potencial de bombeamento eólico uma metodologia de analise · universidade federal de pernambuco...
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
Potencial de Bombeamento eólico: uma metodologia de análise
DISSERTAÇÃO SUBMETIDA À UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO PARA
OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM ENGENHARIA MECÂNICA
Autor: Candido Requião Ferreira
Orientador: Dr. Alexandre de Lemos Pereira
Co-orientador: Pedro André Rosas
Recife, abril de 2006.
F383p Ferreira, Cândido Requião
Potencial de bombeamento eólico: uma metodologia de análise / Cândido Requião Ferreira. - Recife: O Autor, 2006.
xi,117 f., il. (algumas color.), mapas, gráfs., tabs. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal de
Pernambuco. CTG. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, 2006.
Inclui referências e anexos. 1. Engenharia Mecânica. 2. Energia eólica. 3.
Bombeamento eólico – potencial. I. Título. 621 CDD (22. ed.) BCTG/2006-76
Dedico este trabalho a meus filhos Candido Junior, Lorena e Camila,
À minha esposa Silvana à minha mãe Aurora
e o meu pai Ederval (in memoriam). Cada um, a seu modo,
souberam contribuir com esta conquista.
AGRADECIMENTOS A Deus, em primeiro lugar, por me permitir ir tão longe;
Aos meus amigos de curso, Daniel Nipo, Wellington Ferreira, Claudemiro, Rodrigo, Andréa,
Helder Cristino;
Aos meus amigos de Jequié, que mesmo longe, não deixaram de torcer por minha vitória;
Aos meus mestres deste curso os Dr. Pedro Rosas e o Dr. Alex Maurício;
Aos meus cunhados Silvia e Hudson
À minha sogra Zorilda
À minha amiga a Biomédica Amara Marlene Soares
À Rosinaldo Silva, por ter contribuído significativamente pelo sucesso deste trabalho;
Ao meu orientador, o Dr. Alexandre, que me ajudou a vencer as dificuldades;
À Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia pelo financiamento de meus estudos;
Aos colegas do DQE;
RESUMO A água e a energia representam importantes insumos para a humanidade e, atualmente,
muitos debates enfocam como mitigar os efeitos da baixa oferta de água e energia que aflige
muitas regiões do mundo. No Brasil, o Nordeste é o principal exemplo de como a escassez de
água castiga e dissemina miséria, fome e baixa auto-estima de comunidades inteiras. Mas nem
tudo está perdido, pois a existência de um bom potencial eólico, presente na maior parte das
regiões do Nordeste, associado à presença de águas subterrâneas indica que é viável investir
em uma solução que utiliza turbinas eólicas para gerar eletricidade e acionar bombas
submersas, principalmente em locais muito distantes da rede elétrica.
Este trabalho tem como principal meta apresentar um procedimento para mapeamento
de vazão de água bombeada por energia eólica de uma região. Um estudo de caso para uma
área do Estado da Bahia exemplifica como este mapeamento do potencial de bombeamento
eólico pode identificar regiões capazes de fornecer água às comunidades residentes nos mais
distantes locais aonde a rede elétrica convencional ainda não chegou, ou que se faz presente,
mas está ainda restrita àqueles mais abastados. Além da ferramenta de simulação de
bombeamento eólico, são apresentados estudos e análises das características de vento, que
alimentam o programa, em função dos mapas de potencial eólico existentes e dos dados de
vento disponíveis coletados na superfície.
ABSTRACT Water and energy represent important needs for humanity and, nowadays, lots of
debates focus on how to reduce the effects of unavailability of these resources on several
regions around the world. In Brazil, the Northeast region is the main example about the
increase of poverty, starvation, and communities depression created by the scarcity of potable
water. But there is still hope, the existence of large wind power resources, identified in most
areas of the Northeast, and also the abundant presence of groundwater indicates that it is
feasible to try a solution that uses wind turbines to generate electricity and drive submersible
centrifugal pumps, mainly in remote sites far from the grid.
The principal goal of the work is to present a procedure for mapping the wind electric pumped
water in an area. A case study for a region in the State of Bahia exemplifies the use of the
mapping procedure to identify areas where it is possible to use wind turbines to supply water
to small communities located far from the grid.
This thesis presents a computational tool for the simulation of wind electric pumped water
and the analyses of the wind characteristics, main inputs for the program, based on existent
wind atlases and available surface wind data.
SUMÁRIO
AGRADECIMENTOS......................................................................................................................................... V
RESUMO .............................................................................................................................................................VI
ABSTRACT ....................................................................................................................................................... VII
SUMÁRIO.........................................................................................................................................................VIII
SIMBOLOGIA ..................................................................................................................................................... X
LISTA DE FIGURAS .......................................................................................................................................... X
LISTA DE TABELAS.........................................................................................................................................XI
1 INTRODUÇÃO............................................................................................................................................ 4
1.1 PROBLEMÁTICA..................................................................................................................................... 4 1.2 JUSTIFICATIVA ...................................................................................................................................... 5 1.3 OBJETIVOS............................................................................................................................................ 6
1.3.1 Gerais .............................................................................................................................................. 6 1.3.2 Específicos....................................................................................................................................... 6
1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO................................................................................................................... 6
2 ÁGUA E ENERGIA .................................................................................................................................... 7
2.1 ENERGIA EÓLICA .................................................................................................................................. 7 2.1.1 A Potência Eólica ............................................................................................................................ 8 2.1.2 O Potencial Eólico........................................................................................................................... 9
2.2 O POTENCIAL EÓLICO BRASILEIRO..................................................................................................... 10 2.3 ÁGUAS SUBTERRÂNEAS...................................................................................................................... 11 2.4 CAPTAÇÃO DE ÁGUAS SUBTERRÂNEAS............................................................................................... 13
3 BOMBEAMENTO EÓLICO.................................................................................................................... 15
3.1 TURBINAS EÓLICAS............................................................................................................................. 16 3.1.1 Turbinas de Pequeno Porte ........................................................................................................... 17 3.1.2 Caracterização das Turbinas de Pequeno Porte ........................................................................... 17
3.2 BOMBAS.............................................................................................................................................. 22 3.2.1 Classificação e Descrição das Bombas......................................................................................... 22 3.2.2 Potência Hidráulica ...................................................................................................................... 23 3.2.3 Desempenho de uma Bomba centrífuga ........................................................................................ 24
3.3 SISTEMA TURBINA EÓLICA BOMBA......................................................................................... 25
4 METODOLOGIA...................................................................................................................................... 26
4.1 A FERRAMENTA DE SIMULAÇÃO ......................................................................................................... 27 4.2 MÉTODOS DE MCP ............................................................................................................................. 32 4.3 CARACTERIZAÇÃO DA REGIÃO SUDOESTE DA BAHIA .......................................................................... 33 4.4 CÁLCULO DA VAZÃO DE BOMBEAMENTO ........................................................................................... 37 4.5 VALIDAÇÃO DOS RESULTADOS DE BOMBEAMENTO............................................................................ 39
4.5.1 Validação dos dados de vento ....................................................................................................... 39 4.5.2 Validação dos resultados de bombeamento................................................................................... 43
5 MAPEAMENTO DE BOMBEAMENTO EÓLICO................... ............................................................ 48
5.1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................................................... 48 5.2 FERRAMENTAS UTILIZADAS ................................................................................................................ 49
6 RESULTADOS .......................................................................................................................................... 51
6.1 RESULTADOS DO BOMBEAMENTO....................................................................................................... 51 6.2 MAPAS DE BOMBEAMENTO................................................................................................................. 54
7 AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS........................................................................................................ 62
8 REFERÊNCIAS......................................................................................................................................... 64
ANEXOS .............................................................................................................................................................. 66
ANEXO I- RESUMO DOS RESULTADOS MÉDIOS DE CADA LOCAL SIMULADO................................ 67
ANEXO II – RESULTADOS DAS SIMULAÇÕES DE VAZÕES..... ............................................................ 68
ANEXO III – PROGRAMAS UTILIZADOS................... ................................................................................ 82
ANEXO IV – TURBINAS EÓLICAS UTILIZADAS NAS SIMULAÇÕ ES .................................................91
ANEXO V – MAPAS DE LOCALIZAÇÃO DE ALGUNS POÇOS NA R EGIÃO SUDOESTE ................ 93
ANEXO VI – SUMÁRIOS DAS PCDS ........................................................................................................... 101
SIMBOLOGIA Símbolo Unidade Denominação
A m² Área varrida pela pá de um rotor eólico Ph W Potência de uma bomba hidráulica P W Potência de uma turbina eólica ρw kg/m³ Massa específica da água ρ kg/m³ Massa específica do ar Q m³/h Vazão H m Altura manométrica total g m/s² Intensidade do campo gravitacional terrestre V m/s Velocidade média de um fluido p Pa Pressão ηp adimensional Eficiência de bombeamento Pm W Potência mecânica ω Hz Freqüência rotacional da bomba T ºC Temperatura T Nm Torque da bomba η adimensional Rendimento mecânico da turbina eólica cp adimensional Coeficiente de potência da turbina eólica E J Energia cinética
Se tiveres que tratar com água, consulta primeiro a experiência e
depois a razão. (Leonardo da Vinci)
LISTA DE FIGURAS Figura 1.1 Mapa de distribuição de poços subterrâneos na Bahia ----------------------------------4 Figura 1.2 Mapa eólico do Nordeste: -------------------------------------------------------------------5 Figura 2.1 Modelo de três células da circulação geral da atmosfera.-------------------------------7 Figura 2.2 Potencial Eólico Brasileiro. --------------------------------------------------------------- 11 Figura 2.3 Ciclo hidrológico.--------------------------------------------------------------------------- 12 Figura 2.4 Representação esquemática dos aqüíferos do Nordeste. ------------------------------ 13 Figura 3.1 Antiga turbina eólica datada de Pérsia 200 anos A.C.. ------------------------------- 15 Figura 3.2 Evolução comercial de turbinas eólicas.------------------------------------------------- 17 Figura 3.3 Componentes de uma turbina de pequeno porte. --------------------------------------- 18 Figura 3.4 Curva de potência de uma turbina eólica de pequeno porte. ------------------------- 19 Figura 3.5 Curva de potência típica de uma turbina eólica ---------------------------------------- 19 Figura 3.6 Turbina de três pás. Fonte: Lima Jr.------------------------------------------------------ 20 Figura 3.7 Tipo de turbina segundo o eixo de rotação do rotor ----------------------------------- 20 Figura 3.8 Turbina downwind-------------------------------------------------------------------------- 21 Figura 3.9 Uso de turbinas eólicas de pequeno porte com bombas------------------------------- 21 Figura 3.10 Curva característica de bomba centrífuga submersa --------------------------------- 24 Figura 3.11 Tipos de turbinas eólicas e bombas associadas --------------------------------------- 25 Figura 3.12 Curva Cp-Lâmbda de turbinas eólicas.------------------------------------------------- 26 Figura 3.13 Curva Cq- Lâmbda de turbinas eólicas.------------------------------------------------ 26 Figura 4.1Fluxograma da Ferramenta de simulação de Bombeamanto -------------------------- 27 Figura 4.2 PCD típica do CPTEC/INPE. ------------------------------------------------------------- 28 Figura 4.3 Exemplos de problemas encontrados em séries temporais.--------------------------- 28 Figura 4.4 Série corrigida sem normalização -------------------------------------------------------- 29 Figura 4.5 Série Normalizada de Brumado----------------------------------------------------------- 30 Figura 4.6 Série corrigida pelo mapa eólico --------------------------------------------------------- 31 Figura 4.7 Região Sudoeste da Bahia. ---------------------------------------------------------------- 34 Figura 4.8 Tipos de uso dos poços da região Sudoeste da Bahia --------------------------------- 37 Figura 4.9 Gráfico comparativo dos dados de vento da PCD de Anagé com os dados obtidos da Grundfos. ---------------------------------------------------------------------------------------------- 40 Figura 4.10 Gráfico comparativo dos dados de vento da PCD de Brumado com os dados obtidos da Grundfos ------------------------------------------------------------------------------------- 40 Figura 4.11 Gráfico comparativo dos dados de vento da PCD de Jaguaquara com os dados obtidos da Grundfos ------------------------------------------------------------------------------------- 41 Figura 4.12 Gráfico comparativo dos dados de vento da PCD de Jequié com os dados obtidos da Grundfos ----------------------------------------------------------------------------------------------- 41 Figura 4.13 Gráfico comparativo dos dados de vento da PCD de Marcionílio Souza com os dados obtidos da Grundfos.----------------------------------------------------------------------------- 42 Figura 4.14 Gráfico comparativo dos dados de vento da PCD de Milagres com os dados obtidos da Grundfos ------------------------------------------------------------------------------------- 42 Figura 4.15 Curva de potência da turbina Whisper H80 com curva de ajuste.------------------ 44 Figura 4.16 Curva de Potência da Enersud Gerar 164.--------------------------------------------- 44 Figura 4.17 Curva de rendimento de bombeamento da bomba Grundfos SQF 2.5-2 para altura máxima de bombeamento de 30 metros.-------------------------------------------------------------- 45 Figura 4.18 Dia típico do mês de julho de Brumado.----------------------------------------------- 45 Figura 4.19 Comparação de vazão simulada MCP-Grundfos.------------------------------------ 46 Figura 4.20 Comparação entre as vazões MCP-Grundfos----------------------------------------- 47 Figura 5.1 Temperatura média anual na superfície.------------------------------------------------- 48 Figura 5.2 Interface gráfica do Surfer 8 -------------------------------------------------------------- 49
Figura 6.1 Gráfico de Vazão Mensal Média --------------------------------------------------------- 51 Figura 6.2 Gráfico de Volume Mensal Médio Brumado ------------------------------------------- 52 Figura 6.3 Número de Famílias Atendidas - Brumado. -------------------------------------------- 52 Figura 6.4 Dia Típico de Bombeamento Brumado. ------------------------------------------------- 53 Figura 6.5 Vazão Média por Estação. ----------------------------------------------------------------- 53 Figura 6.6 Mapa 3-D de Altitudes da região Sudoeste da Bahia --------------------------------- 54 Figura 6.7 Mapa de Bombeamento de Turbina Bergey XL.1 164 -------------------------------- 55 Figura 6.8 Mapa 3-D da vazão de bombeamento - Turbina Bergey XL.1----------------------- 55 Figura 6.9 Mapa de Bomeamanto de água - Turbina Whisper H80 ----------------------------- 56 Figura 6.10 Mapa 3D de bombeamento de água - Turbina Whisper H80 ----------------------- 56 Figura 6.11 Mapa de Bombeamento de água - Turbina Enersud Garar 164-------------------- 57 Figura 6.12 Mapa 3D de Bombeamento de água da Turbina Gerar 164 ------------------------- 57 Figura 6.13 mapa de Bombeamento da Região Sudoeste da Bahia - Verão--------------------- 58 Figura 6.14 Mapa 3D do bombeamento eólico - verão--------------------------------------------- 58 Figura 6.15 Mapa de bombeamento eólico - outono------------------------------------------------ 59 Figura 6.16 Mapa 3D do bombeamento eólico - outono ------------------------------------------- 59 Figura 6.17 Mapa de bombeamento eólico da região Sudoeste - inverno ----------------------- 60 Figura 6.18 Mapa 3D do bombeamento eólico - inverno------------------------------------------ 60 Figura 6.19 Mapa de bombeamento eólico da região Sudoeste da Bahia - primavera--------- 61 Figura 6.20 Mapa 3D do bombeamento eólico - primavera --------------------------------------- 61
LISTA DE TABELAS
Tabela 2-1 Potencial de exploração de água subterrânea no Nordeste.....................................12 Tabela 4-1 Parâmetros eólicos após correção por MCP...........................................................32 Tabela 4-2 Critérios para amostragem de poços avaliados ......................................................35 Tabela 4-3 Totais de poços cadastrados e analisados por microrregião...................................35 Tabela 4-4 Profundidades médias do poços da região Sudoeste da Bahia...............................36 Tabela 4-5 Vazões médias dos poços da região Sudoeste da Bahia........................................36 Tabela 4-6 Resultado comparativos entre velocidades médias entre MCP e Grundfos...........39 Tabela 4-7 Configuração para simulação. ................................................................................43
4
1 INTRODUÇÃO
1.1 Problemática
A região do Nordeste do Brasil, mais precisamente o semi-árido nordestino, apresenta
grandes problemas devido à falta de água potável para a população. Nessa região existem
comunidades carentes, com recursos econômicos escassos e ausência de energia elétrica
convencional (ROHATGI,1994 et all).
