Resenha1_Carlos_Jr

Prévia do material em texto

SISTEMAS DE ENERGIA EÓLICA 
Resenha 1 
Capítulo 4 
Aluno: Carlos Jose Ramos Souza Junior 
Livro: Fundamentos de Energia Eólica, Milton de Oliveira Pinto - Rio de Janeiro: Editora 
LTC, 2014. 
 
O vento é o ar em movimento e o que gera tal movimento é a circulação das 
camadas de ar provocada pelo aquecimento desigual do planeta. 
O vento é uma grandeza vetorial. A direção do vento indica a direção de onde 
ele provém. Geralmente o vento sofre algumas flutuações, e o nível de perturbação 
vindo de tais flutuações é chamado de rajada. A convecção atmosférica é o resultado da 
instabilidade meteorológica em uma determinada massa de ar. A instabilidade provém 
principalmente da diferença de temperatura em diferentes camadas da atmosfera. A 
convecção atmosférica é responsável por boa parte das condições meteorológicas 
adversas do mundo. 
A atmosfera terrestre é apenas um dos cinco sistemas que determinam o clima 
na terra, além da criosfera, biosfera, litosfera e hidrosfera. A meteorologia faz uma 
divisão por camadas segundos as características térmicas. A temperatura do ar decresce 
com a altitude da ordem de −6,5℃/𝑘𝑚. O ar atmosférico é constituído por diferentes 
gases que estão ligados a superfície terrestre pela gravidade, com a rarefação do ar 
aumentando com altitude. Em meteorologia, considera-se que largura da atmosfera 
terrestre está entre 80 𝑘𝑚 e 100𝑘𝑚, sendo que apenas 1,6% do raio médio da terra. A 
atmosfera é dividida em quatro camadas: troposfera, estratosfera, mesosfera e 
termosfera, junto com a ionosfera e a exosfera. As primeiras são separadas por três 
zonas de transição: troposfera, estratosfera e mesosfera. Ver figura 1. 
SISTEMAS DE ENERGIA EÓLICA 
 
 Figura 1: camadas atmosféricas do planeta terra. 
Nota: a unidade padrão de pressão no sistema internacional (SI) é o pascal (Pa), em que 1Pa = 
1Newton/1𝑚2. Meteorologistas usam geralmente a unidade milibar (1mb = 100Pa), porém a unidade Pa 
é mais usada. 
 Do ponto de vista meteorológico, a mais importante é a troposfera, pois 
responde por aproximadamente 80% do peso atmosférico e é onde os seres vivos 
podem respirar naturalmente e também é onde acontece a maior parte dos fenômenos 
meteorológicos. Tem cerca de 12km de altura, mas pode alcançar 17km na região 
tropical e 7km nos polos. Na camada limite planetária ocorrem as correntes de vento, 
influenciadas pelo atrito dos ventos com a superfície, os efeitos da superfície são 
importantes, como o ciclo diurno de aquecimento e resfriamento. A diferença de 
temperatura se deve a absorção solar que acontece na parte mais baixa da troposfera, 
ao passo que sua perda ocorre no topo da atmosfera. É isso que mantém o equilíbrio 
térmico geral da terra. A pouco mais de 11km de altura, a temperatura de ar para de 
diminuir com altura. Essa região, onde em média a temperatura do ar permanece 
constante com a altura, é chamada de zona isotérmica. Essa zona marca o final da 
troposfera e o inicio da estratosfera. A fronteira que separa a troposfera é chamada de 
tropopausa. 
SISTEMAS DE ENERGIA EÓLICA 
O vento é a movimentação é movimentação das massas de ar na atmosfera, e, para 
facilitar o estudo, consideramos o vento uma corrente de parcelas de ar. Há cinco forças 
atuando sobre as parcelas de ar: 
1. Força do gradiente de pressão – ocorre quando existe uma mudança de pressão 
do ar de um lugar para outro, existe um dado percentual de gradiente de pressão 
quando a pressão assim varia. O ar tende a mover-se das áreas de pressão mais 
alta para as de pressão mais baixa. 
2. Força de Coriolis – batizada em homenagem ao engenheiro e matemático 
francês, que em 1835 descreveu as leis da mecânica para um sistema de 
referência em rotação, é uma aceleração aparente que tende a desviar um objeto 
que se movimenta livremente devido a rotação da terra. É a consequência de 
observarmos os movimentos do ar a partir de um sistema de referência não 
inercial. Trata-se simplesmente de um sistema de coordenadas fixo sobre a 
superfície, e que gira com ela. 
3. Força centrífuga 
4. Força de atrito 
5. Força de gravidade 
Em grandes altitudes, o ar se move ao longo de linhas que possuem uma mesma 
pressão, as isóbaras. Esse movimento das massas de a uma altitude de mais de 600 m é 
chamado de vento geostrófico. Considera-se que a superfície não tem influência nesse 
fluxo. Em baixas altitudes, as influências da superfície da terra podem ser sentidas a 
partir de uma região chamada de camada-limite. A área da camada-limite próxima ao 
solo é chamada de camada de Prandtl. Fisicamente falando, vento geostrófico é o vento 
horizontal que sopra ao longo de trajetórias retilíneas (paralelo as linhas isóbaras), 
resultante de um equilíbrio entre a força de gradiente de pressão (horizontal e 
perpendicular as linhas isóbaras) e a força de Coriolis. Esse equilíbrio só é 
aproximadamente possível em altitudes nas quais o efeito do atrito possa ser 
desprezado. 
Chama-se de vento gradiente aquele que escoa em torno de uma trajetória curva, 
paralelo as isóbaras, devido ao balanço entre três forças: a força de gradiente de pressão 
(𝐹𝐺𝑃), a força de Coriolis (𝐹𝐶𝑂) e a força centrífuga (𝐹𝐶), e ocorre para ventos em torno 
SISTEMAS DE ENERGIA EÓLICA 
de centros de baixas e de alta pressão em razão da curvatura do fluxo, o ar é sujeito a 
uma força centrífuga dada por 𝑉
2
𝑅⁄ que é dirigida para longe do centro da curvatura 
das trajetórias (em ambos os casos: baixa e alta e pressão), em que R é o raio local de 
curvatura. 
A importância do atrito se da obviamente nos primeiros quilômetros da atmosfera 
mais próximos a superfície. A figura 2 demonstra o que ocorre: 
 
