trabalho energia eolica

5/14/2018 Trabalho Energia Eolica - slidepdf.com

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL REI

Energia Eólica

Antônio Wilson

Jocasta d' Ávila Toledo

Gabriel Goulart Cintra

Sergio Fernandes Teixeira

Conversão de Energia

Prof.: Gleison Amaral

INTRODUÇÃO

Energia eólica é aquela gerada pelo vento. Desde a antiguidade este tipo de energia é

utilizado pelo homem, principalmente nas embarcações e moinhos. Atualmente, a energia

eólica, embora pouco utilizada, é considerada uma importante fonte de energia por se tratar

de uma fonte limpa (não gera poluição e não agride o meio ambiente).

Grandes turbinas (aerogeradores), em formato de cata-vento, são colocadas em locais abertos

e com boa quantidade de vento. Através de um gerador, o movimento destas turbinas gera

energia elétrica.

Atualmente, apenas 1% da energia gerada no mundo provém deste tipo de fonte. Porém, o

potencial para exploração é grande.

O trabalho tem como objetivo demonstrar as características do processo de conversão daenergia eólica. Levando em consideração sua eficiência perante aos outros meios de energia,

a forma de produção, os fatores socioeconômicos e ambientais.

A energia eólica pode ser considerada uma das mais promissoras fontes naturais de energia,

principalmente porque é renovável, ou seja, não se esgota, limpa, amplamente distribuída

globalmente e, se utilizada para substituir fontes de combustíveis fósseis, auxilia na redução

do efeito estufa. Em países como o Brasil, que possuem uma grande malha hidrográfica, a

energia eólica pode se tornar importante no futuro, porque ela não consome água, que é um

bem cada vez mais escasso e que também vai ficar cada vez mais controlado. A maioria das



formas de geração de eletricidade requerem altíssimos investimentos de capital e baixo custo

de manutenção. Isto é particularmente verdade para o caso da energia eólica, onde os custos

com a construção de cada aerogerador podem alcançar milhões de reais, os custos com

manutenção são baixos e o custo com combustível é zero. Na composição do cálculo de

investimento e custo nesta forma de energia levam-se em conta diversos fatores, como a

produção anual estimada, as taxas de juros, os custos de construção, de manutenção, de

localização e os riscos de queda dos geradores. Sendo assim, os cálculos sobre o real custo de

produção da energia eólica diferem muito, de acordo com a localização de cada usina

[Wikipédia].

DESENVOLVIMENTO

O vento gira uma hélice gigante conectada a um gerador que produz eletricidade. Quando

vários mecanismos como esse - conhecido como turbina de vento - são ligados a uma central

de transmissão de energia, temos uma central eólica. A quantidade de energia produzida por

uma turbina varia de acordo com o tamanho das suas hélices e, claro, do regime de ventos na

região em que está instalada. E não pense que o ideal é contar simplesmente com ventos

fortes. "Além da velocidade dos ventos, é importante que eles sejam regulares, não sofram

turbulências e nem estejam sujeitos a fenômenos climáticos como tufões", diz o engenheiro

mecânico Everaldo Feitosa, vice-presidente da Associação Mundial de Energia Eólica [A. L.

Lopoes, 2005].

Existem dois tipos de geradores eólicos o gerador de eixo vertical e o eixo horizontal,

daremos ênfase ao segundo por ser o mais comum, a título de curiosidade o primeiro é pouco

utilizado, ele não necessita de mecanismo de acompanhamento para variação de direção esse

fator reduz a complexidade do projeto, entretanto precisa de um impulso de seu sistema

elétrico para dar partida. Por utilizar cabos de amarração seu rotor não pode ser muito

elevado, e por ter uma altura limitada o rotor recebe ventos de menor velocidade assim

tornando os geradores verticais menos eficientes. Uma vantagem em relação ao gerador

horizontal esta no fato dos equipamentos encontrarem no nível do solo com isso facilita a

manutenção.

O gerador de eixo horizontal possui maior custo, porém como já foi dito é o mais eficiente

isso faz desse o mais empregado na produção de energia eólica em grande escala.

Os componentes básicos do gerador de eixo horizontal são:

A torre é o elemento que sustenta todos os componentes do gerador.



O rotor é o componente que transforma energia cinética dos ventos em energia

mecânica de rotação, nele se encontra as pás da turbina. Todo o conjunto é conectado

ao eixo que transmite a rotação das pás para o gerador por uma transmissão ou caixa

de multiplicação. A nacele é o elemento que reveste todo o mecanismo do gerador.