O retrato evidenciado por Lima Junior é ainda mais devastador se considerarmos que o
Brasil é um dos países que tem o maior caudal fluvial do planeta e as disponibilidades de água
para estas comunidades dependem de ações políticas não muito ortodoxas aliado às distorções
sócio-ambientais dessas regiões.
Aliado a isto, há um grande número de poços subterrâneos perfurados no Nordeste e
expressivamente na Bahia, como mostra a Figura 1.1, com a distribuição de poços cadastrados
no Sistema de Informações de Águas Subterrâneas (SIAGAS) gerenciado da Companhia de
Pesquisa Minerais (CPRM).
Figura 1.1 Mapa de distribuição de poços subterrâneos na Bahia.
Fonte: SIAGAS/CPRM
5
A Bahia tem um total de 9.945 poços cadastrados no banco de dados SIAGAS, sendo
maioria está concentrada na região central da do estado onde se pode perceber as regiões
Sudoeste, Chapada Diamantina, Norte, Recôncavo, com uma distribuição esparsa nas regiões
Oeste e Sul, num universo muito amplo para o desenvolvimento de prospecção de água das
camadas subterrâneas através de energia eólica.
Neste trabalho os poços da região Sudoeste da Bahia foram avaliados para a obtenção
de dados necessários à simulação.
1.2 Justificativa
A possibilidade do aproveitamento de energia eólica apresentado com a avaliação do
potencial eólico do estado da Bahia e Nordeste (CBEE) e também associado aos poços já
existentes em todo o território traz à tona a associação à informação da existência de energia
eólica no estado, como mostrado na Fig. 1.2.
Figura 1.2 Mapa eólico do Nordeste:
Fonte CBEE
6
Confrontando os dois mapas, representados nas Fig. 1.1 e 1.2, podem ser observadas
as possibilidades de aproveitamento são bastante claras. Há vento disponível e há poços que
necessitam de energia para fornecer água para as comunidades.
1.3 Objetivos
1.3.1 Gerais
Desenvolver um procedimento para elaborar um mapa de potencial de bombeamento
eólico para um área utilizando um sistema composto por uma turbina eólica de pequeno porte
e uma bomba centrífuga submersa.
1.3.2 Específicos 1. Desenvolver uma ferramenta para simular o bombeamento de água com turbinas de
pequeno porte;
2. Avaliar as condições de vento dos locais onde os poços estão instalados;
3. Avaliar as condições de uso dos poços da Região Sudoeste da Bahia;
4. Simular a vazão média bombeada por microrregião;
5. Simular a vazão média bombeada por mês;
6. Simular o volume total bombeado por mês;
7. Avaliar o tamanho das comunidades passíveis de serem atendidas pelo sistema;
8. Elaborar um mapa de bombeamento eólico para a região Sudoeste da Bahia;
1.4 Estrutura do Trabalho
Este trabalho foi estruturado de maneira a estabelecer a relação entre vento e a
possibilidade de uso dessa energia para captação de água nos poços subterrâneos da região
Sudoeste da Bahia.
O capitulo 2 aborda informações sobre água e energia eólica caracterizando como a
energia eólica é obtida e também como as águas subterrâneas podem estão disponíveis.
O capítulo 3 trata do bombeamento eólico propriamente dito discutindo os modos como
as turbinas eólicas associadas a bombas permitem captar águas das mais diversas fontes.
O capítulo 4 apresenta a metodologia de trabalho, a ferramenta construída para simular
os bombeamentos para os diversos poços considerados.
No capítulo 5 uma abordagem sobre o mapeamento de informações é discutida e
finalmente nos capítulos 6 e 7 são apresentados os resultados e avaliados.
7
2 ÁGUA E ENERGIA
Este capítulo destina-se a discutir como a energia eólica esta disponível na atmosfera, seu
potencial no Brasil e na região Sudoeste da Bahia. A caracterização dos dados coletados na
região. Em seguida, será feita uma abordagem das águas subterrâneas de maneira geral e de
como são as tecnologias de aproveitamento desse recurso.
2.1 Energia Eólica
O vento é fenômeno atmosférico que ocorre sistematicamente em todo o planeta com
intensidades variáveis, mas nunca inexistentes, pois qualquer local do mundo considerado tem
vento.
A fonte da energia eólica é Sol que, ao incidir de forma diferenciada sobre as camadas
da atmosfera e a superfície terrestre e sobre os oceanos cria regiões de gradientes de
temperatura estabelecendo locais de massas especificas do ar também diferenciadas. Dessa
forma, nos locais onde possuem temperatura maior, a massa específica do ar é menor e por
efeito de convecção térmica eleva-se para as camadas mais altas. De modo contrário, nos
locais onde a temperatura é menor a massa específica é maior e tende a descer para as
camadas mais inferiores. È um mecanismo planetário permanente e por isso é considerado
como uma fonte renovável e inesgotável de energia.
Figura 2.1 Modelo de três células da circulação geral da atmosfera.
Fonte: CBEE
8
Essas movimentações de ar atmosféricas são chamadas vento e é dotado de energia
cinética que pode ser aproveitada através de conversão na forma mecânica ou elétrica. A
Figura 2.1 apresenta um modelo para as movimentações em escala planetária das massas de ar
evidenciando que o vento é presente em toda a extensão da atmosfera, variando em
intensidades de acordo com altitude e a posição em relação às coordenadas geográficas. Em
seguida será discutido como a energia eólica é aproveitada através da potência e do potencial
eólico.
2.1.1 A Potência Eólica
A potência eólica é calculada a partir da energia cinética E contida numa porção de
massa m incidente sobre uma área A perpendicularmente de forma homogênea e laminar
(Lima Jr, 2006) com velocidade v.
21
2E mv= (2.1)
Onde m é a massa do fluxo de ar que passa na área A e é dada por
m Avρ= (2.2)
onde ρ é a massa específica do ar no local.
Substituindo a equação (2.2) na equação (2.1) e dividindo a energia pelo tempo de
passagem dessa massa, obtem-se a potência disponível no vento e dada por
31
2P Avρ= (2.3)
Esta é potência do vento livre, antes de incidir e interagir com as pás da turbina eólica e
deve ser corrigida para apresentar a potência convertida pela turbina eólica, pois há perdas
significativas durante esta ação, através da inclusão do coeficiente de potência cp que indica a
eficiência aerodinâmica do rotor da turbina eólica e representa a fração da potência do vento
livre que está sendo convertida. A nova expressão da potência eólica pode ser expressa por
31
2 pP c Avρ= (2.4)
9
Uma outra correção ainda é necessária ser feita, pois devem ser consideradas as perdas
mecânicas de eixo, de conversão do gerador, de acoplamentos. E assim, a equação da potência
elétrica de uma turbina eólica fica
31
2 pP c Avη ρ= (2.5)
onde η é o rendimento total do sistema de transmissão (mecânico) e geração elétrica.
Esta expressão mostra que a energia possível de ser extraída do vento por um rotor
eólico é proporcional ao cubo da velocidade e depende diretamente da massa específica do ar,
que pode ser calculada pela equação
T
P 273
76029,1 ⋅⋅=ρ (2.6)
T é a temperatura do local em graus Kelvin, e P é a pressão atmosférica em mmHg.
2.1.2 O Potencial Eólico
O potencial eólico é uma medida da capacidade de um local em produzir energia a
partir da fonte eólica. É um importante tema de estudo em todo o mundo, pois os resultados
do mapeamento do potencial eólico definem as regiões mais propícias para instalações de
turbinas eólicas.
A avaliação do potencial eólico é geralmente feita com medições dos principais
parâmetros eólicos – velocidade e direção do vento, temperatura e pressão atmosférica – a
uma determinada altura (entre 10 e 50 m) e com registros médios horárias
A partir desses dados é possível obter a densidade de energia que é um importante
parâmetro na análise do potencial eólico, calculada pela divisão da potência livre do vento
(equação 2.3) por A e expressa em W/m².
31
2P vρ= (2.7)
obtida pela divisão da potência de eólica pela área de varredura das pás.
10
2.2 O Potencial Eólico Brasileiro
Embora ainda haja divergências entre especialistas e instituições na estimativa do
potencial eólico brasileiro, vários estudos indicam valores extremamente consideráveis. Até
poucos anos, as estimativas eram da ordem de 20.000 MW. Hoje a maioria dos estudos indica
valores maiores que 60.000 MW.
Essas divergências decorrem principalmente da falta de informações (dados de superfície)
e das diferentes metodologias empregadas. De qualquer forma, os diversos levantamentos e
estudos realizados e em andamento (locais, regionais e nacionais) têm dado suporte e
motivado a exploração comercial da energia eólica no País.
Os primeiros estudos foram feitos na região Nordeste, principalmente no Ceará e em
Pernambuco. Com o apoio da ANEEL e do Ministério de Ciência e Tecnologia – MCT, o
Centro Brasileiro de Energia Eólica – CBEE, da Universidade Federal de Pernambuco –
UFPE publicou em 1998 a primeira versão do Atlas Eólico da Região Nordeste. A
continuidade desse trabalho resultou no Panorama do Potencial Eólico no Brasil (Figura 2.2).
Outro estudo importante, em âmbito nacional, foi publicado pelo Centro de Referência
para Energia Solar e Eólica – CRESESB/CEPEL o Atlas do Potencial Eólico Brasileiro.
Nesse estudo estimou-se um potencial eólico brasileiro da ordem de 143 GW. Existem
também outros estudos específicos por unidades da federação, desenvolvidos por iniciativas
locais.
Na Bahia, o mapa eólico foi confeccionado pela Companhia de Eletricidade do Estado da
Bahia (COELBA), sinalizando para as regiões de melhor potencial eólico. Entretanto, a
despeito da metodologia ou da fonte de dados usada para o mapeamento, os mapas mostram
ser bastante coerentes quanto às regiões promissoras para a energia eólica, coincidindo na
região, embora divergindo às vezes no valor da velocidade média ou na densidade, mas
imprime avanços na melhoria da informação à cerca dos locais que apresentam uma
capacidade de aproveitamento da energia advinda dos ventos.
11
Figura 2.2 Potencial Eólico Brasileiro.
Fonte CBEE
2.3 Águas Subterrâneas
As águas subterrâneas correspondem à parcela mais lenta do ciclo hidrológico e
constitui a principal reserva de água ocorrendo em volumes muito superiores aos disponíveis
na superfície (MMA, 2001), pois é a parte que infiltra no subsolo e é conduzida aos rios,
lagos, oceanos ficando armazenada por longos períodos através da porosidade das rochas
(Figura 2.3) formando extensos depósitos denominados aqüíferos.
12
Figura 2.3 Ciclo hidrológico.
Fonte: Ministério do Meio Ambiente (MMA)
O Brasil é dotado de grandes reservas de recursos hídricos superficiais e está dividido
em 10 províncias hidrogeológicas, compostas de sistemas aqüíferos de grande importância
sócio-econômica e ambiental. No Nordeste, os sistemas aqüíferos Dunas e Barreiras são
utilizados para abastecimento humano nos estados do Ceará, Piauí, Rio Grande do Norte.
No nordeste, o potencial de obtenção de água de fontes subterrâneas aponta para uma
quantidade disponível de água suficiente para suprir a demanda de pais, isso sem considerar
que boa parte de dessa água apresenta-se com sais dissolvidos acima da potabilidade.
Segundo estudos realizados pela Associação Brasileira de Águas Subterrâneas (ABAS),
permite que se possa ter uma autonomia para abastecimento de água através desta fonte para o
Nordeste. O sumário das potencialidades de cada estado está mostrado na Tabela 2-1
Tabela 2-1 Potencial de exploração de água subterrânea no Nordeste
(mil m3/ano) (mil m3/dia)Bahia 8,240,600 22,577 180,616,000 1,600,814 100 112.8Sergipe 120,000 329 2,632,000 708,253 100 3.7Alagoas 160,700 440 3,520,000 1,169,661 100 3.0Pernambuco 128,500 352 2,816,000 3,262,305 87 0.9Paraíba 86,800 238 1,904,000 962,156 100 2.0Rio Grande do Norte 913,600 2,503 20,024,000 1,419,386 100 14.1Ceará 210,400 576 4,608,000 2,026,788 100 2.3Piauí 7,160,000 19,616 156,928,000 2,135,210 100 73.5Maranhão 3,780,000 10,356 82,848,000 2,476,482 100 33.5Total 20,800,600 56,987 455,896,000 15,761,055 28.9Fonte: ABAS
% de atendimento
Reservas exploráveisEstado População das cidades das áreas
sedimentares
No de habitantes para consumo de
0,125m3/dia/hab
13
Um destaque para o estado da Bahia que apresenta um potencial para abastecimento de
mais de 112 vezes a população residente na zona sedimentar e apenas o estado de
Pernambuco com uma ligeira desvantagem para o abastecimento por esta fonte. Entretanto, no
geral, o Nordeste apresenta um potencial para quase 29 vezes a população considerada.
O estudo feito pela ABAS envolveu as regiões sedimentares do Nordeste, cuja estrutura
geológica permite um grande armazenamento de água.
A principal forma de extração deste tipo de água é através de poços subterrâneos, que é
uma obra de engenharia geológica, e executada por sonda perfuratriz mediante perfuração
vertical, com diâmetros que varia de 4” a 36” e profundidades variadas de acordo com as
condições hidrogeológicas do local.
A Figura 2.4 mostra os principais aqüíferos do Nordeste
Figura 2.4 Representação esquemática dos aqüíferos do Nordeste.
