Mapa Eólico Sp

116 | ATLAS ELICO DO ESTADO DE SO PAULO

6. MEDIES ANEMOMTRICAS

ATLAS ELICO DO ESTADO DE SO PAULO | 117

CAMPANHA DE MEDIES ANEMOMTRICAS

A anlise e estudo tcnico das sries temporais de vento, coletadas mediante

campanha de medio, na regio em estudo, de fundamental importncia para

corrigir possveis erros no mapa elico simulado. As medies de vento usadas

para a meteorologia convencional no renem as especificaes requeridas para

serem empregadas na caracterizao do potencial elico. Portanto, a aquisio e

o processamento dessas sries devem ser realizadas sempre sob o mais estrito

controle de qualidade, utilizando equipamento e metodologias apropriadas.

Neste projeto foram instaladas 7 torres anemomtricas, sendo 5 com 75 m de

altura e 2 com 100 m. Alm disso, os dados de uma torre da EMAE, instalada no

alto da Serra do Mar, com 50 m de altura, tambm foram includos na anlise.

As torres foram projetadas para uso em energia elica, e suas dimenses mi-

nimizam a interferncia nos sensores meteorolgicos. As especificaes dos sen-

sores e registrador, a montagem dos equipamentos e a configurao do sistema

de coleta de dados esto em conformidade com as normas e recomendaes

internacionais para medio de potencial elico.

Cada um dos sistemas de coleta automtica de dados de vento foi constitudo

por um registrador de dados (datalogger), sensores que medem variveis elicas

e meteorolgicas, sistema de alimentao (energia), sistema de comunicao re-

mota e protees. As variveis elicas medidas so a velocidade e a direo do

vento, e a intensidade de turbulncia; e as variveis meteorolgicas medidas so a

temperatura, a umidade relativa do ar, a presso atmosfrica e a radiao solar.

Os locais para instalao das 7 torres anemomtricas foram definidos atravs de

uma avaliao de vrios parmetros: representatividade climtica da rea, indicativo

de potencial elico bom, proximidade com a rede eltrica, facilidade de acesso e

rea livre de restries ambientais. O mapa da pgina 120 mostra os locais das tor-

res anemomtricas do projeto Atlas Elico de So Paulo. As torres indicadas como

ASP01, ASP02, ASP03, ASP04, ASP05, ASP06 e ASP07 foram instaladas e operadas

exclusivamente para subsidiar o Atlas Elico. A torre ASP08 uma torre existente da

EMAE cujos dados tambm foram utilizados na elaborao deste Atlas Elico.

> EQUIPAMENTO UTILIZADOOs instrumentos utilizados neste projeto foram especificados para garantir o mximo de

preciso e qualidade nas medies de vento. Nas 5 torres anemomtricas de 75 m de

altura o sistema de aquisio de dados era composto dos seguintes equipamentos:

1 anemgrafo com modem GSM para comunicao remota; marca/modelo: tSecondWind/NOMAD2 ou Amonnit/METEO32;

2 anemmetros a 50 m e 75 m; marca/modelo: Thies/FirstClass (calibrado);t

2 sensores de direo a 50 m e 75 m; marca/modelo: Thies/Compact;t1 sensor de temperatura; marca/modelo: Vaisala/SWI;t1 sensor de presso atmosfrica; marca/modelo: Setra/AB60;t1 sensor de umidade relativa do ar; marca/modelo: Vaisala/ HMP50-U;t1 piranmetro; marca/modelo: LiCor/LI-200 ou CMP3.t

Nas 2 torres anemomtricas de 100 m de altura o sistema de aquisio de da-

dos era composto dos mesmos equipamentos e 2 sensores adicionais: 1 anem-

metro a 100 m e 1 sensor de direo a 100 m.

Na torre ASP08 da EMAE os instrumentos utilizados eram da marca NRG SYS-

TEMS. A configurao da torre inclua 2 pares de anemmetro/sensor de direo

posicionados a 30 m e 40 m.