A caixa de multiplicação é o mecanismo que transmite a energia mecânica do eixo do

rotor ao eixo do gerador.

O gerador converte energia mecânica em energia elétrica, existem vários tipos de

gerador pode ser de corrente continua, gerador síncronos, gerador assíncronos,

geradores de comutador de corrente alternadas a escolha por um desses depende do

projeto.

O mecanismo de controle é usado para limitar a potência que o gerador pode receber

devido à força do vento.

O anemômetro mede a intensidade e a velocidade dos ventos em um período de tempo

pré-determinado.

As pás do rotor capturam o vento e convertem sua potencia ao centro do rotor.

A biruta ou sensor de direção são responsáveis por orientar a posição das pás devido àorientação do vento.

O principio de funcionamento do gerador de eixo horizontal e assim descrito o vento faz giraras pás que impulsionam o rotor, assim a energia cinética dos ventos é transformada emenergia mecânica, esse esta conectado a uma transmissão. A velocidade angular dos rotoresgeralmente varia na faixa de 20 a 150rpm, devido às restrições de velocidade na ponta da pá.Entretanto, geradores, sobretudo geradores síncronos trabalham em rotações muito maiselevadas em geral, entre 1.200 a 1.800 rpm, tornando necessária a instalação de um sistemade multiplicação entre os eixos.

Esse rotaciona o gerador responsável por converter energia mecânica em energia elétrica, a

energia elétrica pode ser transmitida ou armazenada para diversos fins. Para melhoramentoda eficiência dos geradores existem outros dispositivos que são acoplados ao sistema citadoacima. São eles o mecanismo de controle e o sensor de direção.

Disponibilidade de Recursos

Para obter informações sobre o potencial eólico de uma determinada região é necessário umprograma de estudos de velocidade e regime dos ventos, isso inclui pesquisas feitas emestações meteorológicas, esses resultados determinaram se a região pode ser utilizada paraproduzir energia eólica. Para que a energia eólica seja considerada tecnicamente aproveitável,

é necessário que sua densidade seja maior ou igual a 500 W/m2, a uma altura de 50 m, o querequer uma velocidade mínima do vento de 7 a 8 m/s [GRUBB; MEYER, 1993].



Mais de 71 mil quilômetros quadrados do território nacional, em sua quase totalidade nacosta dos estados do Nordeste, contam com velocidades de vento superiores a sete metros porsegundo, que propiciam um potencial eólico da ordem de 272 terawatts-hora por ano(TWh/ano) de energia elétrica. Trata-se de uma cifra bastante expressiva, uma vez que o

consumo nacional de energia elétrica é de 424 TWh/ano, aponta estudo publicado na RevistaBrasileira de Ensino de Física, de autoria de pesquisadores do Centro de Previsão do Tempo eEstudos Climáticos (CPTEC) do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe).

O setor de energia eólica tem apresentado crescimento acelerado em todo o mundo desde oinício da década de 1990. A capacidade instalada total mundial de aerogeradores voltados àprodução de energia elétrica atingiu cerca de 74,2 mil megawatts (MW) no fim de 2006, umcrescimento de mais de 20% em relação ao ano anterior. Enquanto o Brasil explora menos de1% de sua energia eólica, países como Alemanha, Espanha e Noruega utilizam por volta de10% [F.R. Martins].

Produção Mundial de Energia Eólica no Mundo

Em 1990, a capacidade instalada no mundo era inferior a 2.000 MW. Em1994, ela subiu para

3.734 MW, divididos entre Europa (45,1%), América (48,4%), Ásia (6,4%) e outros países

(1,1%). Quatro anos mais tarde, chegou a 10.000 MW e no final de 2002 a capacidade total

instalada no mundo ultrapassou 32.000 MW. O mercado tem crescido substancialmente nos

últimos anos, principalmente na Alemanha, EUA, Dinamarca e Espanha, onde a potência

adicionada anualmente supera 3.000 MW [BTM, 2000; EWEA; GREENPEACE, 2003].

Esse crescimento de mercado fez com que a Associação Européia de Energia Eólica

estabelecesse novas metas, indicando que, até 2020, a energia eólica poderá suprir 10% de

toda a energia elétrica requerida no mundo.De fato, em alguns países e regiões, a energia

eólica já representa uma parcela considerável da eletricidade produzida. Na Dinamarca, por

exemplo, a energia eólica representa 18% de toda a eletricidade gerada e a meta é aumentar

essa parcela para 50% até 2030. Na região de Schleswig-Holstein, na Alemanha, cerca de

25% do parque de energia elétrica instalado é de origem eólica. Na região de Navarra, naEspanha, essa parcela é de 23%. Em termos de capacidade instalada, estima-se que, até 2020,

a Europa já terá 100.000 MW [WIND FORCE, 2003].