Fonte: MMA
2.4 Captação de Águas Subterrâneas
As águas armazenadas na forma subterrânea são captadas através de poços profundos no
solo. De acordo com a sua profundidade, os poços podem ser de dois tipos:
14
Poços rasos – também chamados de cacimba e possuem grande diâmetros (>1 m),
escavados manualmente e revestidos de tijolos ou anéis de concreto. As águas captada são de
lençóis freáticos e as profundidade variam de alguns poucos metros até 20 metros.
Poços profundos – são obras de engenharia para acesso às águas subterrâneas executadas
com sonda perfuratriz mediante perfuração vertical com diâmetros de 4” ater 36” a
profundidades que podem chegar a 2000 metros.
Nos procedimentos de perfuração, são necessários ensaios para verificar a capacidade de
produção de água e sua qualidade. Dentre os ensaios que devem ser realizados destacam-se a
medição da vazão média (m³/h), determinação dos níveis estático e dinâmico do poço. Nível é
a profundidade da lâmina d´água sem que esteja sendo feito nenhum trabalho de
bombeamento. O nível dinâmico corresponde à profundidade da lâmina d´água após processo
de bombeamento e equilíbrio entre a vazão de retirada de água do poço e a recarga do lençol
freático.
Lençol Freático
Lençol Freático
15
3 BOMBEAMENTO EÓLICO O Bombeamento eólico é uma prática bastante antiga, sendo feitos registros de antes do
Egito antigo e tendo sido introduzido na Europa provavelmente no período das Cruzadas após
as incursões européias ao mundo árabe, principalmente com o uso de moinhos de vento para
moagem de grãos (ITDG).
Esta forma de bombeamento declinou com o advento do uso intensivo dos combustíveis
fósseis que apresentaram naquele momento uma relação de custo bem menor e reunindo um
rol de vantagens até então incomparáveis tornando obsoleto o bombeamento eólico.
Figura 3.1 Antiga turbina eólica datada de Pérsia 200 anos A.C..
Fonte: MME A Figura 3.1 mostra o que seria uma precursora de uma turbina eólica datada de 200
anos antes de Cristo. Provavelmente deveria mover um moinho para fazer farinhas.
Em tempos atuais, principalmente após a crise de energética, sobretudo relativa ao
petróleo, que tomou início na década de 70 e pela noção de que os combustíveis fósseis não
são inesgotáveis, as perspectivas de uso de energia eólica para diversos fins foram reavivadas
e assim novos projetos de aproveitamento de energia eólica foram postos em prática com a
16
introdução de modernas turbinas eólicas, cujo desempenho nem de longe pode ser equiparado
aos modelos antigos.
Todos estes cenários apontam para a necessidade de redução da dependência do
petróleo e o desenvolvimento de sistemas que envolvem o uso de fontes renováveis de
energia. A eólica é um exemplo de modelo que se insere perfeitamente neste contexto, pois
permite levar energia para regiões remotas onde a rede convencional dificilmente poderia
estar instalada com viabilidade econômica, mas que reúne condições naturalmente
promissoras de vento.
3.1 Turbinas Eólicas
Os projetos de turbinas eólicas precursoras foram muito diversificados desde o início,
variando o tipo de eixo, o número de pás, tipo de geradores, dentre outros parâmetros. Assim,
com testes e experimentações sucessivas, alguns conceitos foram deixados pra trás por se
mostrarem pouco eficientes ou por se apresentarem muito onerosos e a consolidação de dos
atuais sistemas concentram-se em rotor de eixo horizontal, três pás, com ou sem caixa e
engrenagens de acordo com o porte, gerador síncrono como o mais utilizado, predominância
de sustentação na força motora da pá.
Algumas características ainda estão em pauta no debate, como o controle de potência
através do ângulo de passo, “pitch1”, ou “stall2”, ou combinação dos dois sistemas.
Paralelamente aos desenvolvimentos de conceitos de funcionamentos de turbinas
eólicas, as dimensões e a capacidade de conversão de energia por parte das máquinas eólicas
foram evoluindo também e há uma tendência mundial em aumentar cada vez mais as
dimensões das turbinas até que se atinja o limite de custo e segurança exigidos para a
montagem de equipamentos desse porte. As primeiras tinham capacidade reduzida, na ordem
de 10 kW a 50 kW, sendo ampliada para a faixa de 100 kW a 300 kW. Hoje já operam mais
de mil turbinas no mundo potência nominal superior a 1 MW ( ANEEL, 2005). A Figura 3.2
ilustra essa evolução tanto na capacidade de conversão energética quanto de das dimensões.
1 É o ângulo formado entre a pá e o plano de giro do rotor eólico 2 Corresponde ao controle de potência com perda de sustentação da pá
17
Figura 3.2 Evolução comercial de turbinas eólicas.
Fonte: MME
O cenário mundial mostra uma tendência clara para o aumento do porte das turbinas,
explicado pela necessidade de grandes investimentos para fornecer energia em grande escala
através de parques eólicos. O Brasil mostra seguir este caminho ao eleger o Programa de
Incentivo às Fontes Alternativas de Energia – PROINFA, instituído pela Lei 10.438 de 26 de
abril de 2002 e revisado pela Lei 10.762 de 11 de novembro de 2003, como o programa de
desenvolvimento das fontes de energias renováveis no país. Este programa prevê a criação de
parques eólicos em todo o território nacional para geração de energia eólica.
3.1.1 Turbinas de Pequeno Porte
A definição do porte da turbina é feita a partir da sua potência nominal, embora não
seja consenso os limites que definem, mas neste trabalho será indicada a faixa de 100 W até
50 kW para as turbinas de pequeno porte.
3.1.2 Caracterização das Turbinas de Pequeno Porte
A caracterização de qualquer turbina, independente do porte é feita através de vários
parâmetros: curva de potência, tipo de eixo, número de pás, potência nominal e máxima,
dentre outros. Neste sub-capítulo será discutida mais especificamente a curva de potência,
tipo de eixo, uso e por fim a apresentação de modelos comercializados no Brasil. A Figura 3.3
apresenta as partes de uma turbina eólica de pequeno porte
18
Figura 3.3 Componentes de uma turbina de pequeno porte.
Fonte: Lima Jr. Note na figura que não há caixa de engrenagem para ampliar a rotação do rotor para
que o gerador possa operar, pois neste tipo de turbina não é necessário e aumentaria muito o
custo de fabricação. O gerador está aderido ao próprio rotor eólico, sendo que a parte
imantada do gerador é que fica dotada de movimento. O peso na extremidade da pá é um
dispositivo para controle de potência, o qual promove a mudança do ângulo de ataque da pá
em relação ao vento incidente. O direcionamento da turbina em relação ao vento é feito pelo
leme, localizado na parte posterior do equipamento.
3.1.2.1 Curva de Potência
A curva de potência é um parâmetro importante na caracterização de qualquer sistema
eólico e representa o resultado da potência líquida de saída convertida pelo rotor em função
do vento incidente. A determinação da curva de potência é realizada de modo totalmente
experimental e a forma da curva está relacionada com o projeto da turbina. Portanto, cada
turbina tem sua curva particularizada.
19
Figura 3.4 Curva de potência de uma turbina eólica de pequeno porte.
Fonte: Lima Junior
A Figura 3.4 ilustra este comportamento. Note-se que a potência de saída só acontece
para um vento específico, que é chamado de vento de partida, ou “cut-in”.
A curva representada na figura anterior é resultado de modificações feitas na turbina e
não apresenta outros detalhes típicos de curvas, como o ponto de potência máxima, mostrado
na Figura 3.5. A partir desse ponto, mesmo aumentando a velocidade do vento, uma queda da
potência de saída é observada e a área hachurada representa a região de controle da potência
da turbina eólica.
Figura 3.5 Curva de potência típica de uma turbina eólica
Curva de Potência Bergey XL.1
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Velocidade de vento (m/s)
Pot
ência
de saí
da (W
)
Potência máxima
20
3.1.2.2 Os Diferentes Tipos de Turbinas
Neste subcapítulo, serão abordadas as classificações das turbinas eólicas de modo
geral, pois se aplica indistintamente independente do porte da turbina. Entretanto, quando for
relevante, será delimitado quanto ao porte devido aos modelos que são usuais no mercado.
As turbinas diferenciam-se pela pelo numero de pás, podendo ser de múltiplas pás,
duas e três pás de acordo com o seu uso, porem, as turbinas de três pás tornaram muito mais
comuns do que as outras configurações de pás. Esta classificação atende basicamente as
turbinas de pequeno porte, pois as de grande apresentam-se em geral com duas ou três pás.
Figura 3.6 Turbina de três pás. Fonte: Lima Jr.
O tipo de eixo também define uma classe de turbinas eólicas, podendo ser de eixo
horizontal ou de eixo vertical, sendo consagrado no mercado as turbinas de eixo horizontal
principalmente nas turbinas de grande porte.
Figura 3.7 Tipo de turbina segundo o eixo de rotação do rotor
Incidência do vento
21
Outra forma de classificar as turbinas é na forma como o vento incide sobre as pás,
podendo se “upwind” (Figura 3.7), quando o vento incide primeiro nas pás e depois passa
pela nacele; “downwind” (Figura 3.8), que é quando o vento passa primeiro pela nacele e
depois incide sobre as pás do rotor.
Figura 3.8 Turbina downwind
3.1.2.3 Utilização das Turbinas de Pequeno Porte
As turbinas de pequeno porte são utilizadas para provimento de energia em escalas
variadas para atendimento desde uma comunidade isolada, até em pequenos arranjos para
gerar eletricidade em parques eólicos composto por pequenas turbinas. Nestas escalas, o uso
de faz para suprimento de água, dessedentação de animais, irrigação e drenagem de várzeas,
podendo ou não estar associada a outros dispositivos de geração e armazenamento de energia
em sistemas híbridos.
Figura 3.9 Uso de turbinas eólicas de pequeno porte com bombas.
Suprimento de pequenas localidades
Dessedentação de animais
Irrigação
Drenagem
Pequenos volumes bombeados e grandes alturas de bombeamento
H>20 m
Médios volumes de bombeados e médias alturas
de bombeamento – 5<H<20 m
Grandes volumes bombeados e pequenas alturas de
bombeamento. H<5 m.
Bomba de pistão Bomba centrífuga multiestágios Bomba de parafuso excêntrico
Bomba centrífuga de estágio simples Bomba de diafragma Bomba parafuso Bomba de corrente
Bomba mamute
Incidência do vento
22
3.2 Bombas
Neste subcapítulo o objetivo é caracterizar as bombas hidráulicas apresentando sua
classificação e seus tipos mais adequados ao uso para bombeamento eólico.
No desenvolvimento da humanidade, vários dispositivos foram criados para minimizar
o esforço e trazer conforto na obtenção dos seus recursos vitais. Dentre os diversos
mecanismos destacam-se as bombas hidráulicas para realizar o transporte de águas e outros
fluidos entre dois pontos: a fonte e um reservatório.
As bombas são máquinas de fluxo que tem por finalidade de promover o deslocamento
de um fluido através de transformação de trabalho mecânico. São classificadas como de
deslocamento positivo ou dinâmicas (Fox, 2001).
No primeiro caso, ocorre variação de volume devido ao movimento na fronteira na qual
o fluido está contido, e como exemplo disso, as bombas alternativas (pistão, êmbolo,
diafragma) ou rotativas (engrenagens, lóbulos, parafuso, palhetas deslizantes).
No segundo caso, o fluido é direcionado devido a dispositivos fluidodinâmicos com
lâminas ou pás fixadas em um eixo, o qual sofre rotação ao ser acionada a máquina, podendo
ser chamada de turbomáquina ou bomba centrífuga, que será destacada neste trabalho no uso
de bombas centrífugas submersas. Neste tipo de máquina o líquido é impelido por aceleração
comunicada à massa através de pás que fazem parte do elemento rotativo, freqüentemente
chamado de impulsor ou rotor.
3.2.1 Classificação e Descrição das Bombas
As máquinas hidráulicas podem ser classificadas em três grupos
- Máquinas motrizes
- Maquinas geratrizes ou operatrizes
- Máquinas Mistas
As Máquinas Motrizes são as que transformam a energia hidráulica em trabalho
mecânico, fornecido para acionar outros equipamentos, normalmente na geração de energia
elétrica. Nesta categoria enquadram-se as turbinas hidráulicas, onde o escoamento da água é
feito em dutos com pás dispostas num eixo móvel; e as rodas d´água ou hidráulicas onde a
água atua por peso ou por velocidade (Macintyre, 1987).
23
As máquinas geratrizes são as que transformam em energia hidráulica o trabalho
mecânico recebido através de uma máquina motriz. A transformação se dá através do
acréscimo de energia ao líquido na forma de energia potencial de pressão e cinética.
Já as máquinas mistas são equipamentos que transformam o estado de energia do
líquido transformando a energia hidráulica sob uma forma na outra.
Neste trabalho, as simulações foram feitas com máquinas geratrizes, também
denominadas bombas, cuja função é transformar trabalho mecânico comunicando ao líquido
através do aumento da pressão e da energia cinética. Dentre estas máquinas destacam-se as de
deslocamento positivo, as quais são dotadas de câmaras, em cujo interior há um propulsor que
tem por função transferir energia de pressão ao líquido proporcionando seu deslocamento>
destacam-se nesta definição as bombas alternativas e rotativas. As alternativas são ilustradas
pela bomba de pistão e diafragma, enquanto que as rotativas são representadas pelas bombas
de engrenagens. O líquido move-se no mesmo sentido da ação aplicada para movê-lo.
As turbobombas são também máquinas geratrizes e são dotadas de um dispositivo com
pás (rotor) que é o responsável por dotar o líquido da aceleração necessária para seu
deslocamento. É uma máquina onde o sentido de movimento da água não é o mesmo da
rotação do rotor, que pode ser fechado ou aberto.
3.2.2 Potência Hidráulica
Para uma bomba, a potência hidráulica é definida pela taxa de energia mecânica
recebida pela corrente do fluido em escoamento.
h wP QgHρ= (3.1)
sendo Ph a potência hidráulica da bomba (W), ρw a massa específica da água (kg/m³), Q a
vazão (m³/s), g(m/s²) a intensidade do campo gravitacional terrestre e H (m) a altura
manométrica total. A altura é determinada através da equação da energia considerando as
cargas medidas na sucção e descarga da bomba, assim,
2 2
arg2 2w wdesc a sucçao
p V p VH z z
g g g gρ ρ
= + + − + +
(3.2)
24
onde p é pressão na descarga e na sucção (Pascal); V (m/s) é a velocidade do fluxo de água na
descarga e na sucção; z é cota do ponto da descarga e da sucção
A potência necessária para acionar a bomba é a relação entre a potência hidráulica Ph e
potência mecânica Pm através da definição de eficiência da bomba:
h wP
m
P QgH
P T
ρηω
= = (3.3)
sendo ω a freqüência angular da bomba e T o torque aplicado.
A eficiência reflete o quanto de potência mecânica que é fornecida à bomba é
aproveitada para o transporte do fluido e a diferença entre estes dois fatores corresponde às
perdas durante o processo.
