, são diferentes para um sistema 
isolado em comparação com um sistema conectado à rede. 
 
Torre suporte 
 
Com relação ao tipo de torre encontramos uma ampla dispersão, usando-se torres estaiadas e 
autossustentável, tubulares e de treliça. É prática habitual que o fabricante ofereça diferentes tipos 
de torres, de acordo com as caraterísticas do local. O mesmo ocorre com relação à altura da torre. 
Assim, encontramos casos em os que o mesmo modelo é oferecido com torres de 6 a 40 metros. 
 
 
Normativa de mini-eólica 
 
A inclusão da geração eólica de pequena potência realizou-se, tradicionalmente, confiando no 
comportamento que os fabricantes e os distribuidores ofereciam. Este comportamento inclui aspectos 
diferentes, tais como a produção, a segurança, ruído, entre outros. Mas assegurar a qualidade se 
está convertendo cada vez mais em um ponto especialmente interessante nos sistemas renováveis, 
de modo que com frequência suspeita-se se realmente o comportamento dos aerogeradores de 
pequena potência é o esperado, devido à falta de referências normativas e de informação objetiva. As 
normativas existentes foram desenvolvidas principalmente para grandes aerogeradores conectados à 
rede em parques eólicos, mas isto não significa que não sejam de aplicação na geração mini-eólica. 
Nesta seção serão revisadas as normas e recomendações existentes com relação à geração mini-
eólica. 
 
Introdução 
 
Um aspecto comum tanto ao desenvolvimento de novas formas de geração mini-eólica, quanto à 
melhoria das já existentes, é a necessidade de fiabilidade e qualidade dos novos equipamentos: isto é 
fundamental para conquistar a confiança dos usuários finais, ainda mais quando estes são pessoas 
físicas individuais, não profissionais do mundo da geração elétrica, por tratar-se de geração de 
pequena potência. Para tanto, a existência de uma normativa adequada, unida aos pertinentes planos 
de promoção da tecnologia uma desenvolvida, é uma peça chave. 
Mas existe outro aspecto, não menos importante, que reclama a presença de uma normativa acorde 
com esta tecnologia de mini-eólica: a segurança e conforto. Quando se considera novamente que os 
usuários destes equipamentos em geral não serão profissionais qualificados, mas o público em geral, 
cobram ainda mais importância aspectos como a segurança tanto física quanto elétrica (um acidente 
é especialmente indesejável), e conforto (deve causar o mínimo transtorno ao usuário e à sociedade 
em que se instale, o que se reflete em aspectos como o impacto visual ou o ruído). 
Os aspectos normativos e legislativos dos aerogeradores de pequena potência afetam tanto a 
conexão de aerogeradores de pequena potência a sistemas de geração isolada, quanto a 
interconexão à rede elétrica convencional. 
 
 
Energia mini-eólica 11 
 
Ainda que certamente sejam muito poucas as normas existentes referentes especificamente à mini-
eólica, são muitas as normas que direta ou indiretamente afetam esta forma de geração elétrica. A 
seguir serão revisadas as que se consideram de maior importância, começando pelo bloco de normas 
relacionadas com a geração eólica e seguindo com aquelas normas particulares da aplicação (sistema 
isolado ou sistema conectado à rede). 
Normativa internacional (CEI) 
 
A seguir revisa-se a família de padrões 61400 da CEI relativos a aerogeradores de pequena potência. 
Todos eles afetam a tecnologia mini-eólica porque é “eólica”, mas aqui se analisa o grauem que 
contemplam as particularidades da mini-eólica nos principais padrões: 
 61400-1: 2005. “Requisitos de desenho”; orientada a grandes aerogeradores conectados à 
rede; as peculiaridades com relação a requisitos de desenho para pequenos aerogeradores 
estão reunidas na norma CEI 61400-2, ainda que esta norma se refira aos aerogeradores de 
mais de 200 m2 de área varrida de rotor, dentro da gama da mini-eólica. 
 61400-2: 2a Ed: 2006, “Requisitos de desenho para pequenos aerogeradores”, é a única 
norma que foi especificamente elaborada para a tecnologia mini-eólica (de área varrida de 
rotor menor que 200 m2). Trabalha-se na elaboração da terceira edição; nela se estuda a 
possibilidade de incorporar os padrões nacionais desenvolvidos nos EUA e no Reino Unido 
dentro da norma CEI. O padrão norte americano surgiu como um processo de certificação 
mais simples, mais barato e menos restritivo do que a norma CEI. No Reino Unido se adotou 
o padrão americano quando ainda estava em processo de revisão, introduzindo apenas 
mudanças menores (no teste acústico e na necessidade de que o processo de medida fosse 
verificado por um centro credenciado, o que não figurava no padrão norte americano). 
Também no Canadá este padrão está sendo adotado. 
 61400-11: 2004. “Técnicas de medida de ruído acústico”. Com um anexo dedicado a 
pequenos aerogeradores. 
 61400-12-1: 2005 “Medida da curva de potência de aerogeradores produtores de 
eletricidade”. Conta com um Anexo H dedicado à medida da curva de potência em pequenos 
aerogeradores, mas comparte todo o procedimento de equipamentos e medida com o dos 
grandes aerogeradores. 
 61400-22 Certificação de aerogeradores. Define os requerimentos para a certificação do 
aerogerador completo, fazendo referência a boa parte dos outros padrões definidos para os 
diferentes componentes. Substitui a norma WT01. De momento não contempla o caso de 
mini-eólica, ainda que se conceba incluir um anexo no futuro (somente em inglês). 
 