 Figura 2 – (a) vento em alto nível sem atrito e (b) vento na superfície com atrito. 
 
Na superfície, o vento sopra em direção aos centros de baixa pressão 
(convergência) ou para fora do centro de alta pressão (divergência). Ver figura 3. 
 
Figura 3 – A convergência e divergência do vento para situações de baixa e alta pressões no hemisfério 
norte. 
 
SISTEMAS DE ENERGIA EÓLICA 
 
CICLONES, ANTICICLONES E TORNADOS 
Uma região em que o ar relativamente quente se eleva e favorece a formação de 
nuvens e a precipitação. Por isso, tempo nublado, chuva e vento forte estão 
normalmente associados a centros de baixas pressões. Em mapas meteorológicos, são 
simbolizados pela letra B. À medida que o ar flui dos centros de altas pressões para um 
centro de baixas pressões para um centro de baixas pressões, é desviado pela força de 
Coriolis, provocando assim a espiral: no sentido anti-horário no hemisfério norte e no 
sentido horário no hemisfério sul. Ver figura 4. 
 
Figura 4 – Ciclone na superfície (B – convergência em torno de um cento de baixa pressão) e anticiclone 
na superfície (A – divergência em torno de um centro de alta pressão). Note que a mudança de hemisférios 
muda o sentido de rotação. 
E se ar flui dos centros de baixa pressão para os de alta pressão? Simples, 
chamamos de anticiclones. Em um mesmo hemisfério, ciclone e anticiclone tem sentido 
de giros contrários. Ver figura 5. 
SISTEMAS DE ENERGIA EÓLICA 
 
Figura 5 – Sentido das forças envolvidas no vento (a) anticiclone (hemisfério Norte) e (b) ciclone 
(hemisfério sul). 
Uma das mais famosas escalas de vento é a escala de Beaufort, criada em 1805 
pelo irlandês Francis Beaufort (1774-1857), não fazendo referencia direta a magnitude 
da força do vento, mas sim aos efeitos deste nas velas de navio. Com o desenvolvimento 
dos anemômetros e da meteorologia, a escala foi sendo modificada na tentativa de 
torna-la mais atualizada. Ver tabela 1. 
Tabela 1 - A escala de Beaufort 
 