3.2.3 Desempenho de uma Bomba centrífuga
O procedimento para avaliar o desempenho de uma bomba qualquer é através de um
aparato experimental montado numa bancada de testes instrumentalizada com medidores de
vazão, torque de entrada e pressão (Fox, 2001).
Uma curva de altura manométrica Hman total versus vazão bombeada é então levantada
para representar a capacidade de operacional da bomba. Esta curva representa de modo claro a
energia por unidade de peso que a bomba é capaz de fornecer ao fluido em função da vazão e
para um dado diâmetro do rotor (Fox, 2001).
Figura 3.10 Curva característica de bomba centrífuga. Fonte: Fox(2001)
25
3.3 SISTEMA TURBINA EÓLICA BOMBA
A integração de uma turbina eólica a uma máquina para bombeamento já é feito há
muito tempo com o acoplamento dos antigos moinhos de vento com bombas mecânicas, como
mostrado na Figura 3.11.
Figura 3.11 Tipos de turbinas eólicas e bombas associadas
Ainda existem muitos sistemas funcionando com turbina eólica de múltiplas pás
associada à bombas mecânicas, Entretanto, as condições de operação são diferentes para
ambos os sistemas e um exemplo é o torque de partida e a potência das turbinas múltiplas pás
e das de três pás. A Figura 3.12 mostra a relação entre o coeficiente de potência (cp) e λ, que é
a relação entre a velocidade de vento incidente nas pás e a velocidade da ponta da pá, também
denominada “tip speed ratio”. A curva mais estreita representa o desempenho de uma
máquina de múltiplas pás, onde ela alcança o seu ponto de máximo rapidamente e decai
também rapidamente, operando numa estreita faixa e associado a um alto torque de partida
(Figura 3.12), de modo contrário à segunda curva que representa as turbinas de múltiplas pás,
ainda na mesma figura, o máximo desempenho é alcançado a maiores velocidades, entretanto
o torque de partida é significativamente menor (Figura 3.13).
A-Bomba de pistão B-Bomba de diafragma C-Bomba de parafuso excêntrico D-Bomba centrifuga simples E-Bomba centrifuga de múltiplos estágios F- Bomba de parafuso G- Bomba de corrente H-Bomba mamute
26
Figura 3.12 Curva Cp-Lâmbda de turbinas eólicas.
Fonte: Lysen (1989)
Figura 3.13 Curva Cq- Lâmbda de turbinas eólicas.
Fonte: Lysen (1989)
O ajuste entre a bomba e a turbina deve se r feito a partir do binômio torque e a curva cp-
lâmbda. Para bombas mecânicas, o acionamento se dá com alto torque e portanto, as turbinas
de baixo “tip speed ratio” são recomendadas e as bombas centrífugas podem ser acionadas
por turbinas de alto “tip speed ratio”, que exigem menor torque de partida.
4 METODOLOGIA
Neste capítulo será descrito a metodologia de trabalho, onde será descrito o modelo de
simulação para cálculo da vazão bombeada e o modelo para elaboração do mapa de
bombeamento eólico, bem como a caracterização dos dados de entrada para o cálculo.
Para tornar efetiva a confecção do mapa de bombeamento foi necessário o
desenvolvimento de uma ferramenta para fazer a simulação do bombeamento, que será
descrito mais adiante. Também será apresentada a fonte para obtenção dos dados de vento e
dos poços subterrâneos.
27
4.1 A Ferramenta de Simulação
A ferramenta usada para simulação foi elabora na linguagem do MatLab e tem como
objetivo processar dados de vento para avaliar a capacidade de bombeamento de água de um
poço subterrâneo a partir de um sistema composto por uma bomba centrífuga submersa ligada
a um turbina eólica de pequeno porte. A Figura 4.1 mostra o fluxograma da ferramenta e em
seguida será descrito cada passo do processo.
Interpolação
Série de Vento
Vento bom?Estatísticas
SIM
MCP
NÂO
Normalização dos dados
Curva de potência
Dados da turbina
Vazão de saídaDados da Bomba
Dados do Poço
FIM
Velocidade média do mapa eólico
Figura 4.1Fluxograma da Ferramenta de simulação de Bombeamento
Passo 1 – O primeiro passo corresponde à entrada de dados da série temporal de vento
que no presente trabalho foi obtida das Plataformas de Coleta de Dados (PCD) instaladas e
monitoradas pelo Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC) do Instituto
Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) na região Sudoeste da Bahia.
Cada plataforma é dotada de sensores para medir a velocidade de vento média, mínima
e máxima a 10 m de altura, direção do vento, a temperatura e umidade do ar e a radiação solar
atmosférica (Figura 4.2). Os dados das PCD estão configurados para apresentarem leituras
dos dados a cada três horas e isto configura um problema que será tipificado mais adiante.
28
Figura 4.2 PCD típica do CPTEC/INPE.
Fonte: CPTEC/INPE
Passo 2 – Nesta etapa é verificado se os dados da série não apresentam algum defeito ou
erro, pois em geral os registros apresentam problemas de erro de medida, seja por quebra do
sensor, falha na medição, dentre outros proporcionando falta de dados na série (Figura 4.3).
Assim, é necessário que seja feito a correção para preencher na série os pontos onde os dados
falham e para isso é utilizado algum método de medição-correlação-estimativa (MCP). Os
métodos utilizados serão abordados mais adiante.
Figura 4.3 Exemplos de problemas encontrados em séries temporais.
Fonte: Silva,2006
A Figura 4.4 apresenta o resultado para ilustrar de uma série normalizada de Brumado.
29
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 160000
5
10
15V
eloc
idad
e de
ven
to (
m/s
)
Série Corrigida por MCP sem normalização - Brumado
Figura 4.4 Série corrigida sem normalização
No caso da série sem normalização, o valor máximo de velocidade de vento foi de 14,3
m/s, abaixo 35% do valor encontrado após a normalização, que foi de 22 m/s de valor de
velocidade de vento máxima.
Passo 3 - Após a correção, quando necessário, os dados passam por um processo de
normalização, que consiste em subtrair da velocidade instantânea a média e dividir pela media
de acordo dom a equação seguinte, obtendo uma nova série normalizada.
' v vv
v
−= (4.1)
onde v’ e a velocidade normalizada do vento num determinado momento, v é a velocidade
instantânea coletada pela PCD e v é a velocidade media calculada para o local. Esta forma de
normalização mostra o comportamento da diferença entre a velocidade medida e a média da
série em torno da média ( Figura 4.55) .
30
Figura 4.5 Série Normalizada de Brumado
Observe que neste modelo de normalização, valores negativos podem ser admitidos.
Este fato se deve ao fato de que, com a subtração da média dos valores medidos, para dados
de velocidade de vento menores que a média resultarão em valores normalizados negativos.
Este procedimento foi necessário porque, como foi mencionado no Passo 1, o intervalo
de tempo entre os registros das PCDs de três horas não reflete o padrão eólico de medida de
dados que é de no mínimo a cada hora, muito embora os dados revelem um padrão de
comportamento do vento no local e este é o principal motivo pelo qual a série de vento foi
normalizada. Assim, a média obtida pela PCD pode não representar a real situação do vento,
mas o comportamento do vento no local pode ser percebido independente dos valores das
velocidades de vento que foram medidas.
Nas medições a cada três horas, são perdidos muitos dados entre cada registro e isto foi
mostrado por Silva (2006), que os dados das plataformas representam apenas uma fração dos
dados necessários para caracterizar o vento naquele local e nos casos mais favoráveis não
ultrapassou 1/3. A forma de minimizar este problema das PCDS é justamente a normalização
dos dados, pois com este procedimento podemos preservar um padrão de vento para o local,
mesmo que as médias estejam comprometidas pela forma de aquisição dos dados. O passo
seguinte complementa estas correções a partir da inclusão do mapa eólico no processo.
31
Passo 4 - Após a normalização dos dados, temos uma nova série temporal com dados
normalizados que representam um comportamento do vento no local, entretanto, isso ainda
não é o suficiente para a continuidade do processo. Desse modo, um novo procedimento é
feito com a multiplicação da série normalizada pelo valor da velocidade de vento média do
local para a altura correspondente obtido do mapa eólico disponível para o local e depois
adicionar a própria média, obtendo um novo valor para a velocidade de vento v. Neste
trabalho, o mapa eólico usado foi elaborado pelo Centro Brasileiro de Energia Eólica (Figura
1.2).
'v v v v= + (4.2)
A Figura 4.6 apresenta a série corrigida pelo mapa a partir da série normalizada
Figura 4.6 Série corrigida pelo mapa eólico
Este ajuste é necessário para trazer a série para um grau de confiabilidade maior, haja
vista que testes feitos para alguns locais em que foram corrigidos os dados e a velocidade de
vento média mostraram-se inferiores ao valor comparado com o mapa eólico.
A Tabela 4-1 mostra os resultados de séries temporais de vento de algumas localidades
na Bahia com destaque para a velocidade de vento média.
32
Tabela 4-1 Parâmetros eólicos após correção por MCP
Brumado Caetité Jaguaquara Jequié Marcionílio
Souza Vitória da Conquista
Altitude (m) 488,0 824,0 667,0 305,0 457,0 762,0
Altura do sensor (m) 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0
Velocidade de vento média (m/s) 3,72 2,79 3,02 1,88 2,19 2,85
Desvio padrão médio 1,98 1,65 1,28 1,24 1,2 1,31
Calmaria (v<2m/s) (%) 22 38 24 59 50 29
Direção de vento principal E S S SE NE SE
Massa específica do ar (kg/m3) 1,13 1,11 1,13 1,15 1,13 1,12
Densidade de potencia (W/m2) 57,22 26,68 24,57 9,87 12,55 21,85
Velocidade de vento extrema (m/s) 24,90 20,30 25,00 24,10 25,00 19,70
Parâmetro de forma, k 2,03 1,77 2,44 1,48 1,96 2,42
Parâmetro de escala, c 4,26 3,15 3,39 2,03 2,54 3,26
Temperatura média (ºC) 24,31 21,04 19,85 24,4 25,3 19,91
Tariação média diária (ºC) 2,68 2,49 1,85 2,45 2,82 2,39
Passo 5 – Nesta etapa, após a restituição da série temporal, ela é usada para obter a
potência que é servida à bomba pela turbina eólica através de interpolação da velocidade de
vento com acurva de potência da turbina eólica, gerando uma nova série temporal das
potências de vento geradas pela máquina eólica. Nesta etapa também são considerados os
dados da turbina como a velocidade de “cut-in”3 e “cut-off”4, que são tomados na série como
zero, pois não estão gerando potência e, por conseguinte, não haverá bombeamento eólico
Passo 6 – neste passo, a vazão o bombeada foi então simulada para a obtenção de dados
de bombeamento tais como vazão média anual, mensal e por estação em m³/h, como também
foi calculado o volume bombeado para cada situação anteriormente descrita e uma estimativa
do tamanho da comunidade que poderia ser atendida pelo sistema. Os dados gerados por este
modelo serão são usados para a elaboração do mapa de bombeamento através de energia
eólica. O modelo de mapa de bombeamento será descrito no Capítulo 5.
4.2 Métodos de MCP
Os métodos de medição-correlação-estimativa (MCP)5, são metodologias para
estimativa do recurso eólico em um determinado local, fornecendo velocidade média,
distribuição de velocidades e distribuição de direção. O ponto de partida para se aplicar MCP
3 Velocidade de início de geração de potência pela turbina eólica 4 Velocidade em que a turbina eólica é desligada e, portanto não está gerando. Varia para cada projeto de turbina eólica 5 Do inglês “mesasure-correlate-predict”
33
é a determinação de dois pontos nos quais se deseja estabelecer a correlação de dados de
vento, que é obtida a partir dos dados medidos em um dos locais que é denominado referência
e o outro é denominado local almejado.
Em primeiro lugar mede-se o vento no local almejado por um período (etapa de
medição). Depois correlaciona o vento medido no local almejado com o local de referência no
mesmo período (etapa de correlação) e, por fim, simula o vento no local almejado para o
período em que as medições não foram feitas.
A avaliação das condições de aproveitamento de energia eólica em um local necessita
de medições de vento por um período mínimo de 1 ano, mas as limitações de equipamentos e
recursos para tal não permitem que se deixe uma torre anemométrica por tanto tempo. Desse
modo, as medições são feitas em um período apenas e, aplicando o método, simula para o
período restante a partir do local de referência, que tem os dados completos.
Uma outra situação em que se aplica o método é quando se tem os dados de um local,
mas por falhas de medição, a série temporal de velocidade de vento apresenta-se com
períodos sem dados. Estas falhas ocorrem por falta de manutenção, ausência de vento e um
método de correlação permite corrigir por simulação os dados em falta.
Neste trabalho, foram empregados métodos de MCP para preencher vazios nos dados
das PCD que são muito comuns, com o objetivo de ter dados completos para todas as estações
e para tal foi elaborada uma ferramenta específica de forma a fornecer ao final os dados que
foram usados para a simulação de bombeamento. A ferramenta faz o uso de quatro métodos,
comparando-os e por fim apresenta uma série a partir do método que obteve o melhor
desempenho melhor para as condições locais. Esta série temporal é que foi utilizada para a
simulação de vazão bombeada.
4.3 Caracterização da região Sudoeste da Bahia
A região escolhida para as simulações e elaboração do mapa foi a Sudoeste da Bahia, a
qual é subdividida em seis microrregiões que são: Brumado, Guanambi, Livramento do
Brumado, Jequié, Itapetinga e Vitória da Conquista compreendendo um total de 89
municípios e uma área total de 91.012,8 km² de extensão territorial. A região conta com 8
estações PCDs localizadas nos municípios de Anagé, Brumado, Jaguaquara, Jequié,
Marcionílio Souza, Milagres, Caetité e Vitória da Conquista.
A região conta com 1630 poços cadastrados pelo banco de dados da CPRM, dos quais
foi objeto de avaliação estatística para determinar as condições de uso. Os dados foram
coletados diretamente do banco de dado SIAGAS/CPRM.
34
Figura 4.7 Região Sudoeste da Bahia.
Fonte: SIAGAS/CPRM adaptado Neste trabalho os poços da região Sudoeste da Bahia foram avaliados para a obtenção
de dados necessários à simulação. Os dados coletados foram organizados estatisticamente
para uma melhor compreensão da situação dos poços da região Sudoeste. Foi respeitada a
subdivisão da região em microrregião assim estabelecida:
• Microrregião de Brumado – 14 municípios
• Microrregião de Guanambi – 18 municípios
• Microrregião de Itapetinga – 9 municípios
• Microrregião de Jequié –26 municípios
• Microrregião de Livramento do Brumado – 5 municípios
• Microrregião de Vitória da Conquista – 17 municípios
Devido à quantidade de poços a serem avaliados, foi necessário fazer por amostragem.
A amostragem dos poços para a obtenção dos dados foi definida assim, representados na
Tabela 4-1 seguinte:
35
Tabela 4-2 Critérios para amostragem de poços avaliados
Número de poços
cadastrados do município
Quantidade de poços
avaliados
<10 3
>10 e <30 4
>30 e <60 5
>60 e <90 6
>90 7
Por estes critérios foram selecionados um total de 220 poços para compor a coleta dos
dados relevantes ao trabalho e proceder as análises estatísticas que resultaram nas tabelas
seguintes.