Pode observar-se que praticamente toda a normativa existente foi elaborada para a conexão à rede 
convencional de grandes aerogeradores, o que resulta lógico quando se analisa o descomunal 
desenvolvimento que esta tecnologia experimentou nos últimos anos. Ocorre que a tecnologia mini-
eólica, e somente por ser “eólica”, foi incluída nestas normativas que, claramente, não correspondem 
a ela na maior parte dos aspectos (escala, investimento, rentabilidade, funcionamento, 
caraterização,…). 
 
 
 
Energia mini-eólica 12 
 
Trabalho da Agência Internacional da Energia (AIE) 
 
Dentro do Acordo de Energia Eólica da Agência Internacional da Energia (AIE), foi aprovada a Tarefa 
27, denominada “Desenvolvimento e utilização de uma etiqueta de qualidade para 
Pequenos Aerogeradores”. O principal objetivo desta Tarefa é incentivar o sector industrial a 
melhorar a fiabilidade dos pequenos aerogeradores e, portanto, também seu comportamento. 
O trabalho nesta tarefa foi iniciado em 2009 e, de forma totalmente inovadora, realizou-se junto com 
o trabalho do equipamento de manutenção (MT2) da terceira edição da norma CEI 61400-2, sobre 
requerimentos de desenho de pequenos aerogeradores. 
 
Como consequência do trabalho realizado nesta tarefa, além da proposta de etiqueta internacional 
para pequenos aerogeradores, surgiu a Associação de Testadores de Aerogeradores de Pequena 
Potência (SWAT, siglas em inglês), com alguns centros da ALC interessados em participar. 
 
Experiências de fabricação na ALC 
Como conclusão desta seção tecnológica, apresentam-se a seguir algumas experiências existentes na 
ALC no que se refere a fabricação de aerogeradores de pequena potência. Destaca-se que, além da 
distribuição dos modelos de pequenos aerogeradores mais conhecidos a nível internacional, esta 
região possui uma série de fabricantes locais. A seguir se apresenta uma amostra de fabricantes da 
região que, sem pretender ser completa, considera-se representativa da atividade existente: 
 
 Argentina: é certamente o país mais ativo na atividade de fabricação mini-eólica, com 18 
fabricantes identificados de tecnologia mini-eólica. Dentre eles cabe destacar a Giacobone, 
empresa focada do desenvolvimento desta tecnologia há anos basicamente em aplicações 
de eletrificação rural, e o INVAP, um grupo industrial que mais recentemente se dedica ao 
desenho e fabricação de pequenos aerogeradores principalmente para uso em aplicações 
industriais. 
 Brasil: considerando que se dedica ao desenvolvimento da tecnologia eólica de grande 
tamanho, sua atividade em mini-eólica é ainda reduzida, ainda que com grandes 
perspectivas. Alguns dos fabricantes existentes são: Enersud, Altercoop, Eletrovento. 
 México: Aeroluz, uma empresa que surgiu no centro tecnológico de Monterrey, e Fuerza 
Eólica, são alguns dos fabricantes mexicanos. 
 Nicarágua: Blue Energy é uma experiência muito interessante de empresa fabricante com 
tecnologia de fabricação de um aerogerador de 500W, que nasceu em um Projeto Piloto de 
transferência tecnológica (baseado no desenho de Scoraig Wind Eletric) financiado pela 
agência dinamarquesa, Alianza em Energia e Ambiente (AEA), em 2005. 
 Peru: Waira, um fabricante local de distintos tipos de tecnologia mini-eólica, e Soluções 
Práticas, cuja atividade na mini-eólica surgiu também a partir de um projeto de cooperação 
tecnológica da ONG ITDG. 
 Outras experiências de fabricantes estrangeiros na ALC: Vergnet mantém a fabricação da 
mini-eólica nas Antillas Francesas, enquanto o fabricante espanhol Bornay instala uma 
fábrica de pequenos aerogeradores na Venezuela. 
 
 
Energia mini-eólica 13 
 
Resumo 
 
Neste primeiro capítulo foram apresentados brevemente conceitos para compreender e utilizar a 
tecnologia de geração eólica, tais como a potência cinética incluída no vento, ou o coeficiente de 
potência, que nos aportam uma estimação de como atua o captador eólico no momento de aproveitar 
esta potência. Apresentou-se igualmente a curva caraterística principal de qualquer turbina eólica: a 
curva de potência, autêntica identificação do equipamento quando se trata de realizar uma 
caraterização energética, e que será utilizada para o cálculo da produção energética em um local 
determinado. 
 
A partir destas noções básicas da tecnologia eólica em geral, passa-se a enfocar a tecnologia aplicada 
na mini-eólica, os aerogeradores de pequena potência. Para tanto, revisam-se as soluções técnicas 
normalmente utilizadas em pequenos aerogeradores e, mais concretamente, em seus componentes 
principais: o rotor, o sistema de regulação de potência e da velocidade de rotação, o sistema de 
frenagem, o sistema de orientação, o gerador elétrico, o controle eletrônico e a torre. 
 
Inclui-se uma seção sobre a normativa existente aplicável à tecnologia de geração eólica de pequena 
potência, um aspecto muito importante para garantir o correto funcionamento e uma qualidade 
apropriada. Revisa-se tanto a normativa de aplicação da Comissão Eletrotécnica Internacional, quanto 
as recomendações elaboradas pela Agência Internacional da Energia. 
 
