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DESENVOLVIMENTO E APLICAÇÃO DE TURBINA EÓLICA Luiz Cezar Sampaio Pereira ENERSUD Industria e Soluções Energéticas LTDA Cep.: 24360-300 Niterói – RJ - Tel.: (21) 2710-6694 / (21) 9372-1853 Bruno Bressan De Cnop ENERSUD Industria e Soluções Energéticas LTDA Cep.: 24360-300 Niterói – RJ - Tel.: (21) 2610-6583 / (21) 9194-3739 RESUMO O trabalho apresenta de forma sumária a evolução dos grandes e pequenos geradores eólicos ao longo dos tempos. Detalha o desenvolvimento de um projeto de turbina eólica e apresenta os fundamentos que orientaram as decisões quanto a potência, aerodinâmica, arranjo físico e topologia de gerador. Descreve o trabalho de pesquisa e construção de protótipos e descreve os resultados alcançados. ABSTRACT This paper shortly presents the evolution of large and small wind turbines throughout time providing details of the development of wind mills and the foundations which guide the decisions about potency, aerodynamics, structure and topology of turbines. It describes the research work and the construction of prototypes as well as the results obtained. INTRODUÇÃO Os primeiros registros ao uso da força motriz dos ventos remontam à antigüidade em embarcações egípcias, gregas e fenícias. A disposição de energia em um eixo rotativo como ocorre em moinhos de vento tem registros a partir do ano 1250 AD, atingindo a plenitude por volta da época das grandes navegações. O vento tem sido, depois da força animal, a fonte de energia de uso mais prolongado. O moinho de Surrey, na Inglaterra, construído em 1665, talvez seja a mais antiga máquina motriz ainda em operação após três séculos. O lugar que a geração de energia eólica vai ocupar no futuro próximo ainda não está claro, no entanto o espaço a ser ocupado se abre pela necessidade de reduzir a participação da queima de combustíveis fósseis, pela rejeição justificada ou não aos sistemas nucleares, pelo elevado custo dos sistemas solares fotovoltaicos e pela dificuldade de construir hidroelétricas com cada vez maiores perdas de terra. O AEROGERADOR DE HOJE A evolução dos antigos moinhos que ponteavam todos os quadrantes da Europa de quatro séculos atrás, e que se tornaram um ícone daquela época, até as máquinas atuais se deu a partir de algumas inovações tecnológicos dos quais convém destacar; o uso de pás com perfil em formato de aerofólio provocando o surto de instalações das décadas de 30 e 40, e a aplicação dos imãs de alta potência que dão competitividade às máquinas de hoje. O uso de perfis aerodinâmicos idênticos aos usados em asas de aviões deu um primeiro impulso aos sistemas de captação de energia eólica, no entanto logo os centros de pesquisa se voltaram para a busca de perfis mais adequados ao uso em aerogeradores, seja por permitirem a limitação de velocidade pelo fenômeno do “stall”, seja por limitar o ruído causado pelas altas velocidades das pontas das hélices. Outro foco de pesquisa tem sido os alternadores, nos quais a busca de topologias mais adequadas às condições baixas velocidades permitem a construção de máquinas mais leves.

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DESENVOLVIMENTO E APLICAÇÃO DE TURBINA EÓLICA

Luiz Cezar Sampaio PereiraENERSUD Industria e Soluções Energéticas LTDA

Cep.: 24360-300 Niterói – RJ - Tel.: (21) 2710-6694 / (21) 9372-1853

Bruno Bressan De CnopENERSUD Industria e Soluções Energéticas LTDA

Cep.: 24360-300 Niterói – RJ - Tel.: (21) 2610-6583 / (21) 9194-3739

RESUMO

O trabalho apresenta de forma sumária aevolução dos grandes e pequenos geradoreseólicos ao longo dos tempos.

Detalha o desenvolvimento de um projetode turbina eólica e apresenta os fundamentos queorientaram as decisões quanto a potência,aerodinâmica, arranjo físico e topologia degerador. Descreve o trabalho de pesquisa econstrução de protótipos e descreve os resultadosalcançados.

ABSTRACT

This paper shortly presents the evolution of largeand small wind turbines throughout timeproviding details of the development of windmills and the foundations which guide thedecisions about potency, aerodynamics, structureand topology of turbines. It describes the researchwork and the construction of prototypes as well asthe results obtained.