Tabela 4-3 Totais de poços cadastrados e analisados por microrregião
Total Total % %
Microrregião poços Poços
estudados Total Pesquisado
Bahia 9.945 1 Jequié 241 50 2,42 20,8 2 Livramento do Brumado 144 15 1,45 10,4 3 Guanambi 563 64 5,66 11,4 4 Brumado 294 38 2,96 13,0 5 Vitória da Conquista 321 34 3,23 10,6 6 Itapetinga 67 19 0,67 28,4 Totais 1.630 220 16,39 13,5
A Tabela 4-3 apresenta os totais de poços cadastrados na região Sudoeste e
comparados percentualmente com o total da Bahia e na terceira coluna registra a porcentagem
em relação ao estado, enquanto que a quarta coluna apresenta relativamente quantos poços
foram estudados do total da microrregião, desse modo para microrregião de Jequié, por
exemplo, o total de poços analisados equivale e 2,42 % do total de poços da Bahia e em
relação à própria microrregião correspondem a 20,75%.
36
Tabela 4-4 Profundidades médias do poços da região Sudoeste da Bahia
Profundidade Nível Nível Microrregião Média(m) Estático(m) Dinâmico(m)
1 Jequié 60,7 7,2 41,3 2 Livramento do Brumado 49,9 5,95 39,6 3 Guanambi 33,5 8,61 48,4 4 Brumado 57,8 7,1 37,4 5 Vitória da Conquista 80,6 7,1 48,4 6 Itapetinga 19,0 2,4 52,8 Média da região Sudoeste 50,3 6,4 44,7
Na Tabela 4-4 são apresentados os resultados das profundidades médias dos poços da
região Sudoeste, sendo que na terceira coluna são apresentadas as profundidades médias, na
quarta as profundidades em que se encontram os níveis estáticos dos poços e na quinta coluna
os níveis dinâmicos são apresentados. O nível estático é a profundidade em que água se
encontra no poço sem estar em trabalho de bombeamento, enquanto que o nível dinâmico
corresponde à profundidade de operação de bombeamento porque ocorre um rebaixamento do
nível para uma profundidade maior com a vazão de bombeamento igual à vazão de recarga do
poço.
Estas informações mostradas na tabela foram obtidas a partir de ensaios feitos nos
poços quando da perfuração executada pela empresa responsável para este fim, bem como a
vazão de bombeamento dos poços que é realizada durante um período de 24 horas de
medição, como mostrado na Tabela 4-5
Tabela 4-5 Vazões médias dos poços da região Sudoeste da Bahia
Microrregião Q m (m³/h) 1 Jequié 4,71 2 Livramento do Brumado 3,90 3 Guanambi 4,40 4 Brumado 4,14 5 Vitória da Conquista 3,90 6 Itapetinga 5,19 Média 4,40
A Tabela 4-5 apresenta as vazões médias dos poços da região Sudoeste, dadas em
m³/h. As vazões foram medidas através de sondagens feitas pelas empresas responsáveis pelas
perfurações dos poços e fornecidas ao banco de dados da CPRM.
37
Foram analisados também os tipos de uso, classificados em abastecimento doméstico
(AU), abastecimento urbano (AU), abastecimento múltiplo (AM), irrigação (IRR), pecuária
(PEC) e dados não disponíveis (DND) (Figura 4.8).
O uso urbano constitui o maior percentual de uso dos poços da região, seguido por
abastecimento domestico e uma referência importante é o fato de uma parcela significativa
dos poços, 14% não apresentam os dados, fato este que se repete com freqüência em muitos
poços e muitos não foram considerados justamente por não apresentarem absolutamente nada
de informação.
144; 65%20; 9%
17; 8%
31; 14%
6; 3%
2; 1%
AU AD AM IRR Pec DND
Figura 4.8 Tipos de uso dos poços da região Sudoeste da Bahia
4.4 Cálculo da Vazão de Bombeamento
Neste capítulo, será descrito o modelo para avaliação simulação de bombeamento
considerando. A idéia parte do principio de que as bombas centrífugas são projetadas para
serem acionadas por uma alimentação em regime quase constante, ou seja, com poucas
oscilações de freqüências, o que não ocorre quando acoplada a uma turbina eólica que pela
natureza da fonte de energia, o vento, oferece um regime altamente variável e de pouca
previsibilidade.
A energia hidráulica Eh para bombeamento e garantir o fornecimento de um volume de
água é dada pela eq. 4.3 (Mohsen, 1998; Lysen, 1983)
h wE gVHρ= (4.3)
e sofre várias conversões antes de estar disponível como energia hidráulica útil. A energia de
entrada requerida para bombeamento é geralmente muito maior que a energia hidráulica útil
38
de saída por causa das perdas de energia associada com cada conversão. A potência requerida
para elevar um dado volume de água depende do tempo de uso dessa bomba, já descrita pela
eq. 3.1, obtida pela derivação em relação ao tempo da eq. 4.3. Assim fazendo,
hEP
dt= (4.4)
e V
Qdt
= (4.5)
e assim
h wP QgHρ= (3.1)
A altura Hman é determinada a partir da soma das alturas de sucção, representada pelo
nível estático (Mohsen, 1998), as perdas nos dutos, que dependem do diâmetro e da vazão.
Assim, a potência hidráulica necessária para bombeamento corresponde no caso deste
trabalho à energia fornecida pela turbina eólica extraída do vento após sua passagem pela
máquina, dada pela potência eólica (eq. 2.5). Estimando as perdas de bombeamento, a
potência hidráulica necessária é dada por
h pP Pη= (4.6)
sendo pη o rendimento do bombeamento.
Substituindo as eq.(3.1) e eq. (2.5) na eq. (4.6) obtém-se a equação da vazão de
bombeamento a partir de uma turbina eólica
ph
PQ
Pη= (4.7)
e, escrevendo de outra maneira,
pw
PQ
gHη
ρ= (4.8)
39
expressa na unidade de m³/s. Para o presente trabalho, as vazões foram calculadas em m³/h e
para tanto a pw
PQ
gHη
ρ=
(4.8) sofre mais uma modificação ficando assim
3600 pw
PQ
gHη
ρ= (4.9)
A equação desenvolvida nesta unidade constitui o modelo para a simulação da vazão
de bombeamento usada no trabalho. O termo correspondente ao rendimento de bombeamento
é obtido de modo experimental, pois é função da potência que está sendo fornecida à bomba e
da altura manométrica total de bombeamento.
4.5 Validação dos Resultados de Bombeamento
A validação dos dados é uma prática necessária para estabelecer o grau de
confiabilidade dos procedimentos adotados e dos dados obtidos. Em primeiro lugar a
validação dos dados de vento corrigidos por MCP são avaliados e validados. Em seguida os
dados de bombeamento são submetidos ao mesmo procedimento.
4.5.1 Validação dos dados de vento
Os dados de vento obtidos a partir da PCD do CPTEC/INPE foram tratados por
métodos anteriormente relatados e foram comparados com dados de vento obtidos a partir dos
dados de vento do programa simulação de dimensionamento da Grundfos WinCaps 7.5.2, que
tem como fonte de dados a mesma obtida pelas PCDs. Na Tabela 4-6 uma comparação dos
dados processados e dados do programa da Grundfos é apresentada.
Tabela 4-6 Resultado comparativos entre velocidades médias entre MCP e Grundfos.
MCP corrigido mapa (m/s) Grundfos (m/s)
Anagé 5,5 4 Brumado 6 5,4 Caetité 6 4,9 Jaguaquara 5 5,4 Jequié 5,5 5,4 Marcionílio Souza 5,5 5,8 Milagres 5,5 5,9 Vitória da Conquista 5 3,8
40
A Tabela 4-6 apresenta os valores das velocidades médias de vento para as diversas
PCD, após corrigidas e relacionadas com o mapa eólico, são comparadas com as velocidades
médias do software WinCaps 7.5.2, onde os valores mostram-se muito próximos entre si com
uma diferença maior para a PCD de Vitória da Conquista.
As figuras 4.6 a 4.11 a seguir ilustram a comparação agora considerando os valores
mensais médios para cada uma das PCD. Note-se a proximidade dos valores e a similaridade
no comportamento dos valores para cada mês.
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
Velocidade de vento (m/s)
MCP Grundfos
Figura 4.9 Gráfico comparativo dos dados de vento da PCD de Anagé com os dados obtidos da Grundfos.
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
Ven
to de v
ento
(m
/s)
MCP Grundfos
Figura 4.10 Gráfico comparativo dos dados de vento da PCD de Brumado com os dados obtidos da Grundfos
41
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
Vel
oci
dade
de
vento
(m
/s)
MCP Grundfos
Figura 4.11 Gráfico comparativo dos dados de vento da PCD de Jaguaquara com os dados obtidos da Grundfos
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
Velocidad
e de vento (m
/s)
Série1 Série2
Figura 4.12 Gráfico comparativo dos dados de vento da PCD de Jequié com os dados obtidos da Grundfos
42
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
velocidad
e de vento
MCP Grundfos
Figura 4.13 Gráfico comparativo dos dados de vento da PCD de Marcionílio Souza com os dados obtidos
da Grundfos.
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
Velcidad
e de vento (m
/s)
MCP Grundfos
Figura 4.14 Gráfico comparativo dos dados de vento da PCD de Milagres com os dados obtidos da Grundfos
43
4.5.2 Validação dos resultados de bombeamento
Assim como os dados de velocidade de vento, os dados de bombeamento foram
validados e para tanto, foram usados feitas simulações com o software supracitado para as
mesmas condições, bomba e turbina eólica.
O procedimento para validação consistiu em tomar após, simulação no WinCaps 7.5.2,
os dados de vento da Grundfos e aplicá-lo no modelo usado na simulação, comparando os
resultado de bombeamento. Também foi comparado com a simulação com os dados das PCD.
As configurações para simulação estão apresentadas na tabela a seguir
Tabela 4-7 Configuração para simulação.
Turbina eólica
Modelo Whisper H80 Potência nominal 1000 W Diâmetro das pás 2,10 m Velocidade de cut in 3,1 m/s número de pás 3 Bomba Grundfos SQF 2.5-2 Potência 900 W Poço
altura máxima de bombeamento 30 m
Vento Local Brumado Período julho
Ainda foi utilizada a curva de rendimento do bombeamento da bomba e a curva de
potência da turbina apresentadas nas figuras seguintes. Para as curvas foram obtidas equações
de ajuste para propiciar de maneira mais segura a interpolação dos valores calculados.
44
y = -2,1958x3 + 48,396x2 - 193,54x + 188,9
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Velocidade de vento média (m/s)
Pot
ênci
a eó
lica
(W)
Figura 4.15 Curva de potência da turbina Whisper H80 com curva de ajuste.
Curva de Potência - Gerar 164
050
100150200250300350400450
0 2 4 6 8 10 12 14
Velocidade de vento (m/s)
Pot
ênci
a (W
)
Figura 4.16 Curva de Potência da Enersud Gerar 164.
Fonte NUTEMA
45
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0 100 200 300 400 500
Potência de alimentação (W)
(Rnd
imen
to d
e bo
mbe
amen
to
Figura 4.17 Curva de rendimento de bombeamento da bomba Grundfos SQF 2.5-2 para altura máxima de
bombeamento de 30 metros.
Na Figura 4.18 é mostrado o dia típico de julho para ilustração do cálculo de validação
dos dados de bombeamento.
Dia Típico do Mês de Julho de Brumado
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Hora do dia
Vel
ocid
ade
méd
ia d
e ve
nto
(m/s
)
Figura 4.18 Dia típico do mês de julho de Brumado.
46
O gráfico da Figura 4.18 foi obtido através da PCD de Brumado, feita a normalização
dos mesmos e depois corrigido para a média dos dados de vento obtidos da simulação da
Grundfos.
Os resultados obtidos evidenciaram diferenças para velocidades de vento maiores
aproximadamente o dobro do valor simulado pelo WinCaps 7.5.2 . Entretanto, os resultados
apontados pela Grundfos para uma quantidade de energia produzida pela turbina eólica é
inferior ao que realmente ela deveria estar gerando. Neste ponto, não é possível precisar o
motivo pelo qual isto ocorre, se por uma posição conservadora da simulação Grundfos, ou por
algum erro de consideração no cálculo.
Dois aspectos foram notados nesta etapa de validação:
- o primeiro foi quando simulou com os dados de MCP e comprados com o Grundfos e
o resultado só apresentou equivalência para um rendimento de bombeamento
aproximadamente 50% menor, como mostra o gráfico da Figura 4.19 e os resultados
apresentam uma variação muito pequena, em média 6,3%, considerado assim aceitável.
0,000
0,200
0,400
0,600
0,800
1,000
1,200
1,400
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
Vaz
ão (
m³/
h)
Q calculada Q catalogo
Figura 4.19 Comparação de vazão simulada MCP-Grundfos. - os segundo foi quando foi feita a simulação considerando a curva de rendimento da
bomba. Neste caso, as diferenças ocorrem quando as velocidades de vento são maiores, e
então os resultados das vazões apresentam uma diferença marcante, como mostrado na Figura
4.20
47
0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
2,500
3,000
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
Q calculada Q catalogo Q Calculada Q catálogo
Figura 4.20 Comparação entre as vazões MCP-Grundfos
A energia calculada para a turbina especificada anteriormente para o mês considerado
pela simulação Grundfos para uma velocidade média de 6,5 m/s foi de 4 kWh por dia e no
cálculo simulado pelo modelos definido para este trabalho foi de 7,5 kWh por dia,
considerando as características de bomba e turbina. Por estas considerações, consideramos
mais confiáveis os resultados simulados pelo modelo, pois ficou evidenciado que os cálculos
da Grundfos não representaram o comportamento adequado para a energia gerada pela turbina
eólica especificada, estando, pois os resultados de simulação de bombeamento considerados
validados sob estes aspectos.
48
5 MAPEAMENTO DE BOMBEAMENTO EÓLICO
5.1 Introdução
Este capítulo destina-se a descrever os passos para a elaboração do mapa de
bombeamento eólico, os modelos empregados, os dados de entrada, bem como os softwares
que serão utilizados para a execução do mapa.
Mapas são instrumentos de apreciação de dados bastante empregados na pesquisa
científica, pois conseguem expressar diagramaticamente vários aspectos do resultado de um
levantamento, expressos através de cores e variações texturais. É uma importante fonte de
informações visuais, seja de uma região, ou um processo que possa ser apresentado na forma
de figuras e cores.
Os estudos da energia eólica desde o início tomaram esta forma como um padrão de
apresentação dos resultados dos dados processados e permite dar uma visão ampla do
potencial eólico, por exemplo, ou de um mapa de rugosidade de uma determinada região.
Figura 5.1 Temperatura média anual na superfície.
Fonte: Projeto Reanálise – NCAR/NCEP, interpolação: CBEE.