Por último, conclui-se este capítulo dedicado à tecnologia mini-eólica com um repasso das 
experiências de fabricação deste tipo de tecnologia na América Latina e no Caribe. Diferentemente de 
outras tecnologias renováveis, a geração mini-eólica pode ser fabricada em países em 
desenvolvimento, e são numerosas as experiências existentes na região de estudo: nesta seção são 
mostradas algumas das mais representativas. 
 
 
Energia mini-eólica 14 
 
2. Caraterização e avaliação do recurso 
eólico 
 
Nesta seção se descreve a forma com a qual normalmente se caracteriza o recurso eólico em um 
local do ponto de vista matemático. A partir desta caraterização, mostra-se também o procedimentotípico de avaliação, bem como o método mais utilizado para avaliar a energia produzida por um 
aerogerador em um local determinado, a partir da caraterização do recurso realizada. 
 
O vento 
Os ventos são correntes de ar motivadas pelo aquecimento desigual da atmosfera devido à 
radiação solar incidente. As diferentes temperaturas do ar criam zonas com diferentes pressões 
atmosféricas. Como consequência desta desigualdade de pressões, produz-se um movimento das 
massas de ar, das zonas de alta pressão às zonas de baixa pressão. Associado ao movimento de uma 
massa há uma energia, denominada energia cinética, que depende de sua massa e sua velocidade. 
 
O vento, considerado como um recurso energético, é uma fonte com grandes variações temporais, 
tanto em pequena quanto em grande escala de tempo, bem como espaciais, tanto em superfície 
quanto em altura. Isso quer dizer que podemos encontrar grandes variações de um dia para o outro 
e, ao mesmo tempo, de um local para outro que não esteja muito distante. 
 
Devido a grande variabilidade do vento é bastante complexa a avaliação do recurso eólico de um 
local, o que requer campanhas de medida com coleta de dados do vento e períodos de medida 
longos para poder realizar uma avaliação adequada. 
 
Parte do total da energia contida no vento é captada pelas turbinas eólicas e transformada em 
energia mecânica no eixo. A potência mecânica (P, expressa em watts) que chega ao aerogerador 
depende dos seguintes fatores: 
 Do tamanho do aerogerador (A, área de captação em m2). A potência disponível é 
diretamente proporcional à área de captação. 
 Da densidade do ar (ρ, em kg/m3): razão pela qual quanto mais elevado seja o local, a 
potência disponível é menor, para uma velocidade de vento determinada. 
 Da velocidade do vento elevada ao cubo (v, em m/s). Esta relação cúbica faz com que a 
dependência deste parâmetro seja muito marcada. 
 
 
De acordo com a seguinte expressão: 
 
Equação 1. Potência do vento 
Importante 
 
 
Energia mini-eólica 15 
 
Fases para a caraterização 
 
As fases que podem surgir em uma caraterização e avaliação completa do recurso eólico em um 
local são as seguintes: 
 
1. Exploração: análise da informação disponível. 
2. Seleção de locais: para a localização da(s) torre(s) de medida. 
3. Campanha de medidas: o que medir, por quanto tempo, com que equipamentos, etc. 
4. Controle de qualidade dos dados medidos, com objeto de detectar os erros e corrigi-los. 
5. Parâmetros básicos da avaliação: que informação é a mais interessante. 
6. Análise estatística inicial de dados: cimo sintetizar esta informação. 
7. Produção energética teórica de um aerogerador no local. 
8. Outros. 
 
A seguir serão brevemente descritas algumas destas fases (as ressaltadas), considerando de antemão 
que a caraterização do recurso eólico é bem diferente em sistemas com aerogeradores de 
potência muito pequena (geralmente de menos de 10 kW), do que a realizada para os 
aerogeradores maiores, dentro da gama da geração mini-eólica. Enquanto para os aerogeradores 
maiores o procedimento seguido é semelhante ao que se usa para parques eólicos, incluindo a maior 
parte das etapas descritas a seguir, no caso dos aerogeradores menores a caraterização se foca 
exclusivamente na etapa de Exploração, omitindo-se o resto de etapas até o cálculo da Produção 
energética teórica de um aerogerador no local. 
Exploração 
 
A fase de exploração, a procura da informação disponível para a caraterização do recurso eólico, 
resulta especialmente importante em aplicações com aerogeradores de pequena potência, em que, 
como se verá mais adiante, é frequente omitir a etapa da Campanha de medidas. A exploração se 
foca na informação disponível, que variará muito em função do lugar para o qual se pesquise a 
informação. Algumas fontes típicas de informação podem ser: informação histórica local, pesquisa de 
bibliografia existente, indicadores naturais, fontes de medidas locais, aeroportos, centrais de geração, 
redes ambientais, etc. 
Não obstante, a pesquisa destas fontes frequentemente é insuficiente para a caraterização do recurso 
eólico, porque algumas delas não existem ou a informação de outras é tendenciosa. Nos últimos anos 
a informação proveniente de atlas eólicos está se fortalecendo como fonte de dados preferida para 
a etapa de Exploração (cada vez é mais frequente utilizá-los), informação proveniente de institutos 
nacionais de meteorologia, e/ou modelos numéricos meteorológicos. 
 