INTRODUÇÃO

Os primeiros registros ao uso da forçamotriz dos ventos remontam à antigüidade emembarcações egípcias, gregas e fenícias. Adisposição de energia em um eixo rotativo comoocorre em moinhos de vento tem registros a partirdo ano 1250 AD, atingindo a plenitude por voltada época das grandes navegações. O vento temsido, depois da força animal, a fonte de energia deuso mais prolongado. O moinho de Surrey, naInglaterra, construído em 1665, talvez seja a mais

antiga máquina motriz ainda em operação apóstrês séculos.

O lugar que a geração de energia eólicavai ocupar no futuro próximo ainda não está claro,no entanto o espaço a ser ocupado se abre pelanecessidade de reduzir a participação da queimade combustíveis fósseis, pela rejeição justificadaou não aos sistemas nucleares, pelo elevado custodos sistemas solares fotovoltaicos e peladificuldade de construir hidroelétricas com cadavez maiores perdas de terra.

O AEROGERADOR DE HOJE

A evolução dos antigos moinhos queponteavam todos os quadrantes da Europa dequatro séculos atrás, e que se tornaram um íconedaquela época, até as máquinas atuais se deu apartir de algumas inovações tecnológicos dosquais convém destacar; o uso de pás com perfilem formato de aerofólio provocando o surto deinstalações das décadas de 30 e 40, e a aplicaçãodos imãs de alta potência que dão competitividadeàs máquinas de hoje.

O uso de perfis aerodinâmicos idênticosaos usados em asas de aviões deu um primeiroimpulso aos sistemas de captação de energiaeólica, no entanto logo os centros de pesquisa sevoltaram para a busca de perfis mais adequadosao uso em aerogeradores, seja por permitirem alimitação de velocidade pelo fenômeno do “stall”,seja por limitar o ruído causado pelas altasvelocidades das pontas das hélices.

Outro foco de pesquisa tem sido osalternadores, nos quais a busca de topologias maisadequadas às condições baixas velocidadespermitem a construção de máquinas mais leves.

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Finalmente o acoplamento elétrico ásredes de distribuição constituiu-se em área deamplos estudos, visto que por sua naturezapermanentemente variável o vento oferece umacurva de potência aleatória, obrigando ossistemas elétricos a desconfortáveis movimentosde ajuste.

Ao analisarmos a tendência dosmodernos aerogeradores teremos que observar porângulos diferentes as grandes e as pequenasmáquinas.

As grandes máquinas se tornam cada diamaiores em uma escalada sem precedentes. Hámuito pouco tempo um aerogerador de 150 Kwera imenso, hoje ele perde a expressão diante dasmáquinas de 1 MW que, no momento, são opadrão. Em 2002 será testado um protótipo de 4,5Mw com 112 m de diâmetro. Os problemas deadaptação a redes elétricas vêm sendo resolvidos,restando para a engenharia especializada duasquestões; como faze-los maiores e menos caros.Em nossos dias duas barreiras estão sendorompidas. O custo do Kwh em algumas situaçõesestá perto de 3 cent de dolar o que o tornacompetitivo com outras fontes e a causa disso éque o custo do Mw instalado está cruzando amarca do milhão de dolares. O que se conseguir apartir desse ponto dará extrema competitividade aessa fonte de energia.

A fabricação de grandes eareogeradores énegócio para grandes corporações que cresceramcom eles (Woben,Micon,Vestra.. ) ou grandescorporações que não querem ficar fora do negócio(ABB, Mitsubishi,..).Por outro lado as geradorasque usam esses sistemas costumam ter aparticipação de seus estados nacionais numa visãode infraestrutura em lugar de simples iniciativaprivada.

Alguns fatos revelam o ímpeto docrescimento da nova fonte de energia nos últimoscinco anos:

- 35 milhões de pessoas consomemesse tipo de energia.

- 55.000 turbinas operam.- 70.000 pessoas trabalham na

chamada indústria do vento.- 35 % tem sido a taxa de crescimento

anual da indústria de aerogeradores.- 2000 novos aerogeradores foram

conectados, em 2001, às redes dedestribuição da Alemanha.

- 10% será a participação da energiaeólica na demanda da Alemanha em2010.