49
A Figura 5.1 apresenta um mapa das direções de vento para a Bahia e a facilidade com
que as informações são distribuídas é possível ter uma rápida visão do que se deseja aferir.
Assim a proposta de apresentar um mapa de bombeamento de água por energia eólica se
presta a elaborar um mapa que seja capaz de trazer informações sobre a vazão de
bombeamento média para cada ponto considerado do território considerado.
5.2 Ferramentas Utilizadas
Para elaboração do mapa de bombeamento foi utilizado o programa Surfer 8 da empresa
Golden Software, Inço., um programa gráfico baseado em grade, que interpola irregularidade
de dados espaçados XYZ de dentro de uma rede espaçada de regularidade.
Programa é alimentado com os dados das coordenadas dos locais onde estão localizados
os poços, gera um arquivo de grade que permite a confecção do mapa de contornos. No
presente trabalho, as linhas de contorno equivalem aos pontos onde as vazões têm o mesmo
valor, ou seja, através de linhas de isovazões, o mapa é então criado e está pronto para ser
superposto a um mapa da região que se deseja apresentar os dados.
As coordenadas dos poços foram obtidas a partir do banco de dados do SIAGAS/CPRM
e serviram de fonte para criar os diversos arquivos para gerar os mapas de contorno.
Figura 5.2 Interface gráfica do Surfer 8
50
O programa permite fazer gráficos de diversas formas, desde opções bidimensionais
até formas tridimensionais (Figura 5.2 ).
51
6 RESULTADOS
Um dos principais objetivos definidos para a conclusão deste trabalho foi a obtenção de
um mapa de vazão de bombeamento de água de poços existentes na região Sudoeste da Bahia,
composta por 89 municípios, muitos deles com fortes carências de água para o consumo
mínimo que é para matar sede e cozer com um mínimo de dignidade. Mas este não é
fundamentalmente uma meta do trabalho, pois isto faz parte de políticas públicas concretas,
mas estabelece-se com este trabalho uma metodologia para avaliar as possibilidades de
aproveitamento de energia renovável do vento para a obtenção deste recurso tão importante.
Apresentamos assim os resultados deste trabalho, primeiro apresentando os resultados de
bombeamento das diversas estações PCD.
Inicialmente apresentamos os produtos da simulação a partir de um exemplo e para tanto
a estação de Brumado foi tomada para servir de referência. Nos Anexos serão
disponibilizadas mais informações sobre outros pontos.
6.1 Resultados do Bombeamento
As figuras a seguir mostram os resultados das simulações feitas para cada uma das
estações PCD para exemplificar a capacidade de produção de dados da ferramenta elaborada
para simular o bombeamento. Os resultados obtidos de tais simulações foram os dados de
entrada no Surfer 8, para a obtenção dos mapas de vazão média bombeada para a região
Sudoeste.
Vazão Mensal Média de Bombeamento - Brumado
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
J F M A M J J A S O N D
Vazã
o M
édia
(m
³/h)
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
Vazão média de bombeamento Velocidade média do vento
Figura 6.1 Gráfico de Vazão Mensal Média
52
A Figura 6.2 apresenta o resultado da vazão média de bombeamento em m³/h para a
PCD de Brumado apresentando uma grande similaridade de comportamento em relação ao
vento. Isso, em princípio, poderia ser esperado, pois quanto mais vento, maior a possibilidade
de bombeamento.
0,0
100,0
200,0
300,0
400,0
500,0
600,0
Volume (m³)
J F M A M J J A S O N D
Volume Mensal Médio Bombeado Brumado
Figura 6.2 Gráfico de Volume Mensal Médio Brumado
Tomando com base um consumo de 10 litros por pessoa na comunidade, uma família de
cinco pessoas consome 50 litros diariamente e o gráfico a seguir apresenta a quantidade de
famílias que podem ser atendidas pelo sistema de bombeamento mensalmente.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
Número de famílias atendidas
J F M A M J J A S O N D
Figura 6.3 Número de Famílias Atendidas - Brumado.
53
O dia típico é um referencial da vazão que define a cada hora qual a vazão média e a
exemplifica este comportamento.
Dia Típico - Brumado
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 3 6 9 12 15 18 21
Hora do dia
Va
zão
Mé
dia
(m³/
h)
verão outono inverno primavera média
Figura 6.4 Dia Típico de Bombeamento Brumado. As vazões médias para cada uma das estações forma também calculadas e a Figura 6.5
ilustra o resultado para a PCD de Brumado e dá fornece informação sobre a estação que
proporciona maior bombeamento. No presente exemplo, a variação sazonal média de vazão
ocorre de aproximadamente 0,45 m³/h até 0,70 m³/h. Observe que neste caso, o verão é
precedido de uma maior intensidade na primavera o que aponta para uma consideração sobre
o dimensionamento dos reservatórios de água, que podem ser abastecidos no período de maior
produção que é a primavera, para compensar um déficit do verão.
Vazão Média Sazonal - Brumado
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
Verão Outono Inverno Primavera
Vazã
o M
édia
(m
³/h)
Figura 6.5 Vazão Média por Estação.
54
6.2 Mapas de Bombeamento
Nesta parte da apresentação dos resultados, os mapas confeccionados com o Surfer 8
serão mostrados. A Figura 6.6 seguinte apresenta o mapa de altitudes da região Sudoeste da
Bahia.
Figura 6.6 Mapa 3-D de Altitudes da região Sudoeste da Bahia Observe que as altitudes variam de menos de 250 metros até mais de 1100 metros. As
figuras 6.7 até 6.20 apresentam os resultados dos mapas de bombeamento de água para a
região Sudoeste da Bahia. Os mapas apresentados são de linhas que possuem a mesma vazão,
denominadas de linhas de isovazões e seus respectivos mapas tridimensionais.
55
Mapa de Bombeamento da Região Sudoeste da Bahia - Turbina Bergey XL.1
Figura 6.7 Mapa de Bombeamento de Turbina Bergey XL.1 164
0.2 m³/h0.25 m³/h0.3 m³/h0.35 m³/h0.4 m³/h0.45 m³/h0.5 m³/h0.55 m³/h0.6 m³/h0.65 m³/h0.7 m³/h0.75 m³/h0.8 m³/h0.85 m³/h0.9 m³/h0.95 m³/h1 m³/h1.05 m³/h1.1 m³/h1.15 m³/h1.2 m³/h1.25 m³/h
Figura 6.8 Mapa 3-D da vazão de bombeamento - Turbina Bergey XL.1
56
Mapa de Bombeamento da Região Sudoeste da Bahia - Turbina Whisper H80
0 100 200 300 400 500 600 700 8000
100
200
300
400
500
Figura 6.9 Mapa de Bombeamento de água - Turbina Whisper H80
0.25 m³/h0.3 m³/h0.35 m³/h0.4 m³/h0.45 m³/h0.5 m³/h0.55 m³/h0.6 m³/h0.65 m³/h0.7 m³/h0.75 m³/h0.8 m³/h0.85 m³/h0.9 m³/h0.95 m³/h1 m³/h1.05 m³/h1.1 m³/h1.15 m³/h1.2 m³/h1.25 m³/h1.3 m³/h1.35 m³/h1.4 m³/h1.45 m³/h1.5 m³/h1.55 m³/h1.6 m³/h
Figura 6.10 Mapa 3D de bombeamento de água - Turbina Whisper H80
57
Mapa de Bombeamento da Região Sudoeste da Bahia - Turbina Gerar 164
0 100 200 300 400 500 600 700 8000
100
200
300
400
500
Figura 6.11 Mapa de Bombeamento de água - Turbina Enersud Garar 164
0.08 m³/h0.1 m³/h0.12 m³/h0.14 m³/h0.16 m³/h0.18 m³/h0.2 m³/h0.22 m³/h0.24 m³/h0.26 m³/h0.28 m³/h0.3 m³/h0.32 m³/h0.34 m³/h0.36 m³/h0.38 m³/h0.4 m³/h0.42 m³/h0.44 m³/h0.46 m³/h
Figura 6.12 Mapa 3D de Bombeamento de água da Turbina Gerar 164
58
0 100 200 300 400 500 600 700 8000
100
200
300
400
500Verão
Figura 6.13 mapa de Bombeamento da Região Sudoeste da Bahia - Verão
0.15 m³/h
0.2 m³/h
0.25 m³/h
0.3 m³/h
0.35 m³/h
0.4 m³/h
0.45 m³/h
0.5 m³/h
0.55 m³/h
0.6 m³/h
0.65 m³/h
0.7 m³/h
0.75 m³/h
0.8 m³/h
0.85 m³/h
Figura 6.14 Mapa 3D do bombeamento eólico - verão
59
0 100 200 300 400 500 600 700 8000
100
200
300
400
500Outono
Figura 6.15 Mapa de bombeamento eólico - outono
0.15 m³/h
0.2 m³/h
0.25 m³/h
0.3 m³/h
0.35 m³/h
0.4 m³/h
0.45 m³/h
0.5 m³/h
0.55 m³/h
0.6 m³/h
0.65 m³/h
0.7 m³/h
0.75 m³/h
0.8 m³/h
0.85 m³/h
Figura 6.16 Mapa 3D do bombeamento eólico - outono
60
0 100 200 300 400 500 600 700 8000
100
200
300
400
500Inverno
Figura 6.17 Mapa de bombeamento eólico da região Sudoeste - inverno
0.15 m³/h
0.2 m³/h
0.25 m³/h
0.3 m³/h
0.35 m³/h
0.4 m³/h
0.45 m³/h
0.5 m³/h
0.55 m³/h
0.6 m³/h
0.65 m³/h
0.7 m³/h
0.75 m³/h
0.8 m³/h
0.85 m³/h
Figura 6.18 Mapa 3D do bombeamento eólico - inverno
61
0 100 200 300 400 500 600 700 8000
100
200
300
400
500Primavera
Figura 6.19 Mapa de bombeamento eólico da região Sudoeste da Bahia - primavera
0.15 m³/h0.2 m³/h0.25 m³/h0.3 m³/h0.35 m³/h0.4 m³/h0.45 m³/h0.5 m³/h0.55 m³/h0.6 m³/h0.65 m³/h0.7 m³/h0.75 m³/h0.8 m³/h0.85 m³/h0.9 m³/h0.95 m³/h1 m³/h1.1 m³/h1.1 m³/h1.2 m³/h1.2 m³/h
Figura 6.20 Mapa 3D do bombeamento eólico - primavera
62
7 AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS
O presente trabalho teve como principal objetivo a simulação de um sistema composto
por uma turbina eólica de pequeno porte acoplada a uma bomba centrífuga para bombear água
de poços subterrâneos que estão localizados na região Sudoeste da Bahia,
Para tanto foram montados banco de dados com informações sobre os poços, as turbinas
eólicas usada para simulação, as séries temporais de vento da região Sudoeste da Bahia, e a
bomba.
Os dados dos poços foram obtidos do banco de dados do SIAGAS/CPRM, enquanto que
os dados de vento foram obtidas das PCDs do CPTEC/INPE.
Já os dados de bomba foram obtidos dos catálogos de fabricante da Grundfos e os dados
das turbinas foram obtidos dos fabricantes das mesmas.
A simulação foi feita a partir da elaboração de uma ferramenta produzida na linguagem
do MATLAB versão 7.0 e comparados os resultados com o programa elaborado pela
Grundfos. As séries temporais de vento também foram comparadas com os resultados
apresentados pela Grundfos.
Após a execução das simulações, com os resultados obtidos foram usados para alimentar
banco de dados que foram processados pelo programa Surfer 8 que gerou os mapas de
bombeamento apresentados nos resultados.
Os procedimentos descritos permitiram estabelecer uma metodologia de cálculo para a
obtenção de dados de bombeamento de águas na região Sudoeste que se apresenta com 1630
poços subterrâneos cadastrados no sistema SIGAS/CPRM e posteriormente a elaboração de
mapas de bombeamento de diversas configurações.
Com resultado final, foram elaborados mapas curva linhas de isovazão de bombeamento
para cada um das turbinas usadas nas simulações, bem como mapas tridimensionais para cada
turbina empregada. Foram calculados de maneira similar mapas de bombeamento para cada
estação do ano, bem como mapas tridimensionais respectivamente. Foi feito um mapa com as
altitudes dos locais onde se encontram os poços em toda a extensão territorial da região
supracitada.
A metodologia mostrou-se capaz de atender às expectativas estabelecidas no início deste
trabalho que era de elaborar mapas de bombeamento de água para poços subterrâneos, porém
não inviabiliza para estimar a vazão de um determinando local que se deseja conhecer a
capacidade de obtenção de água bombeada a partir de um rio ou um lago, pois os dados só
necessitam ser ajustados para tal situação, servindo assim como uma ferramenta possível no
63
auxílio de planejamento regional para definição de sistemas para a captação de energia
renovável como a eólica, tão necessária no mundo atual, marcadas principalmente por suas
características não poluentes.
O modelo ainda não está completo, serão necessárias atualizações para permitir melhor
aproveitamento de suas potencialidades, dados de vento mais confiáveis podem ser utilizados
nos cálculos e informações de melhor qualidade precisam ser fornecidas pelas fontes de
poços, pois embora na Bahia tenham por volta de dez mil poços cadastrados uma parcela
significativa não apresenta os dados completamente, o que poderia permitir que os mapas
apresentassem uma melhor resolução.
Em fim, trabalho termina, mas pode ser continuado a partir desta experiência e trabalhos
futuros poderão incorporar novos dados dos poços, melhoramento do desempenho da própria
ferramenta para permitir resultados melhores.
Como todo trabalho de simulação computacional, a aferição a partir de um trabalho
experimental irá enriquecer todo empenho atual para desenvolver e validar esta metodologia
como algo confiável para a produção de informações sobre vento e água. Um, por sua vez,
cada vez mais necessário para integrar a matriz energética mundial e o outro pelas
necessidades vitais da humanidade.
64
8 REFERÊNCIAS
ABAS. Água Subterrânea. Minimização das Conseqüências da Seca no Nordeste. Disponível no endereço eletrônico www.abas.org. AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA (BRASIL). Atlas de energia elétrica do Brasil / Agência Nacional de Energia Elétrica. – Brasília : ANEEL, 2002. 153 p. ALDABÓ, Ricardo. Energia Eólica. São Paulo. Artliber Editora, 2002. BERGEY, Michael L.S.. Wind-electric pumping system for communites. Presented at the First International Symposium on Safe Drinking Water in Small Systens, May 10-13,1998, Washington, D.C., USA. COELBA. Estado da Bahia. Atlas do Potencial Eólico DEANE, J.P. Wind Data Analysis FOSTER R. & Ellis, A. Renewable Energy for Water Pumping Applications in Rural Villages. National Renewable Energy Laboratory. 2003. FOX, Robert; MCDONALD, Alan T. Introdução à Mecânica dos Fluidos. 5ª ed. Tradução por Ricardo Nicolau Nassar Koury e Geraldo Augusto Campolina Franca. LTC Editora. 2001.504p. FRAENKEL, P.L. Wind Power for Pumping: the development of the windpump. Elsevier Science Ltd. 1999. FRANÇA, Júnia Lessa et all. Manual para Normalização de Publicações Técnico- Científicas. GUIMARAES, Rodrigo Afonso. Técnicas de Medir-Correlacionar-Prever (MCP) Aplicadas para Preencher Series Temporais de Velocidade de vento. 2006. (Mestrado-CTG/ DEMEC/UFPE) JABORANDY, Sérgio. Curso de Bombas Hidráulicas. Disponível em www.bombasking.com.br/nocoes_de_hidraulica.pdf JOESEN, A. A New Measure-Correlate-Predict Approach for Resource Assessment. European Wind Energy Conference. 1999. LYSEN, E. H. Introduction to wind Energy. 2nd edition. Consultancy Services Wind Energy developing Countries. Holanda. 1983.
MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE, Àguas Subterrâneas: Programa de Águas Sub- terrâneas. 2001 MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA, Projeto Cadastro da Infra-Estrutura Hídrica do Nordeste: Relatório Preliminar 1ª Etapa - 225.000 km2 Versão Beta. MIRANDA, E. E. de. Água na natureza, na vida e no coração dos homens. Campinas,
65
Disponível em: <http://www.aguas.cnpm.embrapa.br>. Acesso em: 10 fev. 2006. MOHSEN, S. Mousa; AKASH, Bilal A. Potentials of wind energy development for water pumping in Jordan. Renewable Energy. Vol. 14. 1998. NIELSEN, Morten. Application of Measure-Correlate-Predict Approach for Wind Resource Assessment. PEREIRA, Alexandre de Lemos et al. Brazilian Wind Atlas Project. CBEE. ROGERS, Anthony L. Review of Measure-Correlate-Predict Algorithms and Comparison of four Approaches. Renewable Energy Laboratory. SEGURO, J.V. Modern estimation of the parameters of the Weibull wind speed distribu- tion for wind energy analysis. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2000. SILVA, Gustavo Rodrigues. Características de Vento da Região Nordeste: análise, Modelagens e aplicações para projetos de centrais eólicas. 2003. (Mestrado - CTG/DEMEC/UFPE) SILVA, Neilton F. The utilization of wind energy in the Brazilian electric sector’s expansion. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2005 SUASSUNA, João. Água no Semi-árido nordestino: contradição nas ações de uso. www.fundaj.gov.br/docs/text/textrop.html. SUASSUNA, João. Vontade Política é Verdadeira Seca do Nordeste. www.fundaj.gov.br/docs/text/textrop.html. SULEIMANI, Z. AL. Wind-Powered electric water-pumping system installed in remote location. Applied Energy. Elsevier Science Ltd. 1999. ww.elsevier.com/locate/apenergy. SMULDERS, P.T. Wind water pumping: the forgotten option. Energy for Sustainable Development. VolII No. 5, janeiro, 1996 REVISTA PLANILHA. Fontes Alternativas e Bombeamento de água Ano I – nº 1 – Junho/1999. Pg. 7 – 10 FOSTER, R. AND A. ELLIS. Renewable Energy for Water Pumping Applications in Rural Villages. National Renewable Energy Laboratory. New Mexico. July 2003. RIEDEL, Volker. Robust Approximation of Functional Relationship Between Meteorological Data: Alternative Measure-Correlate-Predict Algorithimics ROHATGI, Janardan and Nelson, Vaughn. Wind Characteristics – An analysis for the Generation of Windpower, Alternative Energy Institute, West Texas University, USA, 1994.
66
ANEXOS
67
ANEXO I- RESUMO DOS RESULTADOS MÉDIOS DE CADA LOCAL SIMULADO
Coord Vazão média ( m³/h) Estações(m³/h)
Município Lat(S) Long(W) Altitude média Bergey Whisper Gerar 164 Verão Outono Inverno Primavera
Aiquara 14,06 39,85 196 1,3 1,66 0,48 0,91 0,91 1,16 0,87
Amargosa 13 39,58 442 0,49 0,63 0,18 0,35 0,34 0,44 0,33
Brejões 13 39,88 642 0,38 0,49 0,14 0,27 0,27 0,34 0,26
Irajuba 13,12 40,1 618 0,41 0,53 0,15 0,29 0,29 0,37 0,28
Iramaia 13,48 40,98 521 0,32 0,41 0,12 0,23 0,23 0,29 0,22
Itiruçu 13,43 40,13 751 0,53 0,68 0,19 0,37 0,37 0,47 0,36
Jaguaquara 13,5 40,05 611 0,3 0,4 0,11 0,22 0,23 0,25 0,25
Jequié 13,68 40,08 346 0,64 0,82 0,23 0,45 0,45 0,57 0,43
Jiquiriçá 13,22 39,53 389 0,81 1,02 0,28 0,59 0,62 0,66 0,67
Jitaúna 13,99 39,76 224 1,07 1,37 0,39 0,75 0,75 0,95 0,72
Lafaiete Coutinho 13,65 40,22 577 0,53 0,72 0,19 0,40 0,42 0,44 0,45
Maracás 13,35 40,65 542 0,33 0,44 0,12 0,24 0,25 0,27 0,28
Marcionilio Souza 13,2 40,9 410 0,43 0,56 0,18 0,32 0,24 0,34 0,48
Milagres 12,86 39,85 418 0,3 0,42 0,11 0,23 0,23 0,25 0,26
Mutuípe 13,2 39,53 366 0,24 0,34 0,09 0,18 0,19 0,20 0,21
Dom Basílio 13,77 41,75 439 0,43 0,53 0,14 0,42 0,33 0,48 0,64
Livramento do Brumado 13,85 41,92 593 0,52 0,87 0,22 0,56 0,46 0,61 0,76
Paramirim 13,4 42,13 637 0,66 0,8 0,22 0,54 0,38 0,45 0,54
Rio do Pires 13,22 42,28 1128 0,39 0,48 0,13 0,63 0,48 0,55 0,66
Caetité 14,05 43,65 1031 0,89 1,02 0,28 0,61 0,55 0,75 0,83
Caculé 14,5 42,27 632 0,39 0,48 0,13 0,31 0,25 0,36 0,45
Candiba 14,42 45,88 600 0,41 0,55 0,15 0,32 0,28 0,39 0,45
Guanambi 14,22 42,62 526 0,45 0,59 0,16 0,32 0,28 0,39 0,45
Ibiassucê 14,27 42,25 560 0,54 0,65 0,18 0,39 0,33 0,46 0,54
Igaporâ 13,93 42,78 535 0,44 0,58 0,16 0,30 0,25 0,35 0,44
Jacarací 14,62 42,35 673 0,35 0,44 0,12 0,25 0,21 0,30 0,36
Licínio de Almeida 14,5 42,35 750 0,38 0,48 0,13 0,28 0,23 0,33 0,40
Matina 13,78 42,96 557 0,35 0,48 0,13 0,26 0,21 0,31 0,38
Palmas de M. Alto 14,13 43,42 467 0,42 0,45 0,12 0,26 0,22 0,31 0,37
Sebastião Laranjeiras 14,67 42,87 500 0,39 0,49 0,14 0,28 0,24 0,34 0,41
Brumado 14,4 41,63 560 0,62 0,72 0,2 0,51 0,45 0,64 0,72
Caraíbas 14,72 41,25 517 0,77 0,94 0,26 0,64 0,55 0,79 0,93
Guajeru 14,53 41,93 613 0,47 0,56 0,15 0,38 0,33 0,48 0,56
Ituaçu 13,83 41,32 880 1,07 1,26 0,34 0,88 0,78 1,11 1,26
Tanhaçu 13,98 41,28 450 0,63 0,76 0,21 0,51 0,44 0,64 0,76
Tremedal 14,93 41,57 694 0,46 0,56 0,15 0,38 0,33 0,47 0,56
Anagé 14,62 40,15 400 0,72 1,16 0,23 0,52 0,64 0,76 0,66
Belo Campo 15,08 41,28 783 0,2 0,27 0,07 0,28 0,34 0,41 0,35
Boa Nova 14,45 40,35 501 0,2 0,27 0,07 0,14 0,17 0,21 0,18
Caetanos 14,28 40,87 438 0,68 0,38 0,16 0,58 0,73 0,80 0,63
Candido Sales 15,32 41,37 738 0,4 0,52 0,14 0,29 0,35 0,42 0,36
Ibicuí 14,77 39,83 490 0,28 0,34 0,09 0,20 0,25 0,30 0,26
Manoel Vitorino 14,05 40,4 426 0,21 0,31 0,08 0,16 0,20 0,24 0,21
Planalto 14,66 40,47 930 0,35 0,37 0,1 0,26 0,34 0,39 0,32
Vitória da Conquista 14,8 40,78 992 0,42 0,55 0,15 0,30 0,37 0,45 0,38
Itapetinga 15,3 40,25 272 0,17 0,24 0,07 0,12 0,15 0,17 0,15
68
ANEXO II – RESULTADOS DAS SIMULAÇÕES DE VAZÕES Microrregião de Brumado Caraíbas
Vazão Média - Caraibas
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
verão outono inverno primavera
Vaz
ão M
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gerar164
Vazão média mensal - Caraibas
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
J F M A M J J A S O N D
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gerar 164
Dia Típico de Bombeamento - Caraibas
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
0 3 6 9 12 15 18 21
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gear 164
69
Guajeru
Vazões médias - Guajeru
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
verão outono inverno primavera
Bergey Whisper Gerar 164
Vazões médias mensais - Guajeru
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
J F M A M J J A S O N D
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gerar 164
Dia Típico de Bombeamento - Guajeru
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
0 3 6 9 12 15 18 21
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gerar 164
Ituaçu
Vazões médias - Ituaçu
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
verão outono inverno primavera
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gerar 164
70
Vazões mensais - Ituaçu
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
J F M A M J J A S O N D
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gerar 164
Dia Típico de Bombeamento - Ituaçu
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
1,80
2,00
0 3 6 9 12 15 18 21
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gerar 164
Tanhaçu
Vazões médias - Tanhaçu
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
verão outono inverno primavera
vazã
o m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper gerar 164
Vazões médias - Tanhaçu
0,00
0,10
0,20
0,300,40
0,50
0,600,70
0,80
0,90
1,00
J F M A M J J A S O N D
Vaz
ão m
édia
(m³/
h)
Bergey Whisper Gerar 164
71
Dia Típico - Tanhaçu
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0 3 6 9 12 15 18 21
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gear 164
Tremedal
Vazões mensais - Tremedal
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
verão outono inverno primavera
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gerar 164
Vazões médias mensais - Tremendal
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
J F M A M J J A S O N D
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gerar 164
Dia Típico - Tremedal
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
0 3 6 9 12 15 18 21
VA
zão
méd
ia (
m³/
h)
Bergey Whisper Gerar 164
72
Microrregião de Guanambi Caculé
Vazões médias - Caculé
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
verão outono inverno primavera
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gerar 164
Vazões mensais - Caculé
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
J F M A M J J A S O N D
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gerar 164
Dia Típico - Caculé
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0 3 6 9 12 15 18 21
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gerar 164
73
Caetité
Vazões médias - Caetité
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
verão outono inverno primavera
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gerar 164
Vazõe mensais - Caetité
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
J F M A M J J A S O N D
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gerar 164
Dia Típico - Caetité
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
0 3 6 9 12 15 18 21
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gerar 164
74
Candiba
Vazõe médias - Candiba
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
verão outono inverno primavera
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gerar 164
Vazõe médias - Candiba
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
J F M A M J J A S O N D
Bergey Whisper Gerar 164
Dia Típíco - Candiba
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1 2 3 4 5 6 7 8
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gerar 164
75
Guanambi
Vazõe médias - Guanambi
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
verão outono inverno primavera
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gerar 164
Vazões médias - Guanambi
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
J F M A M J J A S O N D
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gerar 164
Dia Típico - Guanambi
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
0 3 6 9 12 15 18 21
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gerar 164
76
Ibiassucê
Vazões médias - Ibiassucê
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
verão outono inverno primavera
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gerar 164
Vazões mensais - Ibiassucê
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
J F M A M J J A S O N D
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gerar 164
Dia Típico - Ibiassucê
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
1 2 3 4 5 6 7 8
Bergey Whisper Gerar 164
77
Igaporã
Vazões médias - Igaporã
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
verão outono inverno primavera
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gerar 164
Vazões médias - Igaporã
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
J F M A M J J A S O N D
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gerar 164
Dia Típico de Bombeamento - Igaporã
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1 2 3 4 5 6 7 8
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gerar 164
78
Jacaraci
Vazões médias - Jacaraci
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
verão outono inverno primavera
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper gerar 164
Vazões mensais - Jacaraci
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
J F M A M J J A S O N D
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gerar 164
Dia Típico e Bombeamento - Jacaraci
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
1 2 3 4 5 6 7 8
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gerar 164
79
Licínio Almeida
Vazões médias - Licínio Almeida
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
verão outono inverno primavera
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gerar 164
Vazões mensais - Licínio Almeida
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
J F M A M J J A S O N D
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper gerar 164
Dia Típico de Bombeamento - Licínio Almeida
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0 3 6 9 12 15 18 21
Vaz
ão m
édia
9 m
³/h)
Bergey Whisper Gerar 164
80
Matina
Vazões médias - Matina
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
verão outono inverno primavera
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gerar 164
Vazões mensais - Matina
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
J F M A M J J A S O N D
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gerar 164
Dia Típico de Bombeamento - Matina
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0 3 6 9 12 15 18 21
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gerar 164
81
Sebastião Laranjeiras
Vazões médias - Sebastião Laranjeiras
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
verão outono inverno primavera
Bergey Whisper Gerar 164
Vazões mensais - Sebastião Laranjeiras
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
J F M A M J J A S O N D
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gerar 164
Dia Típico de bombeamento - Sebastião Larajeiras
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0 3 6 9 12 15 18 21
Vaz
ão m
édia
(m
³/h)
Bergey Whisper Gerar 164
82
ANEXO III – PROGRAMAS UTILIZADOS
1- Programa Principal – PotVento O programa principal PotVento utilizado para executar a simulação é apresentado abaixo
e em seguida é apresentado um programa auxiliar, o pcdstat_MCP, uma adaptação para o
caso para calcular as vazões médias para cada mês e por estação, bem como a vazão média do
local considerado. Cumpre salientar que o programa auxiliar foi elaborado para o cálculo dos
parâmetros de Weibull para o vento e para o cálculo também do comportamento da
velocidade de vento apresentando sua média mensal, média anual, variação por estação
durante um dia, como pode ser observado na estrutura do programa..
