Neste trabalho, estudamos o problema de estimação de parâmetros em modelos Weibull de três parâmetros, para os quais estimativas não finitas podem ser obtidas para a função de verossimilhança em algumas regiões do espaço paramétrico. Baseados na penalização do logaritmo da função verossimilhança modificada, propomos uma nova classe de estimadores para tal modelo de distribuições. Além de obter estimativas finitas para os parâmetros do modelo, tal procedimento possibilita uma redução no viés dos estimadores modificados. O novo método foi comparado a outros métodos encontrados na literatura através de estudos de simulações de Monte Carlo. Os resultados dos estudos das simulações mostraram que o método de penalização do vetor escore modificado apresentou melhor desempenho que o método do logaritmo da função de verossimilhança modificada. Foram apresentadas duas aplicações em dados reais, a primeira relativa a resistência de fibras de carbono, bastante estudadas na literatura, e a segunda referente a investimentos estrangeiros que geram emprego ou renda no país para concessão de autorização de residência ao imigrante, analisada nesse contexto pela primeira vez.