- 10% da demanda total foi a meta dogoverno da Dinamarca em um

programa lançado em 1981 para seralcançado em 2000, com aconstrução de 60.000 aerogeradoresde 15 Kw. A meta foi alcançada em1997 com a instalação de somente5000 máquinas.

Vale a pena focalizar alguns aspectossobre o programa da Dinamarca. Eletornou aquele país lider mundial nafabricação de grandes aerogeradoresderrubando vários tabus quanto adificuldade de operar sistemas comgrande participação de energia eólica.Atualmente, em noites de ventofavorável, o componente eólico dosistema da Dinamarca chega a 50%. Emquinze anos ocorrerão momentos de totalsuprimento de fonte eólica. Outro grandefeito da Dinamarca foi a credibilidade napopulação. O Campo de 40 Mw existentejunto a Copenhagem pertence a umacooperativa com 8500 associados.No Brasil o Proeolica prevendo a

instalação de 3600 Mw colocaria o país emposição de destaque no mundo. Um problema queemperra o programa brasileiro é a absoluta faltade oferta de equipamentos de grande porte. APetrobrás ao buscar comprar equipamentos para ositio de Macau, com 3 Mw, foi informada pelaempresa que fabrica pás em Sorocaba que suacarteira apresentava uma fila de dois anos paraatendimento.

Na área dos pequenos geradoresprevalece a busca da máquina ideal; boa, bonita,barata. Boa o bastante para atender as espectativasde suprimento elétrico do proprietário,convertendo em Kwh qualquer brisa disponível,respeitadas as leis da física. Bonita pois quemcompra um pequeno aerogerador vai ocupar umespaço importante com ele, vai vê-lo com muitafreqüência, vai ouvi-lo e, na maioria das vezes,vai gostar dele. Tem que ser barato sem prejuízoda qualidade pois a maioria das decisões decompra de pequenos aerogeradores ocorre dentrode um elenco de prioridades onde o balançoutilidade e custo pode ficar muito apertado.Convém lembrar que a compra de um pequenoaerogerador raramente se faz em contexto do tipo;eu tenho vento, eu tenho dinheiro e não tenhoenergia.

Em contraste com os grandesaerogeradores a produção de equipamentos depequeno porte é negócio de pequenas empresas.Algumas se tornam maiores pelo tempo dematuração, há casos de empresas com mais de 50anos no ramo. Existem fabricantes em todos os

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continentes, inclusive alguns na África e váriosna Austrália.

O cliente para esse produto é o particularfreqüentemente do tipo com pouco vento, poucodinheiro e com energia. Geralmente esse clientepadrão busca uma alternativa para a sua totaldependência de uma fonte pouco amigável e aposse de uma pequena geradora de energia.

Outros clientes são aqueles que tendo ounão dinheiro, têm vento e não têm energia. Nessescasos os pequenos aerogeradores são uma ótimaopção.

O problema dos clientes que não têmdinheiro e precisam da energia não tem sido bemresolvido em nosso país, mas essa não é a regraem outros lugares onde uma compra desse tiporecebe grandes estímulos.

Existe uma lógica mista para a faixaintermediária de aerogeradores que situaríamosentre 20 Kw e 60 Kw . De uma maneira geral ocusto dessas máquinas afasta o cliente particular.

DESENVOLVIMENTO DE UM PEQUENOAEROGERADOR

A primeira questão que ocorre quanto aodesenvolvimento de um pequeno aerogerador parauso em nosso país é por que fazê-lo?

O apagão de 2000 não influenciou pois odesenvolvimento começou antes dele. A melhorjustificativa passa por uma paixão mal resolvidapor aviões e a vontade de atuar na área de energia.

Resolvido que faríamos um aerogeradordesde o projeto básico até a fabricação total doequipamento chega-se a primeira questão prática.De quê tamanho?

O critério para definição do porte doequipamento decorreu da conjugação de trêsfatores. O primeiro foi o custo dodesenvolvimento . o segundo o custo do produtofinal e, finalmente, o uso do aerogerador.

Considerando razões meramenteeconômicas deveríamos ter optado pela máquinade 500 watts pois é sabido que, pelo seu preço, é oaerogerador mais vendável. Não foi essa a nossadecisão pois sabemos que essa máquina não tempotência para aplicações de grande interesse socialcomo escolas, instalações rurais, bombeamentoetc.

