Turbinas eólicas, Notas de estudo de Engenharia Mecânica
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CENTRO UNIVERSITÁRIO DE JARAGUÁ DO SUL – UNERJ CENTRO DE TECNOLOGIA E ARTES

CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA

TURBINAS EÓLICAS

ANGELO ANTONIO DE OLIVEIRA

JARAGUÁ DO SUL

OUTUBRO DE 2010

1

CENTRO UNIVERSITÁRIO DE JARAGUÁ DO SUL – UNERJ CENTRO DE TECNOLOGIA E ARTES

CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA

TURBINAS EÓLICAS

Trabalho apresentado na disciplina de Máquinas de fluxo no Curso

de Engenharia Mecânica.

ANGELO ANTONIO DE OLIVEIRA

Professor:, Eng.

JARAGUÁ DO SUL

OUTUBRO DE 2010

SUMÁRIO

RESUMO

Este trabalho visa informar em detalhes as características dos equipamentos destinados à

captura da energia proveniente dos ventos e à sua transformação em energia mecânica,

normalmente na forma de rotação de eixo. Estes equipamentos são conhecidos como

Aerogeradores ou Turbinas Eólicas e são, atualmente, uma promessa de energia renovável limpa,

segura e de baixo custo.

As turbinas eólicas atuais utilizam modernos conceitos de aerodinâmica e o que há de

mais recente em inovação tecnológica, de modo a torná-las cada vez mais eficientes.

Palavras Chave: Turbinas; Turbinas Eólicas; Aerogeradores; Energia Eólica.

LISTA DE FIGURAS

LISTA DE TABELAS

1.

2. INTRODUÇÃO

Utilizar os ventos como forma de prover potência para a realização de tarefas diversas não

é algo novo. Foi uma das primeiras fontes de energia natural utilizada, sendo que o principal

dispositivo utilizado no passado, além da vela, foi o moinho de vento.

Moinhos de vento de eixo vertical, que giravam lentamente, eram utilizados para bombear

água de poços e para girar rodas de pedras que moíam grãos, daí o nome “moinho de vento”.

Existem indícios da existência desses moinhos na China e na Babilônia por volta de 2000 a.C.

O primeiro uso documentado oficialmente da energia do vento é também creditado aos

Persas. Um moinho de eixo vertical (figura 1.1) utilizando o conceito das velas de embarcações

era feito de junco e madeira. Também há relatos oficiais de uso de moinhos de vento de eixo

vertical na China, no ano de 1219.

Figura 1. Primeiro Modelo de Turbina Eólica Registrado Fonte: http://www.telosnet.com

Turbinas eólicas só foram utilizadas para geração de energia elétrica pela primeira vez em

1888 (figura 1.3) e a primeira turbina comercial instalada na rede elétrica pública foi em 1976, na

Dinamarca. Atualmente existem próximo de 40 mil turbinas eólicas em operação no mundo.

2.1.. PIONEIROS DA ENERGIA EÓLICA

2.1...1... Charles F. Brush (1849-1929)

Figura .2 Charles F. Brush Fonte: http://www.lafavre.us.

Um dos fundadores da indústria elétrica norte-americana. No Inverno de 1887-88, Brush

construiu, em Cleveland1, uma máquina automatizada para produção de eletricidade. Devido aos

1 Ohio, Estados Unidos.

recursos da época, as dimensões eram enormes. O diâmetro do rotor era 17 m, 144 pás de rotor

feitas de madeira de cedro, que apesar dessas dimensões, gerava apenas 12 kW. A turbina

funcionou durante 20 anos e alimentava no porão da casa de Brush. Foi o primeiro equipamento

do tipo a utilizar caixa de redução (com relação de transmissão de 50:1) que fazia um gerador de

corrente contínua girar a 500 rpm

Figura .3 A turbina eólica de Brush. Primeira turbina usada para geração de energia elétrica. Fonte: http://www.telosnet.com

2.1...2... Poul la Cour (1846-1908)

Figura .4 Poul La Cour Fonte: www.windsofchange.dk

Esse meteorologista Dinamarquês foi considerado o pai da indústria eólica moderna e

serviu de referência para muitos estudiosos e foi um dos responsáveis pelo grande avanço da

indústria eólica dinamarquesa. A sua primeira turbina eólica comercializável foi instalada após a Primeira Guerra Mundial, durante um período de escassez generalizada de combustível, e foi a

primeira turbina a utilizar conceitos definidos de aerodinâmica. Fundou o primeiro centro de

investigação de energia eólica em Jütland2, onde ministrou os primeiros cursos a engenheiros

eólicos. Juntamente com as suas primeiras experiências na técnica dos túneis de vento publicou a

primeira revista mundial sobre energia eólica.

Figura .5 Turbina eólica de Poul La Cour Fonte: http://www.hawkge.com

2.1...3... Albert Betz (1885-1968)

2 Região central da Dinamarca.

Figura .5 Albert Betz Fonte: http://www.ipme.ru

Físico alemão que foi diretor do Instituto de Aerodinâmica em Göttingen3, formulou a lei

Betz, demonstrando que o ponto otimizado físico da utilização da energia cinética dos ventos é

59,3%. A sua teoria sobre o design das pás ainda hoje serve como referência para a construção

dos equipamentos.

2.1...4... Palmer Cosslet Putnam (1910-1986)

Engenheiro norte-americano que desenvolveu a turbina eólica 1,25 MW Smith Putnam,

em 1941, que funcionou com interregnos até 1945 e foi encerrada devido a danos nos materiais de construção, causados por materiais de construção inapropriados.

