Potencial eólico nos municípios de Parnaíba e Paulistana, localizadas no litoral e semiárido, do estado do Piauí.

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1 Potencial eólico nos municípios de Parnaíba e Paulistana, localizadas no litoral e semiárido, do estado do Piauí. Roni Valter de Souza Guedes, ; Francisco José Lopes de Lima, ; ia José Herculano Macedo, ; Francisco de Assis Salviano de Sousa, Bolsista CNPq/CAPES do Programa de Pós-graduação em Meteorologia. s: roniguedes@yahoo.com.br, thescolopes@yahoo.com.br, mariejhm@hotmail.com Professor Associado D.Sc. fassis@dca.ufcg.edu.br Departamento de Ciências Atmosféricas - DCA. Universidade Federal de Campina Grande (UFCG). Av. ígio Veloso,, Bodocongó, Campina Grande-PB/Brasil. ABSTRACT: The aim of this study was to evaluate the potential of wind in the counties of Parnaíba and Paulistana, located on the Coast and Semiarid region in Piauí state, respectively. Based on data of average hourly wind speed of the 9, provided by the INMET, was analyzed the speed variation and wind direction and then determined the wind power of the selected cities. First was identified the wind profile for the meters speed then estimated the parameters of the Weibull distribution to determine the density of wind power monthly average for the year studied. As a result it was found the predominant direction from northeast to Paranaíba and southeast to Paulistana. The seasonal profile showed higher intensities of wind from ust to ember in Paranaiba and from to ober in Paulistana. During those months the two municipalities had potential wind power density above W / m². At the time variation, Paranaíba showed higher wind during the day between : a.m. and :, while Paulistana only between : a.m. and :, with low values during the afternoon. Keywords: Wind power, power density, state of Piaui.. Introdução Com o crescimento econômico e populacional do Brasil, o consumo energético tem aumentado anualmente. A construção de novas usinas hidroelétricas tem sido cada vez mais complicada, devido à localização de espaços favoráveis a produção energética e principalmente pelos efeitos ambientais na formação do lago. Além disso, a geração de energia hidroelétrica sofre variações de acordo com as condições climáticas anuais e, em anos secos, a produção poderá ser menor que a demanda, sendo preciso racionamentos. Assim, o Brasil já investe em fontes secundárias de energia para complementar a geração das usinas hidroelétricas, entre outras fontes, a energia eólica vem ganhando destaque. De acordo com Campos () a redução dos custos da eletrônica está fazendo com que as novas tecnologias obtenham energia do vento de forma muito mais eficiente, tornando a geração de energia eólica economicamente competitiva, inclusive em comparação com o uso de combustíveis fósseis. Mais recentemente, os pequenos aerogeradores têm ganhado espaço como sistemas de geração distribuída em residências e prédios comerciais, sobretudo nos países que já apresentam bom desempenho no uso de energia eólica para a geração de eletricidade. Nos Estados Unidos da América (EUA), por exemplo, o negócio de pequenos aerogeradores já apresenta bom nível de desenvolvimento. Hoje, o Brasil possui cerca de mil peças instaladas (Polito, ). Estudos mostram que o Nordeste Brasileiro detêm quase % do potencial eólico total do Brasil. (Sauer et al., ; Gonçalves, F. F., Barreto et al., ; Silva, et al., ). Segundo (Barreto et al., ), no Estado do Piauí existem duas áreas indicadas como boas para geração de energia eólica, o litoral e o semiárido. Essa afirmativa baseia-se na observação dos campos de vento médio anual e vento médio horário anual. Desse modo, se