Considerando apenas a utilização, aopção teria sido por um aerogerador de 10 kw, noentanto uma máquina desse porte teria o preço emuma faixa que dificilmente encontraria clientesparticulares em um mercado onde taisequipamentos não têm tradição. Convém ressaltar

que, apesar do custo, essa é a máquina que vemaumentando mais rapidamente a participação emáreas onde o uso de aerogeradores é comum.

Dentro desse balizamento optamos pelamáquina de 1000 watts que associa utilidade combaixo custo e constitui uma boa plataforma para odesenvolvimento das outras.

Outra decisão importante relacionava-secom a disposição do conjunto captador eólico (pásou hélices) com relação a direção do vento.

A primeira idéia era criar um aerogeradortraseiro (downwind) com controle centrífugo dopasso das hélices, no entanto o exame do mercadoe dos equipamentos existentes mostrou que talmáquina não seria competitiva. Optamos, entãopor uma máquina frontal (upwind) com controleaerodinâmico de velocidade (stall).

O desenvolvimento de um aerogeradorenvolve a aplicação de três campos tecnológicos:aerodinâmica, máquinas elétricas e eletrônica depotência. A alternativa de buscar elementosprontos e integra-los existe mas levaria a umamáquina muito pesada. Captadores eólicos ouconjuntos de hélices podem ser comprados naDinamarca ou na China, alternadores podem virda China ou Inglaterra e controladores sãocomuns no mercado americano.

Desprezando essa alternativa por aquelarazão e porque nossos impostos quase dobram ocusto dos insumos optamos pelo desenvolvimentototal do equipamento.

Com a opção de pesquisar, projetar econstruir todos os elementos para umaerogerador de 1000 watts partimos para nossaempreitada trabalhando mais ou menos emparalelo nos três campos: aerodinâmica, máquinaelétrica e eletrônica.

AERODINÂMICA

Essa é sem dúvida a área em que asinformações são mais acessíveis. Cursos,simuladores, projetos prontos informações decentros de pesquisa são encontrados comfacilidade na internet. È surpreendente o grau desofisticação existente, por exemplo, no campo daaerodinâmica para aeromodelismo.

A única área que apresentou dificuldadepor ocasião do início do projeto foi a relativa atabelas polares para aerofólios específicos paraaerogeradores. Recentemente essas informaçõestambém foram disponibilizadas na internet.

O projeto aerodidâmico do captadoreólico de um aerogerador parte de duas decisõesimportantes, a primeira se refere a velocidades,envolvendo o valor de projeto para velocidade do

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vento, a velocidade de ponta de pá e asobrevelocidade admitida. O fato mais importantecom relação a essa decisão é que ela define oprojeto do alternador que é item que maisinfluencia o custo do final do equipamento.

Uma decisão conservadora quanto àsvelocidades de projeto concorre para a criação doschamados pequenos aerogaradores pesados, comfama de grande durabilidade, custo elevado edificuldade de instalação.

Nossa decisão foi o sentido de umavelocidade conservadora para o vento no ponto deprojeto e uma posição mais arrojada quanto asobrevelocidade de ponta de pá. Com issoprocuramos garantir parâmetros favoráveis para oprojeto do alternador sem prejuízo daaplicabilidade do equipamento em ventosmoderados.

A Segunda decisão envolve a escolha doaerofólio para a construção do perfil da pá.Adotando uma sobrevelocidade de ponta de pá umpouco elevada nossa preocupação foi encontrarum perfil de baixo nível de ruído, o que costumaestar associado a uma perda de rendimento.Considerando que queríamos dar ao projeto boascaracterísticas partida em baixa velocidade,concluímos que não havia perfil para atenderessas condições. A solução foi adotar perfilvariável com o aerofólio bem cheio no centro dapá, propiciando a partida em baixa velocidade eaerofólio com inversão de concavidade na pontada pá. Como esses perfis não se harmonizamfomos obrigados a fazer uma composição de cincoaerofólios de uma mesma família. Mesmo comesse artifício tivemos dificuldade de fazer atransições entre as várias seções.

O resultado final tem sido bastantepositivo. A pá resultante do projeto temapresentado bom rendimento, excelente nível deruído e propiciou boa característica mecânica,resistindo a aplicação de carga de 100 Kg nocentro, quando apoiada em dois cutelos, semapresentar deformação permanente.

