Universidade Santa Cecília
PROJETO DE GERAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA
Santos - 2006
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Energia eolica, Manuais, Projetos, Pesquisas de Engenharia Mecânica
PROJETO DE GERAÇÃO DE ENERGIA EOLICA
Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas
Antes de 2010
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Universidade Santa Cecília
PROJETO DE GERAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA
Santos - 2006
PROJETO DE GERAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA
Projeto de Graduação do Curso de Engenharia Industrial Mecânica.
Alison Alves dos Santos Daniel Silva Ramos Nilson Tadeu Fernandes dos Santos Pedro Porto de Oliveira
Santos – 2006
Sumário
Índice de Figuras
1) Introdução
1.1) As forças aerodinâmicas .......................................................................... 42
2) Energia Eólica no Brasil
2.1) Aerogeradores construídos na cidade de Taíba no Ceará............................ 7
2.2) Caracterização dos recursos eólicos no território brasileiro.......................... 8
2.3) Principais cidades com projetos para instalação de usinas eólicas..............
3) Ventos
3.1) Brisas Marinhas ao dia................................................................................. 15
3.2) Brisas Marinhas a noite................................................................................ 15
4) Funcionamento
4.1) Exemplo de uma instalação eólica.............................................................. 19
4.2) Diversas partes constituintes de um rotor de sistema eólico....................... 22
4.3) Diferentes ares e relação entre suas alturas e velocidades de ventos........ 25
4.4) Turbina Savonius de eixo vertical................................................................ 27
4.5) Turbina Darrieus de eixo vertical................................................................. 27
4.6) Turbina Darrieus de eixo vertical e pá reta.................................................. 28
4.7) Turbina de eixo horizontal tripá com gerador de 75KW............................... 28
5) Meio Ambiente
1)Introdução
1.1) Objetivos
Este trabalho tem como objetivo a análise do aproveitamento da energia eólica, que como todas as demais energias possuem certas vantagens e desvantagens; o que a faz diferente não é só um fato ou outro, é o conjunto como um todo. Além de esta ser uma fonte de energia renovável, ela pode ser utilizada para o fornecimento de energia para pequenas populações onde não há um acesso de energia direto e também não necessita de grandes investimentos.
O aproveitamento deste tipo de energia decorrente dos avanços tecnológicos do setor contribuiu bastante para a definição deste tema como um trabalho de estudo em fase do término do curso de graduação de Engenharia. Com isso, o foco desse projeto é ressaltar a importância do uso da energia renovável neste início do século XXI e demonstrar o diferencial da energia proveniente dos ventos.
1.2) Introdução a Energia Eólica
Um dos grandes tormentos do mundo de hoje é a questão relativa à energia: o aproveitamento desta ainda não atingiu um nível satisfatório, visto que a imensa maioria da energia utilizada no planeta é de origem não renovável, seja de fonte mineral ou atômica.
Atualmente, quando falamos em geração de energia, em qualquer parte do mundo a primeira visão que se tem é a de maior distribuição possível juntamente com a maior economia envolvida. Esses foram os principais fatores que nos levaram a desenvolver um trabalho relacionado à energia renovável. E, através desse conhecimento aponta-se a energia eólica como um tipo de energia bem diferenciado dos demais e que vem indicando resultados significativos de crescimento tanto em países desenvolvidos como em países emergentes.
Esta última vantagem pode ser explorada por pessoas que queiram montar um módulo de energia próprio ao redor de suas casas e não precisar mais se filiar às empresas. Mas
claro também há desvantagens que devem ser levadas em conta, como o barulho provocado, que não é muito elevado se o módulo for freqüentemente monitorado, a área ocupada que deve ser específica (sem muitas elevações e habitações por perto), e principalmente que hoje como esta tecnologia ainda não está totalmente desenvolvida e o seu custo ainda é um pouco elevado, de modo que é muito difícil uma população ter o seu próprio fornecimento de energia elétrica gerada por meios eólicos e também que seu aproveitamento ainda não é satisfatoriamente elevado, entretanto esses fatores podem ser superados com o desenvolvimento desta tecnologia.[1]
1.3) Energia renovável
Para esclarecimentos sobre os tipos de energias que dispomos atualmente, as mesmas são divididas basicamente em dois tipos de acordo com as suas fontes.