2 escolheu um município para representar cada uma das regiões. Parnaíba, por ser a cidade de maior porte do litoral e Paulistana por apresentar maior altitude no semiárido. A presente pesquisa tem por objetivo determinar e analisar, de forma sazonal e horária, o potencial eólico para as estações climatológicas de Parnaíba e de Paulistana, localizadas no Estado do Piauí.. Metodologia Os dados utilizados nesse estudo, velocidades horárias médias do vento e suas respectivas direções são provenientes do Instituto Nacional de Meteorologia - INMET. Os sensores estão instalados a metros acima no nível do solo. Foram analisados os dados das estações de Parnaíba e de Paulistana no Estado do Piauí, para o ano de 9. Foi utilizada uma expressão logarítmica para estimar a velocidade do vento na altura de m, como visto na Eq. (). Nela V( Z r ) é velocidade na altura de referência, m, V( Z ) é a velocidade na altura desejada, Z altura desejada, Zr é a altura de referência e Z é a rugosidade da região, neste caso foi adotado,,m. z ln z V( z) = V( zr ) z r ln z Os parâmetros de Weibull foram determinados seguindo o mesmo procedimento adotado por Kuhnen et al (). k k V f( V) = () c c Em que c é o parâmetro de escala, e positivo, k é o parâmetro de forma, adimensional e positivo e V é a velocidade do vento (). Para descrever o comportamento do potencial eólico de uma região são necessários informações como velocidade média mensal, densidade de potência do vento, fator de capacidade e energia produzida em um ano, pelo menos. Sendo as duas últimas dependentes do aerogerador. Essas informações foram calculadas como descritas em Carvalho, (), Manwell () e Molly (). O fator de forma, k, determina a forma da curva de distribuição de Weibull. Esse parâmetro nos dá idéia da regularidade dos ventos, ou seja, quanto maior o valor de k, maior será a regularidade dos ventos em termos de velocidade e mais estreita será a curva de distribuição. O parâmetro de escala, c, é o fator característico da distribuição e apresenta a mesma unidade de medida que a grandeza analisada, (Castro, ). P v A densidade de potência eólica ( ) do fluxo instantâneo do vento (W/m²) foi calculada com base nos parâmetros de Weibull onde é dada por: Pv = ρe( V ) () Em que EV ( ) é o terceiro momento centrado na origem e dado, para a distribuição de Weibull, por: EV ( ) = cγ + () k em que Γ é a função matemática gama.. Resultados e discussão As Figuras de a caracterizam o comportamento do vento nas duas estações selecionadas. Na Figura a, em Parnaíba, a velocidade média mensal a m de altura ()

3 apresenta seus maiores valores nos meses de agosto a dezembro acima de,. Enquanto em Paulistana, esses valores ocorrem entre maio e outubro, Figura b. É interessante observar que o comportamento do vento está diretamente associado à precipitação, já que os meses com maiores velocidades do vento são justamente aqueles de menor precipitação. As menores precipitações em Parnaíba ocorrem de agosto a dezembro e em Paulistana, de maio a agosto, segundo Macedo et al., 9. a b Variação sazonal - Parnaíba m Variação sazonal - Paulistana Figura. idade média mensal do vento a e m, (a) Parnaíba e (b) Paulistana m A Figura exibe a direção média mensal do vento. Ambas as cidades apresentam pouca variação sazonal na direção, indicando que o comportamento termodinâmico é invariante no tempo e o vento predominante é pouco variável. Em Parnaíba tem origem no litoral e em Paulistana predomina ventos de sudeste, provavelmente devidos os ventos alísios. a b Direção (graus) Variação Sazonal - Parnaíba Variação Sazonal - Paulistana Figura. Variação média mensal da direção do vento, (a) Parnaíba e (b) Paulistana A Figura exibe uma visão melhor das direções do vento em termos percentuais, caracteriza melhor o evento e facilita a análise da direção predominante. Na rosa dos ventos, Figura a, pode ser visto que Parnaíba apresenta cerca de % das direções divididas entre nordeste e leste, esse fato pode significar perda de potencial energético, haja vista que essa mudança não tem época fixa. Os resultados da Figura a, quando comparados com os da Figura a (médias direcionais abaixo de graus) percebe-se que é preciso uma análise mais minuciosa desses resultados. Por outro lado, Paulistana apresenta em % do tempo a direção fixa de sudeste. A comparação dos resultados mostrados na Figuras b com os da Figura b, pode-se afirmar que a direção predominante do vento ocorre de março a outubro, justamente os meses com maiores valores de intensidade de vento. Assim, o município de Paulistana apresenta boas para geração de energia eólica. Na Figura pode ser visto a variação da velocidade horária do vento. Em Parnaíba as velocidades máximas acompanham os valores de radiação, com aumento depois das h e redução após as h. Esse resultado sugere que a principal origem dos ventos é o sistema de brisa marítima. Direção (graus)