 
SISTEMAS DE ENERGIA EÓLICA 
Um fato comprovado é que nas regiões equatoriais a intensidade anual da 
radiação solar é mais do que nas regiões polares. O motivo disso é a rotaçãoda terra 
está inclinada 23 graus e 45 min em relação ao caminho que faz ao redor do sol (plano 
de órbita). Essa diferença de aquecimento tem consequências. Pressão e temperatura 
são grandezas diretamente proporcionais (segunda lei de Charles e Gay-Lussac). Logo, 
para o equilíbrio do sistema, haverá um fluxo de ar vindo de regiões de menor pressão 
(menor temperatura) para regiões de maior pressão (maior temperatura). 
As massas de ar são imensos corpos de ar que horizontalmente possuem 
características de temperatura e umidade praticamente uniformes. Elas podem cobrir 
milhares de quilômetros quadrados e estão em constante movimento devido as 
diferenças de pressão, partindo de uma região onde a pressão atmosférica é maior para 
regiões onde ela é menor (também pode haver deslocamento devido as diferenças de 
temperatura). Parte da previsão do tempo é uma questão de determinar as 
características de uma massa de ar, prevendo como e por qual motivo elas mudam e em 
qual direção o sistema irá se mover. 
São classificadas em três grupos, de acordo com sua região de origem, as 
influencias sofridas e o seu comportamento termodinâmico, como mostra a tabela 2. 
Tabela 2 – classificação simplificada das massas de ar. 
 
 
As frentes são zonas de transição entre duas massas de ar diferentes densidades. 
Uma vez que as diferenças de densidade são frequentemente causadas por diferenças 
de temperaturas contrastantes. Nesse ambiente, logicamente, os ventos são mais 
fortes. Frequentemente, as frentes também separam as massas de ar com diferentes 
umidades relativas. As massas tem tanto uma extensão horizontal como vertical. 
Quando as frentes se deslocam, o ar frio força o ar quente a subir, ocorrendo desse 
modo a formação de precipitação e nuvens. Uma frente pode ter uma largura entre 5 
km e 50 km, comprimento entre 500 km e 5000 km e uma altura de 3 km a 10 km. Há 4 
SISTEMAS DE ENERGIA EÓLICA 
tipos de frentes: fria, quente, estacionária e oclusa. É dita quente quando há um avanço 
da massa de fria sob a massa de ar quente, e é dita fria quando ocorre o contrário. É dita 
oclusa quando, por ter maior velocidade, uma frente fria ultrapassa uma frente quente, 
causando obstrução e fazendo com que o ar se eleve. A frente estacionária, como o 
próprio nome já diz, ocorre quando não há avanço do ar frio nem do ar quente. 
A brisa marítima e terrestre (ou continental) ocorre quando existe a diferença de 
temperatura entre o continente e a água. Durante dias ensolarados, a superfície do 
continente se aquece mais rapidamente do que a do oceano adjacente. Portanto, surge 
uma faixa de pressão mais baixa sobre o litoral, que produz correntes convectivas 
(cumulus). Acima do oceano, a pressão continua elevada. Portanto, existe um fluxo 
fechado. Quando o vento sopra do mar (ar frio) para o continente (ar morno), temos 
então a brisa marítima (que ocorre durante a noite), e paralelamente, quando o vento 
sopra do continente (ar frio) para o mar (ar morno), temos a brisa terrestre (que ocorre 
durante o dia). Ver figura 6. 
 
Figura 6 – Brisa marítima (a esquerda) e brisa terrestre (a direita). 
Nas regiões montanhosas, nas encostas mais inclinadas e as partes mais estreitas 
dos vales sofrem um aquecimento solar de modo mais forte do que as longas superfícies 
dos picos ou dos vales. Tal situação produz uma brisa de montanha durante a noite e 
uma brisa de vale durante o dia. O ar, na encosta de uma montanha, eleva sua 
temperatura durante o dia, o vento surge geralmente das partes mais inferiores e sem 
inclinação (declive), obrigando assim o ar a subir. Esse vem é a brisa do vale, cuja a 
denominação está ligada à sua origem. Durante a noite, as encostas das montanhas se 
esfriam e, devido a gravidade, o ar frio desce a montanha. Ao amanhecer, esse ar mais 
frio é encontrado no vale, podendo formar um nevoeiro e esse fenômeno e denominado 
brisa da montanha. Ver figura 7. 
SISTEMAS DE ENERGIA EÓLICA 
 
Figura 7 – Brisa do vale (a esquerda) e brisa da montanha (a direita).