Fator Socioeconômico

Uma grande turbina eólica típica pode gerar até 1,8 MW de eletricidade ou 5,2 milhões de

kWh anualmente, sob condições ideais. Ainda assim, as usinas nucleares e de carvão podem

produzir eletricidade mais barato do que as turbinas eólicas. Mas as duas maiores razões parausar o vento para gerar eletricidade são as mais óbvias: a energia do vento é limpa e



renovável. Ela não libera gases nocivos como CO2 e óxidos de nitrogênio na atmosfera como

faz o carvão e não corremos, tão cedo, o risco duma escassez de ventos. Também existe a

independência associada à energia eólica, já que qualquer país pode gerá-la em casa sem

necessidade de recorrer a importações. E uma turbina eólica pode trazer eletricidade para

áreas remotas não atendidas pela rede elétrica central. As desvantagens: as turbinas eólicas

nem sempre funcionam com 100% da potência, como muitas outras fontes energéticas, já que

a velocidade do vento é variável, por isso é uma fonte ainda cara. Além disso, como o vento é

uma fonte de energia relativamente pouco confiável, os operadores de usinas eólicas

precisam ter um sistema de reserva com uma pequena quantidade de energia confiável e não-

renovável, para as vezes em que a velocidade do vento diminui. Se argumenta que o uso de

energia poluente para sustentar a produção de energia limpa anula os benefícios, mas a

indústria eólica clama que a quantidade de energia poluente necessária para manter um

fornecimento estável de eletricidade num sistema eólico é insignificante.

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 valoresmaiores 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, conforme

Figura 6.1.

Os recursos apresentados na legenda da Figura 6.1 referem-se à velocidade média do vento e

energia eólica média a uma altura de 50m acima da superfície para 5 condições topográficas

distintas: zona costeira – áreas de praia, normalmente com larga faixa de areia, onde o ventoincide predominantemente do sentido mar-terra; campo aberto – áreas planas de pastagens,



plantações e /ou vegetação baixa sem muitas árvores altas; mata – áreas de vegetação nativa

com arbustos e árvores altas mas de baixa densidade, tipo de terreno que causa mais

obstruções ao fluxo de vento; morro – áreas de relevo levemente ondulado, relativamente

complexo, com pouca vegetação ou pasto; montanha – áreas de relevo complexo, com altas

montanhas.

Ainda na legenda, a classe 1 representa regiões de baixo potencial eólico, de pouco ou

nenhum interesse para o aproveitamento da energia eólica. A classe 4 corresponde aos

melhores locais para aproveitamento dos ventos no Brasil. As classes 2 e 3 podem ou não ser

favoráveis, dependendo das condições topográficas. Por exemplo: um local de classe 3 na

costa do Nordeste (zona costeira) pode apresentar velocidades médias anuais entre 6,5 e 8

m/s, enquanto que um local de classe 3 no interior do Maranhão (mata) apresentará apenas

valores entre 4,5 e 6 m/s.

A Tabela 6.3 mostra a classificação das velocidades de vento e regiões topográficas utilizadas

no mapa da Figura 6.1. Os valores correspondem à velocidade média anual do vento a 50 m

de altura em m/s (Vm) e à densidade média de energia média em W/m2 (Em). Os valores de

Em foram obtidos para as seguintes condições padrão: altitude igual ao nível do mar,

temperatura de 20ºC e fator de Weibull de 2,5. A mudança de altitude para 1.000 m acima donível do mar acarreta uma diminuição de 9% na densidade média de energia e a diminuição

de temperatura para 15ºC provoca um aumento de cerca de 2% na densidade de energia

média.

Outro estudo importante, em âmbito nacional, foi publicado pelo Centro de Referência para

Energia Solar e Eólica – CRESESB/CEPEL. Trata-se do Atlas do Potencial Eólico Brasileiro,

cujos resultados estão disponíveis no seguinte endereço eletrônico:

www.cresesb.cepel.br/atlas_eolico_ brasil/atlas-web.htm. 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.

http://www.cresesb.cepel.br/atlas_eolico_





Impactos Ambientais

Uso da terra – Impactos sobre o uso de terras é quantificado pela área ocupada, sendo que

em geral ocupam 0,06 a 0,08 km²/MW (12-16MW/km²), em parques eólicos as turbinas

devem estar suficientemente distanciadas entre si para evitar a perturbação causada no

escoamento do vento entre uma unidade a outra. Contudo a área do parque pode ser

aproveitada para produção agrícola [EUREC Agency, 2002].