Considerando nossa pouca experiênciacom montagem de pás optamos por umacoplamento rotativo no cubo o que permite girarcada pá até encontrar o ângulo ideal.

MÁQUINA ELÉTRICA

Essa é a parte mais difícil do projeto deum aerogerador. As informações são poucas e,quando existem são incompletas, quando nãoenganosas.

A máquina padrão para o uso emaerogeradores de paqueno porte é o gerador de

magnetos permanentes (PMG). Essa máquinapode ser construida segundo uma série detopologias que podem ser grupadas em duasgrandes famílias, as radiais e as axiais conforme adireção segundo a qual o fluxo magnéticointercepta os condutores.

Um PMG para atender à um determinadoprojeto de aerogerador deve ter uma curvacaracterística (potência-rotação) compatível com ado captador eólico e um torque de partida tãobaixo quanto possível.

Existem três caminhos para se dispor deum PGM; compra-se um, adapta-se um motorelétrico para operar como PMG ou cria-se um apartir do zero. As duas primeiras altenativaslevam a uma máquina pesada pois o arranjo típicodessas máquinas não permite adotar as montagensmais favoráveis a um aerogerador. A terceiraalternativa nos leva a um terreno desconhecido etraiçoeiro.

Optamos pela construção de umamáquina que melhor se adaptasse ao conjunto denosso projeto limitando algumas de suasdimensões á capacidade das máquinasdisponíveis.

Quanto ao componente magnéticooptamos pelo uso de neodímios buscando tersegurança de alcançar a potência necessária.

Por não dispormos de um laboratório demáquinas com condições de realizar mediçõesmagnéticas a alternativa foi a fabricação de umasérie de protótipos caminhando por meio delespara o projeto final.

Nossa primeira tentativa foi umamáquina radial com grande número de pólos . Aopção por uma máquina radial foi determinadapela facilidade de operar com pequenas aberturasde entreferro (gap) sem risco de roçamentointerno.

O resultado foi desanimador com peso de19 Kg geramos pouco mais de 100 watt com umtorque de partida elevadíssimo. Com essamáquina aprendemos quase tudo o que nãodeveríamos fazer.

A partir dessa experiência passamos aconstruir protótipos em escala reduzida (menornúmero de pólos e maior rotação).

A Segunda topologia foi a axial, bifásica,com bobinas toroidais. Essa construção prometiaser interessante pois ao usar o mesmo sistemamagnético para exitar duas bobinas independentespermitia uma grande economia de neodímios quesão os itens de custo mais elevado no conjunto damáquina.

Depois de muitos testes, com váriosprotótipos em escala reduzida e resultados

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interessantes, construímos uma primeira máquinanas dimensões definitivas. Na verdadeconstruímos meia máquina pois segundo a fontena qual buscamos as informações sobre esseequipamento , para completá-la bastariaacrescentar a segunda bobina.

Os testes com esse protótipo nos ensinoumuito sobre fuga magnética, superaquecimento euso de plástico na construção de geradores.Aprendemos, o que foi importante para acontinuidade dos trabalhos, a construir mancais deescora para máquinas axiais.

Quando acrescentamos a segunda bobinapara nos aproximar da potência final descobrimosum fato importante que foi cuidadosamenteomitido por nossa fonte. O acréscimo de umasegunda bobina não produz a soma algébrica dapotência. A máquina seria viável mas teríamosque aumentar muito o volume de neodímio e, porconseqüência, o custo.

Outro aspecto que nos levou a outratopologia foi a dificuldade construtiva do caminhomagnético em chapas de ferro silício.

Considerando que a essa altura jáestávamos em condições iniciar testes em ventocom o aerogerador resolvemos completar aconstrução do primeiro protótipo acrescentandoum segundo rotor e fugindo do efeito que reduziaa potência da máquina.

Esse gerador pesava 28 Kg e tinha 900watt de potência. Outra caracteristica interessantedessa máquina era o elevado nível de tensãoalcançado.

Quando começamos os testes ao vento doaerogerador já estávamos testando uma terceiratopologia. A decisão de testar o PMG de fluxoaxial e ferro toroidal decorreu da boa classificaçãoque esse gerador teve em análise comparativa detorque e custo com relação a volume quandocomparado com outras topologias. Outravantagem apresentada era o baixo custo efacilidade construtiva do estator. Por fim esse é ogerador de menor torque de partida.