 
 
 
 
Energia mini-eólica 16 
 
Campanha de medidas 
 
A informação obtida na etapa de Exploração não deixa de ser uma primeira aproximação à 
caraterização do recurso eólico, considerando que o recurso eólico pode experimentar importantes 
variações em distancias próximas. Esta aproximação é considerada suficientemente apropriada no 
caso dos aerogeradores de menor potência (omitindo as etapas posteriores), enquanto para os 
aerogeradores maiores é frequente usar uma campanha de medidas. A razão para esta diferenciação 
é o custo de fazer campanhas de medida de vento, tanto em dinheiro (o custo não varia muito 
em função do tamanho da geração em valor absoluto, de modo que para os aerogeradores menores 
representa um grande esforço com relação ao custo do sistema), quanto em tempo (1 ano). 
 
A medida do vento é realizada com os instrumentos denominados anemômetros e cata-ventos. A 
velocidade do vento é medida com os anemômetros, enquanto os cata-ventos medem a direção de 
onde provém o vento. Existem diferentes tipos de anemômetros, os mais utilizados para a avaliação 
do potencial eólico para aerogeradores de pequena potência são: 
 Anemómetros de copo. O anemômetro possui três ou quatro copos montados 
simetricamente ao redor de um eixo vertical. A velocidade de rotação é proporcional à 
velocidade do vento incidente. 
 Anemômetros de hélice. O anemômetro possui uma hélice montada em um eixo horizontal. 
As caraterísticas de resposta deste tipo de anemômetros quando o vento não é 
perpendicular ao plano de rotação, são relativamente baixas, de modo que são menos 
adequados do que os anemômetros de copos. 
 
A direção do vento é medida normalmente com os cata-ventos, que consistem em um dispositivo 
montado sobre um eixo vertical que se move seguindo o vento quando este muda de direção. 
Na figura se representa um anemômetro de copos e uma cata-vento típico usado na avaliação de 
recursos eólicos 
 
 
Ilustração 4. Anemômetro de copos e cata-vento. (Fonte: CIEMAT) 
 
Para a realização de uma prospecção eólica de aerogeradores de pequena potência, os anemômetros 
e cata-ventos costumam ser colocados em torres suporte a uma altura mínima de 10 metros sobre o 
solo. É muito recomendável situar ao menos dois níveis de sensores para poder obter informação da 
variação vertical do perfil de velocidades (corte do vento), o que nos permitirá otimizar a escolha da 
altura da torre dos aerogeradores. 
 
 
Energia mini-eólica 17 
 
Em aplicações convencionais da energia eólica (não para meios urbanos), as torres de medida se 
situarão em lugares bem expostos a todas as direções e distantes de obstáculos (árvores, casas, 
etc.), para evitar a perturbação dos mesmos na medida do vento; em aplicações em meio urbano não 
está definido um procedimento de medida, devido a sua complexidade, de modo que continua sendo 
um campo de pesquisa. 
 
É recomendável coletar amostras de valores do vento a cada 1 ou 2 segundos, e realizar médias em 
intervalos de 1 minuto (para aerogeradores pequenos) ou 10 minutos (para aerogeradores de maior 
tamanho). 
 
Para poder ter uma referência da densidade do ar no local se recomenda realizar medidas de pressão 
atmosférica e temperatura, para o que são utilizadosbarômetros e termômetros, respectivamente. 
Para estes valores é suficiente a coleta de medidas horárias. 
 
Parâmetros básicos 
 
Quando para um local determinado pretende-se avaliar a possibilidade de utilização da energia eólica, 
a primeira ação requerida é quantificar o potencial do vento no mesmo. Normalmente utilizam-se 
valores estatísticos considerados em pelo menos um ano, para considerar as variações ao longo de 
todas as estações. Os valores utilizados são: 
 
 Valor médio da velocidade do vento: O primeiro valor que dará informação sobre o recurso 
eólico é a velocidade média anual do vento. Devido à dependência da potência com o cubo 
da velocidade, o valor médio do vento aporta uma primeira informação muito importante 
para considerar um local eólico. Do mesmo modo, em sistemas isolados da rede elétrica 
convencional, será de muita utilidade conhecer tanto os valores médios mensais, que nos 
darão informação sobre as variações sazonais da velocidade no local, quanto as variações de 
vento ao longo do dia (dia tipo), o que permitirá conhecer a complementariedade da energia 
eólica com outras fontes energéticas, como a energia solar, e sua relação com os consumos. 
 Valores médios de temperatura e pressão ambiente. Variam muito mais lentamente do que 
a média de vento. 
 Variação da velocidade do vento com a altura (perfil vertical). Devido principalmente ao 
atrito da corrente de ar com a superfície terrestre, há também uma variação da velocidade 
do vento com a altura sobre o solo, que geralmente é crescente. Assim, a utilização de 
torres altas é vantajosa, pois permite aproveitar os ventos das camadas mais altas. Contudo, 
isto nem sempre é possível nas aplicações com pequenos aerogeradores. Esta variação 
costuma ser representada através de uma função potencial ou através de uma função 
logarítmica. 
 Turbulência. Pequenas variações do vento sobre o valor médio. Em ambientes urbanos é 
possível que as variações são importantes. 
 