%Function PotVento(vento) % %Carregando a Série Temporal % %-------------------------------------------------------------------------- Dado=inputdlg({'Digite o nome do arquivo (com extensão):'},... 'Informações Iniciais',[1]); if isempty(Dado{1}) % Verifica se algum dado foi fornecido display('Nome de arquivo nao fornecido.'); else display(Dado{1}); Nome=which(Dado{1}); if isempty(Nome) % Verifica se o arquivo existe display('Arquivo inexistente.') else vartra = char(Dado(1)); load (vartra); end end % ------------------------------------------------------------------------- % Digitando o valor médio da vel.vento do local % Dado1=inputdlg({'Digite a velocidade média do local...:'},... 'Informações do local',[1]); if isempty(Dado1{1}) % Verifica se algum dado foi fornecido display('Valor não fornecido.'); else display(Dado1{1}); v_temporario = char(Dado1(1)); v_mapa = str2num(v_temporario); end % ------------------------------------------------------------------------- MediaAntiga = nanmean(SerieResultante2) MediaNova = v_mapa SerieResultante2 = (SerieResultante2-MediaAntiga)/MediaAntiga; SerieResultante2 = (SerieResultante2*MediaNova+MediaNova); vento = SerieResultante2;
83
%Abrindo curva de potência %curva=xlsread('CurvaBergey');raio=1.25;cutin=2.5;cutoff=20; %curva=xlsread('CurvaWhisper');raio=0.82;cutin=2.2;cutoff=19.4; %curva=xlsread('CurvaEnersud');raio=1.05;cutin=3.1;cutoff=15; area = pi*(raio^2); den = input('entre com a massa especifica do local-->'); H=input('entre com valor da AMT-->'); %input('entre com valor do rendimento (decimal)-->'); %Criando vetor de potência e velocidade for i=1:length(vento) PotCurva(i)=0.5*den*(vento(i)^3)*area; VelCurva(i)=(PotCurva(i)/(0.5*den*area))^(1/3); end stops = 0; % Retirando os valores velocidade menores que cutin e maiores que cutoff for jj = 1:length(VelCurva) if VelCurva(jj)<cutin VelCurva(jj)=0; stops=stops+1; elseif VelCurva(jj)>cutoff VelCurva(jj)=0; stops=stops+1; else VelCurva(jj)=VelCurva(jj); end end %Interpolando na curva de potência da turbina for ii = 1:length(VelCurva) Y(ii) = interp1(curva(:,1),curva(:,2),VelCurva(ii)); end plot(Y); %Calculando a vazão % Dados do Poço roagua=997; g=9.81;
84
%Vazão de saída Q2=rend*3600*Y./(roagua*g*H); %Guardando valores de vel. de vento VentoCorrigido = SerieResultante2; %Carregando variável de Vazão de água da bomba SerieResultante2 = Q2; %Cálculo dos anos típicos e dia típico por estação pcdstat_MCP; %Fechando figuras desnecessárias close (1); close (2); close (3); close (4); close (5); % close (6); % close (7); % close (8); ________________________________________________________________________________ 2- Programa auxiliar pcdstat_MCP %PCDSTAT_MCP %Perform statistic analysis of PCD data from XLS file %This program calls functions "READ_PCD" and "EEMWEI" % % PCDSTAT_MCP is used to calculate Weibull parameters, mean wind speeds and diurnal % patterns of PCD stations % % % Author: Alex - CBEE/UFPE, 11-04-05 % Copyright (c) 2005 by Alex % $Revision: 1.0 $ $Date: 2005/04/12 20:45:00 $ % clear all % close all % [start_date,stop_date,ndata,site] = read_pcd; % colocando os anos em anos consecutivos if mes1(1,1)~=1 mes1(1,1)=1; ano1(1,1)=ano1(1,1)+1; end if mes1(1,2)~=12 mes1(1,2)=12;
85
ano1(1,2)=ano1(1,2)-1; end % definindo as variavies start_date(1,1)=mes1(1,1); stop_date(1,1)=mes1(1,2); start_date(1,2)=ano1(1,1); stop_date(1,2)=ano1(1,2); ndata=a1; site=SitioAlmejado; % select valid wind speed data iv=1; for i = 1:size(ndata,1) if ndata(i,3) >= start_date(1,2) && ndata(i,3) <= stop_date(1,2) if (ndata(i,3) == start_date(1,2) && ndata(i,2) >= start_date(1,1))... || (ndata(i,3) == stop_date(1,2) && ndata(i,2) <= stop_date(1,1)) vec_ws10(iv) = SerieResultante2(i); iv = iv + 1; end end end % average value & SD from all valid data v_mean = mean(vec_ws10(~isnan(vec_ws10))); sd = std(vec_ws10(~isnan(vec_ws10))); %average value & SD from data > 0 vec_gt0 = vec_ws10(vec_ws10>0); v_mean_gt0 = mean(vec_gt0(~isnan(vec_gt0))); sd_gt0 = std(vec_gt0(~isnan(vec_gt0))); %average value & SD from data >=2 vec_gte2 = vec_ws10(vec_ws10>=2); v_mean_gte2 = mean(vec_gte2(~isnan(vec_gte2))); sd_gte2 = std(vec_gte2(~isnan(vec_gte2))); % calculates Weibull parameters [k,c,vcub]=eemwei(vec_ws10); %[k0,c0,vcub0]=eemwei(vec_gt0); % calculates averages for diurnal pattern h0 = 1; h3 = 1; h6 = 1; h9 = 1; h12 =1; h15 =1; h18 =1; h21 =1; for i = 1:size(ndata,1)
86
if ndata(i,3) >= start_date(1,2) && ndata(i,3) <= stop_date(1,2) if (ndata(i,3) == start_date(1,2) && ndata(i,2) >= start_date(1,1))... || (ndata(i,3) == stop_date(1,2) && ndata(i,2) <= stop_date(1,1)) if ndata(i,4) == 0 && ~isnan(SerieResultante2(i)) hora_00(h0) = SerieResultante2(i); h0 = h0 + 1; elseif ndata(i,4) == 0.125 && ~isnan(SerieResultante2(i)) hora_03(h3) = SerieResultante2(i); h3 = h3 + 1; elseif ndata(i,4) == 0.25 && ~isnan(SerieResultante2(i)) hora_06(h6) = SerieResultante2(i); h6 = h6 + 1; elseif ndata(i,4) == 0.375 && ~isnan(SerieResultante2(i)) hora_09(h9) = SerieResultante2(i); h9 = h9 + 1; elseif ndata(i,4) == 0.5 && ~isnan(SerieResultante2(i) ) hora_12(h12) = SerieResultante2(i); h12 = h12 + 1; elseif ndata(i,4) == 0.625 && ~isnan(SerieResultante2(i)) hora_15(h15) = SerieResultante2(i); h15 = h15 + 1; elseif ndata(i,4) == 0.75 && ~isnan(SerieResultante2(i)) hora_18(h18) = SerieResultante2(i); h18 = h18 + 1; elseif ndata(i,4) == 0.875 && ~isnan(SerieResultante2(i)) hora_21(h21) = SerieResultante2(i); h21 = h21 + 1; end end end end hh00 = mean(hora_00(~isnan(hora_00))); hh03 = mean(hora_03(~isnan(hora_03))); hh06 = mean(hora_06(~isnan(hora_06))); hh09 = mean(hora_09(~isnan(hora_09))); hh12 = mean(hora_12(~isnan(hora_12))); hh15 = mean(hora_15(~isnan(hora_15))); hh18 = mean(hora_18(~isnan(hora_18))); hh21 = mean(hora_21(~isnan(hora_21))); % plots diurnal wind speed graph v_diurno_tip = [hh00,hh03,hh06,hh09,hh12,hh15,hh18,hh21]; figure plot(v_diurno_tip) % calcule the calm wind speed calm=(length(SerieResultante2(SerieResultante2<2))); calm=(calm/length(SerieResultante2))*100; %calcule the wind speed extreme
87
aw=size(a2); if aw(2)==15 extreme = max(a2(:,15)); else extreme = max(a2(:,16)); end % calcule of the temp. mean and valid data m_temp=nanmean(a2(:,10)); valid_vmean=(length(SerieResultante2(SerieResultante2~=NaN))); valid_vmean=valid_vmean/length(SerieResultante2); valid_vmean=valid_vmean*100; % calcule of the mean variance daily r=length(a2); for i=1:(r-1) bb(i)=abs(a2(i,10)-a2(i+1,10)); end v_temp=nanmean(bb); %vetor text g={'Verao';'Outono';'Inverno';'e Primavera'}; %vetor hour horar=[0,3,6,9,12,15,18,21]; % chamando funçoes % dia tipico [m_ver,m_out,m_inv,m_prim,ano]=Dt_MCP(a1,SerieResultante2,mes1,ano1,SitioAlmejado); %dados need to the calcule w2=0; tlinha=0; [ind]=encontre(ano); anual=ano(ind); anual(end+1)=ano(end); % variaçao anual [mediavento]=Mes_MCP(a1,a2,SerieResultante2,mes1,ano1,SitioAlmejado); mediapres = nanmean(a2(:,8)); %vetor text g={'Verao';'Outono';'Inverno';'e Primavera'}; %vetor hour horar=[0,3,6,9,12,15,18,21]; % writes results into a file
88
Outfil = [site '.out']; outsite = ['Análise estatística de vazão calculada para ' SitioAlmejado ]; fid = fopen(Outfil,'w'); %data to the report fprintf(fid,'PCD : %s \n',outsite); % tex = 'Periodo de dados validos da velocidade do vento:'; % fprintf(fid,'%s %2d/%4d a %2d/%4d',tex,start_date(1),start_date(2),stop_date(1),stop_date(2)); % tex1 = 'No. de pontos analisados :'; % fprintf(fid,'\n%s %6d',tex1,size(vec_ws10,2)); % fprintf(fid,'\n'); % tex1a = '% de dados validos vel.vento:'; % fprintf(fid,'%s %4.0f\n',tex1a,valid_vmean); % tex1b = 'Periodo de dados validos da direçao do vento:'; % fprintf(fid,'%s %2d/%2d/%4d a %2d/%2d/%4d',tex1b,pdiri_dia,pdiri_mes,pdiri_ano,pdirf_dia,pdirf_mes,pdirf_ano); % fprintf(fid,'\n'); % tex1c = '% de dados validos direcao:'; % fprintf(fid,'%s %4.0f\n',tex1c,contT); tex2 = 'Vazão média (m³/h)= '; fprintf(fid,'\n%s %4.2f\n',tex2,v_mean); tex2a = 'Desvio Padrao = '; fprintf(fid,'%s %5.3f\n',tex2a,sd); % tex3 = 'Vel. media (>0) = '; % fprintf(fid,'%s %4.2f\n',tex3,v_mean_gt0); % tex3a = 'Desvio Padrao = '; % fprintf(fid,'%s %5.3f\n',tex3a,sd_gt0); % tex4 = 'Vel. media (>=2) = '; % fprintf(fid,'%s %4.2f\n',tex4,v_mean_gte2); % tex4a = 'Desvio Padrao = '; % fprintf(fid,'%s %5.3f\n',tex4a,sd_gte2); % tex4b = '% de calmaria (v<2m/s) ='; % fprintf(fid,'%s %4.2f\n',tex4b,calm); % tex5 = 'k = '; % fprintf(fid,'%s %3.2f\n',tex5,k); % tex6 = 'c = '; % fprintf(fid,'%s %4.2f\n',tex6,c); % tex6a = 'Media da pressao barometrica (atm) ='; % fprintf(fid,'%s %4.2f\n',tex6a,mediapres); % tex7 = 'Vel. cubica media = '; % fprintf(fid,'%s %5.2f\n',tex7,vcub); % tex7a = 'Vel. vento extrema = '; % fprintf(fid,'%s %4.2f\n',tex7a,extreme); % tex7b = 'Temp. media = '; % fprintf(fid,'%s %4.2f\n',tex7b,m_temp); % tex7c = 'Variaçao media diaria da temp. = '; % fprintf(fid,'%s %4.2f\n',tex7c,v_temp); fprintf(fid,'\n'); fprintf(fid,'\n');
89
% typical day of station the year % write legend fprintf(fid,'Variação da vazão diurna por estações do ano na seguinte ordem...'); for hn=1:4 fprintf(fid,char(g(hn))); if hn ~=4 fprintf(fid,', '); else fprintf(fid,'.'); end end fprintf(fid,'\n'); for jj= 1:length(m_ver) fprintf(fid,'%6.2f',m_ver(jj)); % mean of sum fprintf(fid,' '); fprintf(fid,'%6.2f',m_out(jj)); % mean of autumn fprintf(fid,' '); fprintf(fid,'%6.2f',m_inv(jj)); % mean of cold fprintf(fid,' '); fprintf(fid,'%6.2f',m_prim(jj)); % media da primavera fprintf(fid,' '); fprintf(fid,'%6.0f',horar(jj));% hour fprintf(fid,'\n'); end tex8 = 'Media da variaçao diurna (medias horarias) [Hora 00h, Hora 03h, ...] '; fprintf(fid,'%s\n\t%4.2f\t%4.2f\t%4.2f\t%4.2f\t%4.2f\t%4.2f\t%4.2f\t%4.2f',tex8,v_diurno_tip); fprintf(fid,'\n'); fprintf(fid,'\n'); fprintf(fid,'\n'); % medias anuais tex9 = 'Variaçao anual do periodo (medias mensais) [Jan, Fev, Mar,...]'; fprintf(fid,'%s\n',tex9); for iii= 1:length(mediavento) w2=w2+1; fprintf(fid,'%6.2f',mediavento(iii));% medias da vazão if w2==12 tlinha=tlinha+1;
90
fprintf(fid,' '); fprintf(fid,'%6.0f',anual(tlinha)); fprintf(fid,'\n'); w2=0; end end status = fclose(fid); % End of PCDSTAT
91
ANEXO IV – TURBINAS EÓLICAS UTILIZADAS NAS SIMULAÇÕ ES Neste anexo são apresentadas as especificações das turbinas usadas nas simulações BWC XL.1 Especificações
Potência nominal 1000 watts
Curva de Potência
Potência maxima 1600 watts
Número de pás 3 (u wind)
Diâmetro do rotor 2,5 m
Velocidade de partida 3 m/s
Velocidade de Cut-in 2,5 m/s
Velocidade de furling 13 m/s
Velocidade máxima de projeto
54 m/s
Preço instalada (U$)
Velocidade de potência maxima
11 m/s
2,500.00 Sistema de controle Pitch fixo
Bombeamento, carregamento de baterias
Caixa de engrenagem não
Curvas de Potência
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Velocidade de vento (m/s)
Pot
ênci
a (W
)
BWC1000
Gerar 164 Especificações
Potência nominal 400 W Curva de Potência Potência maxima 540 W Número de pás 3 (upwind)
Diâmetro do rotor 1,64 m
Velocidade de partida
2,2 m/s
Sistema de controle de velocidade
Active stall
Caixa de engrenagem
não
Preço instalada (U$)
92
Whisper H80 Especificações
Potência nominal Curva de Potência Potência maxima 1000 W Número de pás 3
(upwind) Diâmetro do rotor 2,1 m
Velocidade de partida 3,1 m/s
Velocidade de potência maxima
10,5 m/s
Caixa de engrenagem não
Preço instalada (U$)
2.400,00
Bombeamento, sistemas híbridos, carregamento de baterias
93
ANEXO V – MAPAS DE LOCALIZAÇÃO DE ALGUNS POÇOS NA R EGIÃO SUDOESTE
94
95
96
97
98
99
100
101
ANEXO VI – SUMÁRIOS DAS PCDS
102
103
104
105
106