Ao lado dessas vantagens tínhamosenormes dificuldades construtivas a enfrentar,decorrentes do nível de esforços que a atraçãomagnética provoca sobre o estator.

A partir desse ponto testamos umadezena de protótipos variando: número de pólos,dimensão de neodímios, dimensões do estator,diâmetro do fio do enrolamento e folga doentreferro.

Em paralelo com os testes variando ascaracterísticas elétricas e magnéticas testamosmuitas alternativas de ligação entre o estator e acarcaça da máquina.

A construção com estator toroidal, emque esse elemento é totalmente blindado,apresenta uma grande vantagem com relação aresistência a corrosão pois os estatoresconvencionais são as peças mais atacadas pelaferrugem nas condições de severa exposição aintempéries comuns a aerogeradores.

Também o conjunto de rolamentos ficaextremamente protegido pela estrutura em balançoque caracteriza essa máquina.

O resultado final foi uma máquina com12 Kg, trifásica, desenvolvendo 1200 watt noponto de operação e 2000 watt a 1000 rpm semsinal de superaquecimento.

Outra característica interessante dessatopologia é a forma final do gerador quepraticamente se reduz a um cilindro de 270mmdediâmetro por 60 mm o que facilita a criação deum perfil aerodinâmico para a nacele doaerogerador.

A possibilidade de criar um perfilaerodinâmico de pouco arraste para o corpo dogerador nos levou a fazer uma opção poucocomum, senão única, para abrigar a cabeçarotativa (swivel). Integrando essa peça à torre enão ao corpo do gerador encontramos umasolução que produz interferência mínima ápassagem do ar.

ELETRÔNICA

Com a inexistência, no Brasil, de umalegislação que estimule a ligação de pequenosaeroegeradors à rede elétrica resolvemos optarpela configuração gerador-baterias-inversor.

Definida a configuração faltavaespecificar o nível de tensão do sistema o quepoderia ser feito entre 12, 24 ou 48Vconsiderando os sistemas de baterias disponíveis.

No caso de geradores nessa faixa depotência existe uma recomendação de especialistade usar 12V se o sistema tiver perspectiva deampliação acima de 1500 watt.

Na verdade a importante decisão quantoao nível de tensão se faz balanceando asdesvantagens das altas amperagens que ocorremquando se opera em 12V com o nãoaproveitamento dos ventos de baixa intensidadeque ocorre em 24V.

Em nosso desenvolvimento começamoscomo sistema em 12 V mas a medida quecomeçamos a lidar com as perdas no cabeamentoe constatando que o nosso gerador apresentavauma reserva de potência bastante significativaresolvemos passar para 24V.

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Atualmente estamos estudandoalternativas para aproveitar a energia dos ventosde baixa intensidade, que podem chegar a 150watt, acoplando ao gerador sistemas deaquecimento resistivos ou sistema secundário deacumulação em 12V.

Face a existência de um sistemaacumulador de energia composto por bateriasgeralmente chumbo ácidas, e considerando queelas são alimentadas por uma ponte de diodosacoplada a um gerador de velocidade variável,torna-se inevitável a existência de um dispositivopara gerenciar o carregamento com o objetivobásico de proteger as baterias.

Lembramos que um PGM não podesimplesmente ser desligado quando o vento estámantendo sua operação. Quando desligamos asbaterias a carga tem que ser desviada para outrouso ou para uma resistência de dissipação quesimplesmente joga a energia fora.

As funções mínimas que um sistema degerenciamento deve executar são: odesacoplamento da carga elétrica quando osistema atinge o nível mínimo, o reacoplamentoda carga quando a voltagem atingir o mínimomais delta de segurança, o desacoplamento dogerador quando quando a voltagem do sistemaatingir o máximo admissível e o reacoplamento dogerador quando a voltagem atingir a máximamenos o delta de segurança.

Para dispor de um sistema degerenciamento de carga adotamos duasalternativas, construímos a nossa própria placaeletrônica acrescentando um circuito tacômetrocom o objetivo transferir a carga da bateria para aresistência de dissipação e vice versa ao seratingido determinado nível de rotações por minutodo gerador. Nessa placa comparadores devoltagem se incumbem de fazer os acoplamentose desacoplamentos, alimentando relésapropriados. Essa placa tem a vantagem depermitir o ajuste das voltagens de acoplamento edesacoplamento.