Análise estatística inicial de dados 
 
Além dos valores médios, as representações estatísticas mais utilizadas para a caracterização do 
vento são a distribuição por orientação das direções e a distribuição por frequências das 
 
 
Energia mini-eólica 18 
 
velocidades. A informação das direções predominantes de onde vem o vento será fundamental para 
escolher a localização dos aerogeradores. A representação mais utilizada da distribuição direcional 
dos ventos é a chamada “rosa dos ventos” do local, na que se representa a porcentagem de tempo 
em que o vento provém de uma determinada direção (a direção do vento se refere sempre ao lugar 
de onde procede a corrente de ar, vista do ponto de referencia). Às vezes se reflete na rosa dos 
ventos a distribuição de velocidades médias do vento para cada setor direcional. 
 
Na figura se proporciona uma “rosa dos ventos” para um local determinado. 
 
 
 
Ilustração 5. Distribuição de direções. Rosa dos ventos. (Fonte: CIEMAT) 
A distribuição por frequência de velocidades é obtida a partir de medidas realizadas no local e 
nos indica para cada intervalo de vento (por exemplo, entre 5 e 6 m/s), a porcentagem do tempo em 
que o vento sopra e a velocidade do vento dentro do intervalo considerado. Com esta informação, 
compõe-se um histograma com as ocorrências de cada intervalo. A forma deste histograma pode ser 
obtida através de uma função, a função de distribuição de probabilidades do vento, de modo 
que se facilitam os cálculos de forma notável. As funções de distribuição mais utilizadas no ajuste da 
distribuição de probabilidades do vento são as funções de distribuição de Rayleigh e, principalmente, 
de Weibull, cuja expressão determina-se por: 
 
Equação 2. Função de probabilidade de Weibull 
Onde: 
• v: é a velocidade do vento para a que se quer calcular a probabilidade de ocorrência 
• k: parâmetro de forma da distribuição de Weibull 
• c: parâmetro de escala da distribuição de Weibull 
• P(v) representa a probabilidade de que ocorra uma velocidade de vento, v 
 
A vantagem de utilizar a função de distribuição de probabilidade, ao invés do histograma, é que em 
um local determinado apenas necessitamos conhecer os dos parâmetros da função de Weibull (na 
Importante 
 
 
Energia mini-eólica 19 
 
realidade conhecer o parâmetro k e a velocidade média é suficiente, pois o parâmetro c pode ser 
calculado a partir deles) para poder calcular a probabilidade de que ocorra uma determinada 
velocidade de vento neste local. Esta informação será utilizada posteriormente no cálculo da 
Produção energética de um aerogerador. 
Na seguinte representação se observa como um histograma elaborado a partir das medidas de 
vento em um local é obtido por uma função de distribuição de probabilidade. Mostra-se o caso da 
aproximação através das funções de Weibull e de Rayleigh. 
 
 
Ilustração 6. Distribuições de Weibull, Rayleigh e histograma de velocidades. (Fonte: CIEMAT) 
 
Produção energética teórica 
 
A energia produzida por um determinado aerogerador, caraterizado por um curva de potência, em 
um determinado local, caraterizado por uma função de distribuição de probabilidade de 
velocidades de vento, é obtida multiplicando, em primeiro lugar e para cada velocidade de vento, 
o valor da curva de potência pelo valor da função de distribuição para essa velocidade de vento e, em 
segundo lugar, somando todos os resultados obtidos. Este processo é, na realidade, uma integração 
do produto da curva de potência pela função de distribuição de velocidades de vento, e o resultado é 
a energia média produzida, que é o parâmetro com o qual se caracteriza a energia gerada por um 
aerogerador em um local. Este procedimento é realizado geralmente com algum programa de 
computador ou com uma folha de cálculo. 
 
 
 
 
No seguinte exemplo mostra-se como seria realizado o cálculo da energia 
gerada por um aerogerador de 1 kW de potência nominal, cuja curva de 
potência é determinada pela segunda coluna, em um local de 5 m/s de 
velocidade média anual de vento, com parâmetros da função de distribuição de 
Exemplo 
 
 
Energia mini-eólica 20 
 
probabilidade (Weibull) de k =2 e c = 5.61 m/s, que estaria representada pelas 
probabilidades apresentadas na terceira coluna, calculadas através da Equação 
2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
O cálculo faz-se como segue: em primeiro lugar, multiplica-se, para cada 
intervalo (bin) de velocidade de vento (neste caso de 1 m/s de largura), o valor 
da potência (segunda coluna) pela probabilidade de ocorrência desse vento 
(terceira coluna), armazenando-se o resultado na quarta coluna; em segundo 
lugar, somam-se todos os resultados obtidos, obtendo a potência média 
produzida pelo aerogerador nesse local (66.14W no exemplo). Para obter a 
energia produzida durante um período, não é mais necessário multiplicar a 
potência média obtida pelo número de horas desse período; quando se trata 
de um ano, o cálculo seria: 66.14 W x 8670 horas/ano = 579,369.9 Wh=579 
kWh. 
Utilizou-se como exemplo a folha de cálculo HYCAD, de Bergey. 
 
 
 
Destaca-se que esta etapa é comum em qualquer tipo de aerogerador, independentemente de como 
se realizou a caraterização do recurso eólico. Isso quer dizer que tanto quando se trata de um 
aerogerador pequeno, nos quais apenas se realizou a etapa de Exploração, como quando se trata de 
um aerogerador maior e foram realizadas todas as etapas, a etapa do cálculo da Produção energética 
teórica é realizada da mesma forma. A diferença será que, no primeiro caso, trabalha-se com uma 
função de distribuição de probabilidade de velocidades de vento (Weibull) estimada a partir de, por 
exemplo, um atlas eólico da região, enquanto no segundocaso a função de distribuição de 
probabilidade utilizada terá sido calculada a partir dos dados medidos in situ. Porém, o procedimento 
de cálculo é o mesmo com relação ao cálculo da produção energética. 
 