> OPERAO E MANUTENO DOS SISTEMAS DE MEDIO Todos os sistemas de medio foram configurados igualmente em termos de altu-

ras dos sensores e parmetros registrados. Os dados de vento foram amostrados

a uma frequncia de 1 Hz e integrados a cada 60 segundos. Para a velocidade do

vento, por exemplo, foram registrados para cada intervalo de 1 minuto os valores

mximos e mnimos e calculados a mdia e o desvio padro. A relao completa

dos parmetros configurados nos anemgrafos est apresentada a seguir:

GrandezaParmetro

Mdia Mxima Mnima Desvio Padro

Velocidade a 100 m t t t tVelocidade a 75 m t t t tVelocidade a 50 m t t t tDireo a 100 m t tDireo a 75 m t tDireo a 50 m t tUmidade relativa a 10 m tTemperatura a 10 m tPresso atmosfrica a 10 m tRadiao solar a 10 m t


> TORRE ANEMOMTRICA DE 75 M > TORRE ANEMOMTRICA DE 100 M

Sensores de velocidade e direo Sensores no topo

Sensores a 50 m

Anemgrafo e sensores meteorolgicos

Sensores de velocidade e direo

Anemgrafo e sensores meteorolgicosTorre de 75 m Torre de 100 m

INSTALAO DAS TORRES ANEMOMTRICAS

As 7 torres anemomtricas do projeto so de ao galvanizado, tipo treliada

estaiada, com seo triangular de 25 cm de lado; montadas em mdulos de

6 m e 3 m. ncoras de fixao de 1,75 m e bases de concreto foram utilizadas

para sustentao da estrutura e cabos estais. As torres possuem sistema de

balizamento, fixado no topo, com iluminao alimentada por baterias carre-

gadas por um painel solar, constituindo assim uma unidade autnoma.

O sistema de aterramento das torres, proposto pela EMAE, no utiliza

barras nem cabos de cobre, e sim a prpria estrutura da torre e os estais

como condutores. Alm disso, para garantir uma rea de segurana em

torno da base e das ncoras de fixao dos estais, utilizou-se uma estrutu-

ra auxiliar de cabos de ao enterrados em crculos na base da torre e em

cada uma das ncoras. Na base, os cabos formam um crculo com 2 m de

raio, e so enterrados a 50 cm de profundidade. Alm disso, os cabos so

ligados base e ainda dobrados e enterrados a 2 m de profundidade em

dois pontos equidistantes 1 m do centro. Nas ncoras, os cabos formam

crculos de 1 m de raio, enterrados a 50 cm de profundidade e ligados a

todos os cabos do estaiamento.

O posicionamento da torre foi ajustado de forma que uma das faces fos-

se o mais perpendicular possvel linha do norte geomtrico (NG). Nessa

face, foram posicionados o sensor de radiao solar (piranmetro), o painel

fotovoltaico que alimenta as baterias do registrador e o painel fotovoltaico do

sistema de balizamento.

As hastes de suporte dos anemmetros e dos sensores de direo, em

forma de um L deitado, com dimenses de 1,65 m e 0,50 m e dimetro

de 0,04 m, foram instaladas nas direes nordeste e sudoeste. Em cada

local ajustes foram realizados em funo da declinao magntica. Um

mapa da declinao magntica de todo o estado apresentado na pgi-

na 120. Os valores de declinao magntica para o dia 10 de outubro de

2012 foram produzidos a partir de dados do programa Geomag 7.0, que

incorpora o modelo IRGF (International Geomagnetic Reference Field), ver-

so 11 (vlida entre 1900-2015). Esse programa distribudo gratuitamente

pela International Association of Geomagnetism and Aeronomy - IAGA.


IMAGENS DA INSTALAO DAS TORRES ANEMOMTRICAS


LEGENDA Cidade Torre rea de Influncia da Torre

Declinao Magntica

Variao Anual

Rodovia

Hidrografia

Limite EstadualFonte: Consrcio Bioventos

Projeo: Cnica Equivalente de AlbersMeridiano Central: -49 | Paralelos padro: -21 e -24

Datum: SAD69

0 50 100 200

N

km

DECLINAO MAGNTICA

-

2

0

o

-52o

-50o

-50o -48o

-46o

-46o

-44o

-44o

-

2

2

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-

2

0

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-

2

2

o

-

2

4

o

-

2

4

o

-48o-52o

RIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIORIO DE JANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANEIEIEIEIRO

MINAS GERAIS

OCEANO ATLNTICO

PARAN

MATO GROSSO DO SUL

VARIAO MAGNTICA

-

2

0

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-52o

-50o

-50o -48o

-46o

-46o

-44o

-44o

-

2

2

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2

0

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-

2

2

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-

2

4

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-

2

4

o

-48o-52o

JANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANJANEIEIEIRO

MINAS GERAIS

OCEANO ATLNTICO

PARAN

MATO GROSSO DO SUL

LOCALIZAO DAS TORRES ANEMOMTRICAS

-

2

0

o

-52o

-50o

-50o -48o

-46o

-46o

-44o

-44o

-

2

2

o

-

2

0

o

-

2

2

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-

2

4

o

-

2

4

o

-48o-52o

RIORIORIORIORIORIORIORIORIORIO DE JANJANJANJANJANEIRO

MINAS GERAIS

OCEANO ATLNTICO

PARAN

MATO GROSSO DO SUL


CARACTERIZAO DO VENTO

A caracterizao da climatologia de um local requer o tratamento esta-

tstico dos dados coletados por estaes anemomtricas. Em aplicaes

elicas, os principais parmetros estatsticos utilizados so a velocidade

mdia anual do vento, que a mdia aritmtica da velocidade do vento no

perodo de 12 meses; a variao diurna da velocidade de vento, a rosa dos

ventos; e a distribuio de Weibull. Esses parmetros elicos, descritos em

mais detalhes a seguir, foram calculados para cada local da campanha de

medio do vento e so apresentados neste captulo.

> VARIAO DIURNA DA VELOCIDADE DO VENTOA variao diurna, ou diria, da velocidade do vento ocorre principalmente

devido variao do aquecimento solar da superfcie da terra no ciclo de

24 horas. muito comum os locais apresentarem uma variao diria da

velocidade do vento bastante definida, indicando a relao entre a veloci-

dade do vento e a hora do dia.

O grfico da variao diurna da velocidade do vento mostra a mdia arit-

mtica de todos os dados medidos para cada hora do dia. Essas informa-

es permitem avaliar os perodos de maior probabilidade de disponibilidade

de energia para anlises de integrao energtica e controle de gerao.

> ROSA DOS VENTOSO vento varia continuamente, tanto em intensidade quanto em direo. As

mudanas na direo do vento so determinadas por duas razes principais.

A primeira sazonal, devido circulao geral dos ventos, e a segunda

devido s variaes dirias e de perodos curtos ocasionadas por mudanas

nas condies do tempo e aquecimento/resfriamento do ar na superfcie.

O conhecimento da rosa dos ventos de um local importante para o proje-

to do arranjo geomtrico do parque elico, isto , para a localizao dos aero-

geradores, assim como para o clculo do desempenho do parque elico.

O grfico da distribuio de frequncia de ocorrncia de direo de vento

(Rosa dos Ventos) apresenta a frequncia percentual de ocorrncia do vento

por setores de direes, neste caso representados por 12 setores de 30.

> DISTRIBUIO DE WEIBULL O setor elico faz uso da distribuio de Weibull como modelo estatstico

para representar a distribuio de frequncia de ocorrncia da velocidade

do vento de forma mais eficiente possvel. Com apenas dois parmetros, k

e c, a distribuio de Weibull expressa matematicamente por:

onde:

= frequncia de ocorrncia da velocidade do vento ;

= velocidade do vento (m/s);

= fator de forma (adimensional);

= fator de escala (m/s).

O grfico da distribuio de Weilbull mostra a curva da funo probabi-

lidade de ocorrncia de velocidade e o histograma de velocidade de vento

construdo com os dados medidos. Existem vrios mtodos para se ajustar

o modelo de Weibull aos dados medidos, neste trabalho utilizou-se o Mto-

do da Energia Equivalente, desenvolvido no Brasil.

A partir da distribuio de Weibull, pode-se obter duas distribuies es-

peciais, a distribuio exponencial, para k=1, e a distribuio de Rayleigh,

para k=2. A distribuio de Rayleigh foi muito usada na Europa e Estados

Unidos, pois grande parte dos dados de vento j coletados em locais de

mdia-alta latitude so bem representados por essa distribuio estatsti-

ca. Entretanto, na maioria dos lugares do mundo, como no Brasil, o vento

melhor representado com a distribuio de Weibull.