Outra alternativa foi o uso de uma placapara carregamento de baterias de tração,comercialmente disponível, que foi adaptada pelofabricante para uso em aerogeradores. Essa placase caracteriza por ter os pontos de acoplamento edesacoplamento definidos desde a fábrica, porsoftware.

A impressão que fica é que ogerenciamento do carregamento e de cargas é umcampo que permanecerá aberto seja porque osrecursos eletrônicos mudam propiciando melhordesempenho e menor custo, seja porque outras

funções podem ser incorporadas em benefício dousuário.

OUTROS COMPONENTES

Além dos componentes já apresentados oaerogerador básico requer mais três elementospara funcionar, são eles; sistema de direção edesvio do fluxo, cabeça rotativa e torre.

Nossa opção de construir umequipamento de orientação frontal (upwind) emque o captador eólico fica na frente da torreacarreta a necessidade de termos um dispositivoativo, normalmente eletromecânico, para orientaro gerador em permanente oposição ao vento ouum dispositivo do tipo passivo, normalmente umleme que se mantém na direção do vento.

Buscando o máximo de simplicidade parao projeto optamos pelo uso de um simples lemecomo dispositivo de orientação. Complementandofunção orientadora introduzimos, comogeralmente é feito, um mecanismo de desvio defluxo que funciona pelo dobramento da haste doleme quando a velocidade do vento atingeintensidade perigosa. Face às características denosso projeto foi possível dotar a base da haste doleme com um prato rotativo de forma a podermosescolher a velocidade de desarme doequipamento.

A cabeça rotativa localizada no topo datorre cumpre três funções; em primeiro lugarpromove a livre rotação do aerogerador na buscada direção do vento, complementando ela encerraos carvões contactores que promovem opermanente contato elétrico, independente dadireção do vento. No nosso projeto usamoscarvões duplos, por fase, de forma reduzir o afeitode centelhamento. Finalmente a cabeça rotativacontém o elemento padronizado de acoplamento atorre. Por meio desse elemento é possível adaptaro aerogerador a extremidade de um tubo de 100mm mediante a realização de seis furos de 15 mmcom o uso de um simples gabarito de papel.

O aerogerador em questão pode sermontado no topo de qualquer torre que termineem um tubo de 100 mm e que resista ao esforçode 150 Kg aplicados, em qualquer direção, notopo.

Nos casos de áreas abertas a torre tubularestaiada é uma excelente solução, permitindo aelevação de sistemas com 25 metros de altura semmuita dificuldade.

Nos casos de áreas urbanas e restritas,onde o estaiamento tem limitações, cada caso seráum caso. Nessas situações aparecem as torres

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Figura 1

treliçadas, com ou sem estaiamento, as torresbasculantes e até as torres retrateis.

Com esse conjunto gera-se energiaelétrica trifásica que pode ser utilizadadiretamente em algumas aplicações comoaquecimento resistivo, situações especiais deiluminação e acionamento direto de motores quepodem funcionar com velocidade variável.

A figura 1 apresenta uma visão geral doaerogerador cujo desenvolvimento apresentamosao longo do texto.

Outra alternativa para uso da energiagerada é a adoção de acumuladores que cumprema dupla tarefa de acumular energia para uso emoutro momento e estabilizar a tensão em um nívelfixo.

Complementando o sistema com bateriaspode-se acrescentar um inversor queeletronicamente converte a energia para o sistemaalternado de uso comum.

CONCLUSÕES

O gerador de 1000 watt é um ponto departida apropriado tanto para o desenvolvimentode máquinas maiores como menores.

Acreditamos que uma máquina de 10 kwpode ser construída com os mesmos recursostecnológicos o que pode não ser valido parapotências muito maiores. Nossa intenção édesenvolver essa máquina no próximo ano.

Quanto a uma máquina de 500 watt nossaintenção é avaliar um pouco melhor o mercadoantes de investir em uma máquina que só teriasentido se seu custo fosse muito baixo.

PALAVRAS CHAVES:

Turbina eólica, energia alternativa,aerogerador, gerador eólico.

Captador Eólico

Gerador de MagnetosPermanente

Cabeça Rotativa

Dispositivo deDesvio de Fluxo