Bin Velocidade do vento (m/s) Potência (W) Possibilidade de vento (f) Net W @ V 
1 0 12.53% 0.00 
2 2 20.50% 0.36 
3 19 21.99% 4.25 
4 53 18.35% 9.66 
5 110 12.55% 13.77 
6 202 7.21% 14.56 
7 329 3.52% 11.59 
8 465 1.47% 6.86 
9 614 0.53% 3.26 
10 772 0.17% 1.28 
11 939 0.04% 0.42 
12 1,053 0.01% 0.11 
13 1,080 0.00% 0.02 
14 1,053 0.00% 0.00 
15 1,009 0.00% 0.00 
16 961 0.00% 0.00 
17 913 0.00% 0.00 
18 869 0.00% 0.00 
19 825 0.00% 0.00 
20 781 0.00% 0.00 
Total: 98.88% 66.14 
 
 
Energia mini-eólica 21 
 
 
Que informação é necessária para o cálculo da 
produção de um aerogerador em um local? 
 
A informação básica é a seguinte: 
- Curva de potência do aerogerador, proporcionada pelo fabricante 
(quando obtida por uma entidade independente, melhor). 
- Velocidade média do vento do local, para cada mês do ano, 
preferivelmente. NUNCA DIGA: “NÃO TENHO DADOS”. Sefalta outra 
informação, sempre é possível utilizar os dados obtidos na internet: 
http://eosweb.larc.nasa.gov/sse/. 
- Parâmetros da função de Weibull; quando não os conhecemos, 
podemos supor que k = 2 para lugares interiores, 3 para lugares costeiros, 
e 4 para ilhas, enquanto que o c é calculado dividindo a velocidade média 
do período por 0.89. 
 
Outra informação que influi no resultado: 
- Altitude do lugar: afeta a densidade do ar, que diminui com a altitude. 
Pode ser usada a seguinte expressão: 
densidade = 1.225*(1-altitude (m)*0.0000918) em Kg/m3 
 
- Altura da bucha do aerogerador e altura em que foram medidos os 
dados do vento utilizados, para considerar o perfil vertical do vento. 
Utilizando a representação da variação com a altura do vento através de 
uma lei potencial, a expressão seria: 
 
 
 
Onde 
V1: velocidade do vento à altura h1 
V2: velocidade do vento à altura h2 
: expoente de corte (costuma tomar valores entre 0.14 e 0.20) 
Outros 
 
Para o nível de familiarização perseguido neste curso, considera-se que o que foi apresentado até 
agora é suficiente. No entanto, e a título de cultura eólica, agrega-se, para concluir, a seção de 
caraterização do recurso eólico, considerando que existem mais tarefas relacionadas, como seria a de 
selecionar o local ideal para o aerogerador, dentro da região de estudo. Para tanto, é necessário uma 
extrapolação espacial do recurso eólico a partir da digitalização da topografia do terreno. Existem 
ferramentas comerciais disponíveis para esta finalidade. 
 
 
 
Resumo 
 
 
Energia mini-eólica 22 
 
Caraterização do recurso eólico em ALC 
Comentou-se nesta seção que o recurso o eólico para mini-eólica normalmente se caracteriza, em 
primeira instancia, através da elaboração de mapas ou atlas eólicos da região. Felizmente, durante os 
últimos anos cada vez há mais as regiões e países com mapas deste tipo. Assim, por exemplo, a 
Argentina, Bolívia, Brasil, Chile, Cuba, México, Peru ou Uruguai dispõem de mapas eólicos nacionais 
ou regionais. Os mapas realizados são distintos entre si, tanto pela forma em que foram realizados, 
quanto pela informação que proporcionam, mas desde logo representam um avanço diante da 
inexistência de informação sobre o recurso eólico no local que desejamos analisar. Na seguinte 
ilustração apresentam-se alguns destes mapas, a modo de exemplo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Estes mapas eólicos contrapõem a limitação que representa o uso da tecnologia mini-eólica em 
programas de eletrificação a grande escala, pois a caraterização do recurso eólico apresenta uma 
dificuldade sensivelmente maior do que a do recurso solar neste tipo de aplicações. 
 
Neste sentido, sempre é possível partir da informação existente na base de dados gratuita da NASA 
(http://eosweb.larc.nasa.gov/sse/), que nos proporciona dados de partida para qualquer local. A 
partir desta informação genérica, quanto mais especifica e próxima seja a informação que 
consigamos, melhor será a caraterização do recurso eólico do nosso local. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ilustração 7. Exemplos de mapas eólicos em ALC 
(Fonte: http://dger.minem.gob.pe/atlaseolico/PeruViento.html; 
http://www.cresesb.cepel.br/publicacoes/index.php?task=livro&cid=1) 
 
 
 
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Resumo 
Neste capítulo aborda-se a caraterização do recurso eólico, tema fundamental para entender a 
geração a partir da energia eólica. Após uma primeira e breve introdução ao conhecimento do vento 
e dos principais parâmetros envolvidos no cálculo da potência cinética (área de captação, densidade 
do ar e, principalmente, velocidade do vento, pois a relação com esta é cúbica), apresentam-se as 
etapas que podem ser incluídas em uma caraterização completa do recurso eólico em um local. 
 