Uma delas é a energia de fonte não-renovável onde se pode dizer que são aquelas que se encontram na natureza em quantidades limitadas e se extinguem com a sua utilização como, por exemplo, os combustíveis fósseis (carvão, petróleo bruto e gás natural) e o urânio, que é a matéria-prima necessária para obter a energia resultante do processo de fusão nuclear.
O outro tipo de energia utilizada em larga escala é a energia renovável onde não é possível estabelecer um fim temporal para a sua utilização como, por exemplo, o calor emitido pelo sol, a existência do vento, das marés ou dos cursos de água sendo assim consideradas, justamente, inesgotáveis, mas limitadas em termos da quantidade de energia que é possível extrair em cada momento.
Para justificar o desenvolvimento de energias do tipo “renováveis” podemos analisar, primeiramente, a atual dependência que temos de recursos energéticos não-renováveis que pela estimativa se pode prever a futura escassez que haverá dos mesmos. Outro fator importante é a busca permanente de novas opções tecnológicas energéticas que não geram degradação da atmosfera, do solo, de recursos hídricos e do meio ambiente de uma maneira geral, sempre levando em conta as fontes de energia intermináveis que temos no planeta. [9]
desenhos para a Europa, mas provavelmente foram os holandeses que desenvolveram o moinho de vento horizontal, com hélices, comuns nos campos dos holandeses e ingleses.
As forças do vento e da água logo se tornaram a fonte primária da energia mecânica medieval inglesa. Durante esse período, os holandeses contaram com a força do vento para bombeamento de água, moagem de grãos e operações de serraria.
Os primeiros moinhos de vento nas novas colônias inglesas eram duplicatas das máquinas inglesas. Muitos dos desenhos melhorados na Holanda eram virtualmente ignorados. Por volta de 1850, Daniel Halliday começou a desenvolver o famoso moinho de vento americano de fazenda. Usado principalmente para bombear água, essa máquina é o familiar moinho de vento multi-lâmina, ainda visto hoje em muitas áreas rurais. Mesmo hoje, as fazendas de gado, não seriam possíveis em muitas partes da América e Europa sem essa máquina. [2]
A geração de eletricidade pelo vento começou em torno do início do século, com alguns dos primeiros desenvolvimentos creditados aos dinamarqueses. Pelo ano de 1930, cerca de uma dúzia de firmas americanas estavam fazendo e vendendo esses "carregadores de vento", na maior parte aos fazendeiros do ventoso Great Plains. Tipicamente, essas máquinas poderiam fornecer até 1000 Watts de potência quando o vento estivesse soprando. [2]
Muitos países europeus construíram enormes geradores de vento. Durante os anos 1950 e 1960, os franceses construíram desenhos avançados de unidades de 100 kW a 300 kW. Os alemães construíram geradores de vento para prover força extra para sua linha de utilidades, mas por causa da rígida competição dos geradores de fluído fóssil, essas máquinas experimentais foram eventualmente descartadas.[2]
Uma das mais memoráveis máquinas de vento, foi a máquina de Smith-Putman, construída perto de Rutland, Vermont- USA, durante os anos 1940. Esta enorme máquina com lâminas de 50 m, foi desenhada para fornecer 1250 kW, para a malha de forças de Vermont.
2) Energia Eólica no Brasil
Atualmente, na grande maioria dos casos, a utilização da energia eólica ocorre com a finalidade de gerar energia elétrica para, possivelmente, bombear água, aquecer ambientes, ligar máquinas diversas, moer grãos, usos domésticos ou de pequenas empresas, entre outros. Isso ocorre pelo fato da eletricidade ser uma forma muito cômoda e usual de
Figura 2.1 – Aerogeradores construídos sobre dunas de areia na cidade de Taíba no Ceará.[6]
2.1) Potencial Eólico brasileiro
A avaliação precisa do potencial de vento em uma região é o primeiro e fundamental passo para o aproveitamento do recurso eólico como fonte de energia.