4 Figura. Rosa dos ventos para Parnaíba (a) e Paulistana (b) O fenômeno de brisa é mais intenso quando o contraste térmico entre o continente e o oceano é maior. Esse fato justifica os resultados da Figura a e b, além da associação com a precipitação, como já citado. No município de Paulistana, as velocidades máximas ocorrem apenas nas primeiras horas da manhã. Esse comportamento pode ser explicado pelo fenômeno de brisa vale/montanha, haja vista que o município tem cerca de 9 m de altitude. a b Variação horária - Parnaíba Horas m Variação horária - Paulistana Horas m Figura. Variação da velocidade do vento média horária a e m, Parnaíba (a) e Paulistana (b). As Figuras a e b apresentam os valores da variação média da densidade de potência. Comparando as duas figuras nota-se que a potência a m de altura é maior que o dobro da potência a m. O município de Parnaíba se destaca com valores acima de W/m² nos meses de agosto a dezembro e de Paulistana apresenta valores acima de W/m² entre os meses de maio a outubro. a b W/m² Densidade para m Parnaíba Paulistana W/m² 9 Densidade para m Parnaíba Paulistana Figura. Variação média mensal na densidade de potência em Parnaíba e Paulistana, para m (a) e m (b).

5 . Conclusão e sugestão As duas regiões do Estado do Piauí, litoral e semiárido, apresentaram resultados satisfatórios, com melhor resultado para o município de Paulistana visto que apresenta direção fixa para as maiores intensidades de vento. Já em Parnaíba sugere-se a análise da direção do vento em escala temporal menor a fim de se entender melhor suas mudanças. Como continuidade deste estudo é interessante se realizar simulação com um aerogerador comercial, adicionando-se também os resultados do fator de capacidade, mensal e anual; bem como a energia potencial de saída, mensal e anual.. Agradecimentos Os autores agradecem ao INMET pelo fornecimento dos dados, ao CNPQ/CAPES pelo fornecimento das bolsas de estudo e a UFCG pelo apoio institucional e ajuda de custo.. Referências bibliográficas BARRETO, A. B., ARAGÃO, M. R. S. Estudo do Ciclo Diário do Vento à Superfície no Nordeste do Brasil. Congresso Brasileiro de Meteorologia, foz do Iguaçu PR. Agosto de. CDROM. CAMPOS, F. G. R. Geração de Energia a Partir de Fonte Eólica com Gerador Assíncrono Conectado a Conversor Estático Duplo. f. Dissertação, Escola Politécnica da Universidade de São Paulo,. CARVALHO, P. Geração Eólica. Fortaleza: Imprensa Universitária,. f. CASTRO, R. M. C. Introdução à Energia Eólica. Portugal, Lisboa: Universidade Técnica de Lisboa,. f. GOLÇALVES, F. F.. Energia eólica distribuída Estudo da tecnologia e avaliação de viabilidade técnica no Estado da Bahia. Monografia. Universidade Federal da Bahia,. KUHNEN, G., PASSOS, J.C., COLLE, S., REGUSE, W., BEYER, H.G; Metodologia de Avaliação do Potencial de Geração Eólica para o Estado de Santa Catarina. III Congresso Nacional de Engenharia Mecânica.. MANWELL, J.F., MCGOWAN, J.G., ROGERS, A.L.,. Wind Energy Theory, Design andapplication. Ed. John Wiley & Sons, LTD. MACEDO, M. J. H.; BRAGA, C. C.; DANTAS, F. R. C.; SILVA, E. D. V. Variabilidade espacial e da pluviometria no Estado do Piauí. º Simp. Inter. de Climatologia. Canela: Sociedade Brasileira de Meteorologia, outubro, 9. MOLLY, J. P.,, Centrais Eólicas: Técnicas, Planejamento, Financiamento, Verificação-Curso de Energia Eólica. Fortaleza, Ceará, Brasil. POLITO, R. Os ventos sopram a favor. Revista Brasil Energia. Editora Brasil Energia. Rio de eiro, nº, pg. a,. SAUER, I. L.; QUEIROZ, M. S.; MIRAGAYA, J. C. G.; MASCARENHAS, R. C.; JÚNIOR, A. R. Q.; Energia Renováveis: Ações e Perspectivas na Petrobras. Bahia Análise e Dados. Salvador. v., n., 9-.. SILVA, B. B; ALVES, J. J. A; CAVALCANTI, E. P; DANTAS, R. T. Potencial Eólico na Direção Predominante do Vento no Nordeste Brasileiro. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v., n., -9,.