Inicia-se com a Exploração da informação existente, observando, no caso de aerogeradores de 
pequena potência (sobretudo para os menor), que é frequente saltar desta etapa diretamente à 
etapa de cálculo da Produção energética do aerogerador, o que não ocorre com aerogeradores 
maiores, em que se percorrem as outras etapas com maior frequência. A fonte de dados surge com 
mais força nos últimos anos é a realização de mapas ou atlas eólicos para as regiões ou os países em 
que se quer fomentar o uso desta tecnologia. 
 
Outras etapas importantes na caraterização do recurso eólicos são: a Campanha de medidas, com a 
escolha das variáveis a medir, os equipamentos a utilizar e os locais em que é mais conveniente a 
medida; a seleção dos Parâmetros Básicos e da Análise estatística da informação, que nos conduzem 
à elaboração da Rosa dos ventos e da função de distribuição de probabilidade de velocidades de 
vento (a de Weibull principalmente), como representações estatísticas mais comuns do recurso eólico 
em um local; para finalmente concluir com o objetivo principal deste capítulo e um dos pontos 
importantes do curso: o cálculo da Produção energética de um aerogerador em um local. Logo, 
descreve-se o processo, incluindo um exemplo de aplicação e concluindo com um resumo com a 
informação essencial necessária para a execução deste cálculo. 
 
Por último, apresenta-se um breve resumo da atividade de caraterização do recurso eólico na região 
ALC através de mapas e atlas eólicos, oferecendo a disponibilidade deles em boa parte dos países 
implicados. 
 
 
 
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3. Sistemas com mini-eólica 
 
Introdução 
Os aerogeradores de pequena potência (mini-eólica) são usados principalmente em duas áreas: 
 
 Sistemas autônomos (também chamados isolados, ou não-conectados à rede): são 
aqueles que não estão conectados a nenhuma rede elétrica de grande tamanho e são, 
portanto, responsáveis pelo controle e pela frequência do sistema. Em função do tamanho do 
sistema, as soluções tecnológicas para sistemas eólicos isolados são: 
o Sistemas híbridos, baseiam seu funcionamento na presença da bateria. 
Geralmente incluem também geração fotovoltaica e permitem um grande leque de 
possíveis aplicações e usos, incluindo os sistemas eólicos domésticos, de pequena 
potência para uso individual. 
o Sistemas eólico-diesel, com mais de 50 kW geralmente, normalmente utilizados 
em redes já alimentadas por centrais diesel. 
o Sistemas sem acumulação elétrica ou grupo, nos quais o funcionamento não 
está baseado na presença de um grupo eletrógeno, em que se armazena um produto 
obtido a partir da geração eólica. São típicas deste grupo as aplicações com água ou 
calor-frio. 
 Geração Distribuída, sistemas compostos por pequenos geradores conectados a grandes 
redes elétricas, em quehá um operador do sistema que se encarrega do controle geral (esta 
aplicação é chamada com frequência de conexão à rede). No caso dos sistemas conectados à 
rede, as possibilidades são também numerosas, em função do espaço disponível e das 
restrições legais e econômicas, ainda que não apresente tanta dispersão em quanto a 
configurações, dado que a presença da rede determina o comportamento do sistema. 
Sistemas isolados <> sistemas conectados à rede 
 
A rede elétrica representa, do ponto de vista elétrico, uma série de vantagens de funcionamento para 
os sistemas de geração elétrica com energias renováveis de modo geral, especialmente os eólico, que 
se conectam a ela: em primeiro lugar, a estabilidade elétrica (entendida como a manutenção da 
frequência e da tensão do sistema dentro de umas gamas definidas) é controlada pelo operador da 
rede, alheio ao desenho do sistema que se conecta à rede, evitando assim a necessidade de que seja 
o próprio sistema o encarregado de manter ambos parâmetros (facilitando, definitivamente, o 
controle); por outra parte, as necessidades de armazenamento são mínimas, o que permite prescindir 
de um dos elementos mais complicados do sistema de geração elétrica: a acumulação. Estas 
vantagens facilitaram o grande desenvolvimento das máquinas conectadas à rede. 
 
Contudo, historicamente a maior parte de aerogeradores elétricos estiveram conectados a sistemas 
isolados da rede. Estes geradores eólicos eram de pequeno tamanho, normalmente menores de 5 
kW, e estavam tradicionalmente situados em zonas em que a rede elétrica convencional não está 
disponível. 
 
Hoje em dia, as formas de proporcionar eletricidade a uma aplicação que não disponha de 
rede elétrica convencional são três: 
 
 
 
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 A extensão da rede até nossa aplicação: em função da distancia da rede mais próxima, a 
orografia, a potência elétrica,..., seria calculado o custo desta opção. 
 A instalação de um grupo eletrógeno: permite a geração isolada com uma tecnologia 
conhecida e testada, mas com inconvenientes de manutenção, fornecimento de combustível 
e ruído, principalmente. 
 Há poucos anos, estas eram as únicas soluções disponíveis. Agora existe uma terceira, que 
consiste na inclusão de energias renováveis. Esta solução pode ser independente 
(somente renovável) ou complementar a do grupo eletrógeno. 
 