Ruído – O ruído proveniente das turbinas eólicas pode ser de origem mecânica e

aerodinâmica. Análises demonstram que, para turbinas com rotores de diâmetros

maiores que 20 metros, o ruído mecânico é dominante, e que quanto mais largos os

rotores, maior será o ruído aerodinâmico [EUREC Agency, 2002]. Segundo

Tolmasquim (2004), a tecnologia atual mostra que é possível a construção de turbinas

eólicas com níveis de ruído bem menores, visto que as engrenagens utilizadas para

multiplicar a rotação do gerador podem ser eliminadas caso seja empregado um

gerador elétrico que funciona em baixas rotações (sistema multipolo de geração de

energia elétrica). O ruído de origem aerodinâmica é função da velocidade do vento

sobre a turbina eólica, e a sua redução relaciona-se ao design das pás e da própria

torre. Como exemplo de impacto por ruído, tem-se uma fazenda eólica na Carolina doNorte, onde as máquinas das turbinas emitiam vibrações que adoeciam pessoas,

balançavam janelas, e fizeram com que as vacas parassem de dar leite [Ottinger,

1991].

Impactos visuais – As turbinas eólicas geram um impacto visual de difícil

quantificação, porém, com certeza, as turbinas, com corpos com aproximadamente 40

metros de altura, e hélices de 20 metros, impactam a paisagem. Um outro aspecto do

impacto visual é referente às movimentações das sombras provocadas pelas hélices,



que deve ser considerado quando da implantação próxima a áreas habitadas.

Planejamentos devem maximizar a potencialidade do uso de terras.

Mortalidade de pássaros – Entretanto, estudos comprovam que a mortalidade de

pássaros em função de turbinas eólicas é pequena e isolada, como na Espanha, ondede as turbinas foram instaladas numa rota de migração de pássaros. Entretanto

distúrbios na proliferação e descanso de pássaros podem ser um problema em regiões

costeiras (EUREC Agency, 2002). Fora das rotas de imigração, estudos mostram que

raramente os pássaros são incomodados pelas turbinas, e que eles tendem a mudar sua

rota de vôo entre 100 a 200 metros, passando acima ou ao redor da turbina, em

distâncias seguras. Na Alemanha, morrem mais pássaros vitimados pelo impacto em

torres de antenas do que em turbinas eólicas (Tolmasquim, 2004).

Interferência eletromagnética – As turbinas eólicas em algumas áreas podem refletir

em ondas eletromagnéticas, interferindo em sistemas de comunicação

eletromagnéticos, por exemplo, em transmissões televisivas.

CONCLUSÃO

A energia eólica é forma de energia limpa e renovável, seu impacto ao meio ambiente

compara ao outras formas de energia e quase nulo. O custo de construções de parques eólicossão altos, porem sua manutenção é baixa, tornado assim uma energia viável paras as regiões

propicia para a produção. Entretanto, sua aplicação depende de fatores climáticos tornando a

produção dela muito instável e incerta.

BIBLIOGRAFIAS

1.

[Wikipédia] http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_e%C3%B3lica 2. [A. L. Lopoes, 2005] Lopoes; Artur L., 09/2005. Como funciona a energia eólica? -Revista Mundo Estranho.

3. GRUBB; MEYER, 1993.4. Revista Brasileira de Ensino de Física, de autoria de pesquisadores do Centro de

Previsão do Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC) do Instituto Nacional de PesquisasEspaciais (Inpe).

5. F.R. Martins, R.A. Guarnieri, E.B. Pereira. O aproveitamento da energia eólica,Revista Brasileira de Ensino de Física; Vol.:30 n.1.

6. BTM, 2000; EWEA; GREENPEACE, 2003.7. WIND FORCE, 2003.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_e%C3%B3lica






8. [EUREC Agency, 2002] Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio deSalvo Brito -CRESESB. Tutorial: Energia Solar. Capturado em julho 2005.Disponível na Internet:http://www.cresesb.cepel.br/tutorial/solar/apstenergiasolar.htm#item-11

9.

[Ottinger; 1991] Tolmasquim, Maurício T. et al. Alternativas EnergéticasSustentáveis no Brasil. Editora Relume Dumará. Rio de Janeiro, 2004.

http://www.cresesb.cepel.br/tutorial/solar/apstenergiasolar.htm#item-11



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