A distribuio culmulativa de Weibull, , que fornece a probabilidade

de ocorrncia de velocidades de vento maiores que a velocidade , dada

pela equao:

Vrios parmetros podem ser facilmente calculados usando as relaes

matemticas da distribuio de Weibull. Por exemplo, os parmetros elicos

velocidade mdia do vento, media cbica e varincia so expressos por:

Velocidade mdia:

Mdia cbica:

Varincia:

onde (x) a funo gama.

A densidade de potncia do vento proporcional mdia cbica da

velocidade do vento e pode ser calculada com a distribuio de Weibull

pela equao:

onde:

= densidade de potncia (W/m2);

= massa especfica do ar ( 1,07 kg/m3 para uma temperatura mdia

de 23C a 500 m acima do nvel do mar).

E a velocidade do vento em que ocorre o mximo contedo energtico

dada por:


CARACTERIZAO DO VENTO NA TORRE ASP01

Localizao: Echapor

Altura da torre: 75 m

Perodo da coleta de dados

de 01/04/2010 a 31/03/2011

Torre Anemomtrica ASP01

Paisagem do local de instalao

Parmetros Elicos 50 m 75 m

Velocidade Mdia 5,78 m/s 6,26 m/s

Desvio Padro 0,45 m/s 0,44 m/s

Fator de Forma de Weibull, k 2,30 2,30

Fator de Escala de Weibull, c 6,48 m/s 7,01 m/s

Parmetros Meteorolgicos

Temperatura Mdia 24,0 C

Umidade Relativa do Ar Mdia 66,5 %

Presso Atmosfrica Mdia 946 mbar

Taxa de dados vlidos Altura %

Anemmetro 50 m 82,72%


Sensor de Direo 50 m 82,72%


N

S

O E

NNO

SSE

OSO

ENEONO

ESE

SSO

NNE

ROSA DOS VENTOS

30%

VARIAO DIRIA MDIA DE VELOCIDADE E DIREO DE VENTO

10

5 180

90

270

0 0

V

e

l

o

c

i

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a

d

e

d

o

V

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m

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V

e

n

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o

|

g

r

a

u

s

Hora

Velocidade do Vento a 75 m


Direo do Vento a 75 m


VELOCIDADE DE VENTO E DISTRIBUIO DE WEIBULL

16

6

0

F

r

e

q

u

n

c

i

a

|

%

Velocidade do Vento | m/s

20151050 25

Dados

Weibull

k= 2,30

c= 7,0 m/s

360

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23



Localizao: Avar



de 01/04/2010 a 31/03/2011

















N

S

O E

NNO

SSE

OSO

ENEONO

ESE

SSO

NNE

ROSA DOS VENTOS

30%


10 360

5 180

90

270

0 0

V

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|

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s

Hora






20

6

0

F

r

e

q

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n

c

i

a

|

%


151050 2520

Dados

Weibull

k= 2,60

c= 6,0 m/s

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23



Localizao: Dois Crregos



de 01/02/2010 a 31/01/2011



N

S

O E

NNO

SSE

OSO

ENEONO

ESE

SSO

NNE

ROSA DOS VENTOS

30%


5 180

90

270

0 0

V

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l

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|

m

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|

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u

s

Hora






16

6

0

F

r

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q

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n

c

i

a

|

%


20151050 25

Dados

Weibull

k= 2,61

c= 7,4 m/s











Anemmetro 50 m 58%

Anemmetro 75 m 58%

Sensor de Direo 50 m 73%

Sensor de Direo 75 m 73%

36010

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23



Localizao: Buritizal



de 01/02/2010 a 31/01/2011



Parmetros Elicos 50 m 75 m 100 m

Velocidade Mdia 5,60 m/s 6,09 m/s 6,37 m/s

Desvio Padro 0,35 m/s 0,33 m/s 0,32 m/s

Fator de Forma de Weibull, k 2,73 2,56 2,41

Fator de Escala de Weibull, c 6,29 m/s 6,82 m/s 7,13 m/s












N

S

O E

NNO

SSE

OSO

ENEONO

ESE

SSO

NNE

ROSA DOS VENTOS

30%


5 180

90

270

0 0

V

e

l

o

c

i

d

a

d

e

d

o

V

e

n

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|

m

/

s

D

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o