No Brasil, assim como em várias partes do mundo, quase não existem dados de vento com qualidade para uma avaliação do potencial eólico. Os primeiros sensores especiais para energia eólica foram instalados no Ceará e em Fernando de Noronha, no estado de Pernambuco, apenas no início dos anos 90. Os bons resultados obtidos com aquelas medições favoreceram a determinação precisa do potencial de energia eólica daqueles locais e a instalação de aerogeradores.Vários estados brasileiros seguiram os passos de Ceará e Pernambuco e iniciaram programas de levantamento de dados de vento.[5]
A análise dos dados de vento de vários locais no Nordeste confirmou as características dos existentes na região, velocidades médias de vento altas, pouca variação nas direções do vento e pouca turbulência durante todo o ano. Diante da importância da caracterização dos recursos eólicos no Brasil, foi lançado o atlas eólico brasileiro, como pode ser visto na figura 2.2. Este atlas tem como objetivo principal desenvolver modelos atmosféricos, analisar dados de ventos e elaborar mapas eólicos. Atualmente podem ser
destacados alguns projetos implementados no Brasil como pode ser observado na tabela 2.1.[5]
Tabela 2.1- Projetos de geração de energia eólica Implementados no Brasil.
Estado Local Capacidade Instalada
Produção anual prevista
Estado atual
Ceará Taíba 5MW 17500MWh Operação Ceará Prainha 10MW 35000MWh Operação Ceará Mucuripe 1,2MW 3800MWh Operação Ceará Paracurú 30MW --------------- Estudo Ceará Camocim 30MW --------------- Estudo Minas Gerais Morro Camelinho
1,0MW 800MWh Operação
Pará Vila Joanes 40KW 32MWh Operação Pará Costa NE 100MW -------------- Estudo Paraná Palmas I 2,5MW 7000MWh Operação Paraná Palmas II 9,5MW -------------- Estudo Paraná Palmas III 75MW -------------- Estudo Pernambuco F.Noronha 75KW 60MWh Operação Rio de Janeiro Cabo Frio 10MW -------------- Estudo
Fonte: CBEE – Centro Brasileiro de Energia Eólica
O Brasil possui um dos maiores potenciais para aproveitamento Eólico em todo o mundo, já comprovado em diversos estados, bem como pelo desempenho e produção das Usinas Eólicas de Taíba, Prainha e Mucuripe (Ceará), Palmas (Paraná) e Bom Jardim da Serra (Santa Catarina).
O Fator de Capacidade das Usinas Eólicas em regiões de ventos médios anuais superiores a 8m/s, atinge 40% e, em alguns locais como no litoral nordeste do Brasil, em alguns meses chega a atingir até 60%.
No Brasil, os períodos de menor capacidade dos reservatórios das hidrelétricas, coincidem exatamente com os períodos de maiores ventos e portanto de maior geração de energia nas Usinas Eólicas. Essa complementaridade já comprovada entre as fontes eólicas em nosso país, potencializa uma maior confiabilidade e estabilidade do Sistema Elétrico Brasileiro.
Mesmo assim, o Brasil possui uma produção de energia eólica muito pequena em relação a sua capacidade, dos quais (91%), operam comercialmente desde o início de 1999, com grande sucesso, fornecendo energia para o consumo de cerca de 200000 pessoas, no Ceará, no Paraná e em Santa Catarina. [7]
No caso da energia eólica, o local de maior exploração desse tipo de fonte no Brasil é o litoral do Nordeste, onde a intensidade e direção do vento são constantes. O norte da Bahia e de Minas Gerais, o oeste de Pernambuco, o estado de Roraima e o Sul do país também são regiões propícias para a geração de energia a partir do vento [7].
2.3) Projetos de energia eólica no Brasil
Apesar de vários trabalhos e pesquisas científicas realizadas nas décadas de 70 e 80 a geração de energia a partir de turbinas eólicas no Brasil teve início apenas em julho de 1992, com a instalação de uma turbina de 75kW na ilha de Fernando de Noronha, através de iniciativa pioneira do Centro Brasileiro de Energia Eólica - CBEE, os principais projetos de energia eólica no Brasil são mostrados na figura abaixo 2.3. [6]
Figura 2.3 – Principais cidades com projetos para instalação de usinas eólicas.
No Brasil, embora o aproveitamento dos recursos eólicos tenha sido feito tradicionalmente com a utilização de cata-ventos multipás para bombeamento d'água, algumas medidas precisas de vento, realizadas recentemente em diversos pontos do território nacional, indicam a existência de um imenso potencial eólico ainda não explorado. [6]