Para concluir esta breve análise comparativa entre sistemas isolados e sistemas conectados à rede, 
convém destacar que a tendência esperada das redes elétricas convencionais, a geração distribuída, 
assemelha-se cada vez mais ao comportamento dos sistemas isolados. Ainda que possa parecer uma 
incongruência, pois são sistemas que dispõem de rede elétrica convencional, o certo é que na medida 
em que aumenta a potência distribuída frente à potência centralizada, a rede tende a comportar-se 
cada vez mais como um grande sistema isolado. 
O acoplamento em potência como origem das configurações básicas 
 
Para os sistemas conectados à rede, como já se comentou, a rede se encarrega do acoplamento em 
potência (nesta escala de geração, a rede é considerada ideal: a rede é capaz de assumir toda a 
potência que lhe seja fornecida e é capaz de fornecer toda a potência que se lhe seja demandada), 
de modo que este não é um aspecto que o desenhador da instalação deve considerar, resultando 
assim o sistema mais simples. 
 
Não ocorre o mesmo ao desenhar uma planta isolada com energia renovável, em que o principio do 
acoplamento em potência é básico para conseguir manter a estabilidade elétrica. Na ausência de 
qualquer tipo de armazenamento, a potência fornecida pelo sistema de geração renovável deve 
igualar-se à consumida pelas cargas. Entretanto, não existe essa coincidência de maneira natural, já 
que as renováveis, como o vento, tendem a produzir um fornecimento com um marcado carácter 
intermitente, enquanto os consumos requerem perfis mais estáveis, ainda que também com 
variações que dependem das aplicações. O desafio básico é, portanto, criar alguma arquitetura e 
estratégia de controle para o sistema que permita alcançar o equilíbrio de potência. Há três maneiras 
de conseguir este acoplamento: 
 
1. Gestão da geração: o objetivo é fornecer à planta a potência que necessite em 
cada momento. Isso se traduz em uma solução híbrida, geralmente com energia solar e 
eólica, que necessariamente inclui algum meio de armazenamento de energia elétrica de 
longo prazo (normalmente baterias), podendo incluir também algum grupo eletrógeno. 
Aplica-se onde os consumos a alimentar são principais ou dedicados, isso é, devem ser 
atendidos quando o usuário o requeira. 
2. Gestão do consumo: o objetivo é variar a caraterística do consumo para que siga a 
geração de potência. Isto pode ser conseguido regulando a potência dos consumos. Esta 
gestão obviamente somente pode ser utilizada em aplicações nas quais não existam 
consumos principais, sendo os consumos reguláveis pelo sistema (são atendidos quando o 
sistema decide). 
3. Gestão integrada: aplica-se o controle nos dois lados. Neste caso, no sistema coexistiriam 
consumos principais, que necessitam ser atendidos quando o usuário o deseja, e consumos 
reguláveis, gerenciados pelo controle central do sistema. 
 
Cada uma destas três estratégias de gestão enseja um tipo de solução, definindo assim os três tipos 
básicos de sistemas isolados que foram introduzidos anteriormente e que serão utilizados tanto neste 
capítulo, quanto no seguinte: 
 
 
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1. Sistemas com baterias, híbridos: corresponde-se com a gestão da geração, são 
sistemas de pequena potência (<50kW), e solucionam as necessidades de eletrificação rural 
de pequena potência e as necessidades de aplicações isoladas. 
2. Sistemas sem acumulação elétrica: neles se aplica a gestão do consumo. 
Solucionam a necessidade de acesso à água através de sistemas de bombeamento e/ou 
dessalinização, e também em aplicações de geração de hidrogênio ou geração combinada 
eólico-hidráulica. 
3. Sistemas eólico-diesel: aplicam uma gestão integrada. Esta solução costuma ser 
adoptada em sistemas de maior potência, nos quais uma gestão energética apropriada é 
muito recomendável. Solucionam as necessidades de núcleos de população de certo tamanho 
e são aplicados aos problemas propostos pela geração distribuída. 
 
 
Possíveis componentes nos sistemas com mini-eólica 
 
Nas seções anteriores descreveu-se tanto a tecnologia de geração eólica de pequena potência, 
quanto o recurso eólico a partir do qual funciona. O conhecimento necessário para familiarizar-se 
com a tecnologia de geração eólica de pequena potência se completa com a aplicação, a 
configuração em que será incluída esta geração eólica. Nesta seção descrevem-se os outros 
componentes que podem fazer parte da configuração a que se une a geração mini-eólica, enquanto 
na próxima seção serão descritos com mais detalhe as aplicações típicas em que se utiliza esta forma 
de geração. 
 
Em sistemas com mini-eólica conectados à rede, com frequência não existe outro componente além 
do aerogerador, das proteções e dos contadores. Em sistemas com mini-eólica isolados da rede a 
situação é diferente, contando com os seguintes componentes: 
 
1. O aerogerador 
2. Outras formas de geração renovável 
3. Controle do sistema 
4. Sistema de Armazenamento de energia 
5. Grupo eletrógeno 
6. Consumos 
O aerogerador já foi descrito extensamente em seções anteriores, de modo que passam-se a 
descrever os demais componentes, mas de uma forma muito mais resumida. 
Outras formas de geração renovável: fotovoltaica e mini-hidráulica 
 
Neste módulo enfoca-se a geração mini-eólica, mas se tivéssemos que estudar os sistemas isolados 
com renovável,