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o

V

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n

t

o

|

g

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a

u

s

Hora


16

8

0

F

r

e

q

u

n

c

i

a

|

%


20151050 25

Dados

Weibull

k= 2,40

c= 7,1 m/s

36010

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23




Direo do Vento a 75 m Velocidade do Vento a 50 m




Localizao: Altinpolis



de 11/04/2010 a 10/04/2011



N

S

O E

NNO

SSE

OSO

ENEONO

ESE

SSO

NNE

ROSA DOS VENTOS

30%


5 180

90

270

0 0

V

e

l

o

c

i

d

a

d

e

d

o

V

e

n

t

o

|

m

/

s

D

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o

d

o

V

e

n

t

o

|

g

r

a

u

s

Hora




Direo do Vento a 75 m Velocidade do Vento a 50 m



20

10

0

F

r

e

q

u

n

c

i

a

|

%


20151050 25

Dados

Weibull

k= 2,63

c= 6,2 m/s

Parmetros Elicos 50 m 75 m 100 m

Velocidade Mdia 4,68 m/s 5,14 m/s 5,47 m/s

Desvio Padro 0,34 m/s 0,32 m/s 0,31 m/s

Fator de Forma de Weibull, k 2,77 2,72 2,63

Fator de Escala de Weibull, c 5,27 m/s 5,80 m/s 6,17 m/s












36010

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23



Localizao: Catanduva



de 01/03/2010 a 28/02/2011


Paisagem do local de instalao *dados simulados com modelos atmosfricos



Desvio Padro - -





Umidade Relativa do Ar Mdia -



Anemmetro 50 m 99%*

Anemmetro 75 m 99%*

Sensor de Direo 50 m 99%*

Sensor de Direo 75 m 99%*

N

S

O E

NNO

SSE

OSO

ENEONO

ESE

SSO

NNE

ROSA DOS VENTOS

20%


5 180

90

270

0 0

V

e

l

o

c

i

d

a

d

e

d

o

V

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n

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|

m

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s

D

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o

d

o

V

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n

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o

|

g

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a

u

s

Hora






20

10

0

F

r

e

q

u

n

c

i

a

|

%


151050 2520

Dados

Weibull

k= 2,71

c= 6,6 m/s

36010

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23



Localizao: So Roque



de 10/04/2010 a 09/04/2011



N

S

O E

NNO

SSE

OSO

ENEONO

ESE

SSO

NNE

ROSA DOS VENTOS

30%


360

5 180

90

270

0 0

V

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o

c

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V

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|

g

r

a

u

s

Hora

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23






16

6

0

F

r

e

q

u

n

c

i

a

|

%


20151050 25

Dados

Weibull

k= 2,71

c= 7,4 m/s















10



Localizao: Alto da Serra / Henry Borden



de 01/05/2008 a 30/04/2009









Presso Atmosfrica Mdia -






N

S

O E

NNO

SSE

OSO

ENEONO

ESE

SSO

NNE

ROSA DOS VENTOS

30%


5 180

90

270

0 0

V

e

l

o

c

i

d

a

d

e

d

o

V

e

n

t

o

|

m

/

s

D

i

r

e

o

d

o

V

e

n

t

o

|

g

r

a

u

s

Hora






16

6

0

F

r

e

q

u

n

c

i

a

|

%


20151050 25

Dados

Weibull

k= 1,57

c= 5,8 m/s

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

36010




BIBLIOGRAFIA CONSULTADA

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ANDERSEN, P. D. Review of Historical and Modern Utilization of Wind Power. Ris National Laboratory. Roskilde, Denmark, 1998.

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Crdito das Imagens

Acervo Bioenergy, p. 2, 3, 30, 40, 46, 66, 67, 116Arcevo Proventos, p. 34Celso Diniz/Shutterstock.com, p. 12Eric Gevaert/Shutterstock.com, p. 34Johan Swanepoel/Shutterstock.com, p. 10Museu Poul la Cour, Dinamarca, p. 34Przemyslaw Wasilewski/Shutterstock.com, p. 66 e 67Ilustraes e grficos: ZPL Design

Livro impresso sobre Papel Couch 150 g/m2

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