Figura .6 Turbina Smith-Putnan Fonte: http://www.enotes.com

2.1...5... Ulrich W. Hüttner (1910-1990)

Engenheiro alemão que desenvolveu a turbina 100 kW StGW-34, que foi instalada em

1957 num campo experimental nos Alpes Suábios4, é considerada um dos marcos da tecnologia

de energia eólica moderna.

2.1...6... Johannes Juul (1887-1969)

Foi aluno de Poul la Cour e construiu a primeira turbina eólica do mundo utilizada para produção de corrente alternada na Dinamarca em Vester Egesborg5, em 1957. Esta turbina foi um

esboço das turbinas eólicas modernas e gerava 200 kW.

3 Cidade situada na região central da Alemanha, distante 125 km de Hannover. 4 Cadeia de Montanhas do sul da Alemanha. 5 Cidade situada na região central/sul da Dinamarca, distante 88 km de Copenhague.

Figura .7 Turbinas desenvolvidas por Johannes Juul Fonte: http://guidedtour.windpower.org

2.2.. ENERGIA EÓLICA NO CENÁRIO MUNDIAL

O grande responsável pelo crescimento da energia eólica no cenário mundial é a

Dinamarca, que investiu mais, nestes últimos anos, do que qualquer outro país europeu. A

Dinamarca possui alguns fabricantes que chegaram a suprir mais de 60% da demanda mundial de

turbinas eólicas e teve como maiores clientes, a Alemanha, a Espanha e a Inglaterra.

Figura .8 Gráfico do Crescimento do uso mundial de energia eólica. Fonte: Global Wind Energy Council.

Apesar da significativa contribuição da Dinamarca e de alguns outros países europeus

para disseminar o uso das turbinas eólicas, o maior produtor de energia elétrica de origem eólica

atualmente não é europeu. Devido a uma crise energética e crise de petróleo, ocorridas na década

de 70, os Estados Unidos, com grande participação da NASA6, investiram fortemente em

desenvolvimento e implantação de fontes de energias alternativas. Atualmente o país ocupa o

primeiro lugar na produção de energia, seguido de perto pela Alemanha.

Tabela 1.1 Quantidade de potência produzida por país. País Potência Instalada (MW) % da produção mundial

Estados Unidos 25000 20.8 Alemanha 24000 19.8 Espanha 17000 13.9

China 12500 10.1 Índia 9500 8.0 Itália 4300 3.1

França 4000 2.8 Inglaterra 3700 2.7 Dinamarca 3000 2.6

Portugal 2600 2.0 Brasil 835.3 0.7

Fonte: Global Wind Energy Council.

6 National aeronautics and space administration.

Devido às diversas conferências relacionadas ao meio ambiente e ao aquecimento solar, a

maioria dos países do primeiro mundo está concentrando esforços no aumento do uso da energia

eólica, bem como no uso de outros tipos de energias renováveis. Os Estados Unidos têm como

meta para 2020 que 6% da eletricidade sejam provenientes de geração eólica enquanto que a

união européia tem 12% como meta para o mesmo ano.

2.3.. ENERGIA EÓLICA NO CENÁRIO BRASILEIRO

Diversos estudos e levantamentos, que já foram ou que vem sendo realizados, dão suporte

a exploração da energia eólica no Brasil. Com base nesses estudos o país segue a tendência

mundial de utilização cada vez maior da energia eólica, já que através deles pode-se comprovar

que temos um dos maiores potenciais eólicos em todo o mundo. Esse potencial é comprovado

pelo constante crescimento na quantidade de usinas eólicas em território brasileiro, que passou de

7 usinas, no final de 2001, para 46, atualmente. A tabela 1.1 mostra as usinas brasileiras em

ordem de capacidade de produção de energia.

Tabela 1.2 As 46 usinas eólicas brasileiras. Usina Potência (kW) Município

Praia Formosa 104.400 Camocim - CE Canoa Quebrada 57.000 Aracati - CE Eólica Icaraizinho 54.600 Amontada - CE

Parque Eólico de Osório 50.000 Osório - RS Parque Eólico Sangradouro 50.000 Osório - RS

Parque Eólico dos Índios 50.000 Osório - RS Bons Ventos 50.000 Aracati - CE

RN 15 - Rio do Fogo 49.300 Rio do Fogo - RN Volta do Rio 42.000 Acaraú - CE

Parque Eólico Enacel 31.500 Aracati - CE Eólica Praias de Parajuru 28.804 Beberibe - CE

Praia do Morgado 28.800 Acaraú - CE Parque Eólico de Beberibe 25.600 Beberibe - CE

Foz do Rio Choró 25.200 Beberibe - CE Eólica Paracuru 23.400 Paracuru - CE

Pedra do Sal 18.000 Parnaíba - PI Taíba Albatroz 16.500 São Gonçalo do Amarante - CE

Eólica Canoa Quebrada 10.500 Aracati - CE Millennium 10.200 Mataraca - PB

Eólica de Prainha 10.000 Aquiraz - CE Eólica Água Doce 9.000 Água Doce - SC Eólica de Taíba 5.000 São Gonçalo do Amarante - CE

Pirauá 4.950 Macaparana - PE Xavante 4.950 Pombos - PE

Mandacaru 4.950 Gravatá - PE Santa Maria 4.950 Gravatá - PE

Gravatá Fruitrade 4.950 Gravatá - PE Parque Eólico do Horizonte 4.800 Água Doce - SC

Presidente 4.500 Mataraca - PB Camurim 4.500 Mataraca - PB Albatroz 4.500 Mataraca - PB Coelhos I 4.500 Mataraca - PB

Coelhos III 4.500 Mataraca - PB Atlân�ca 4.500 Mataraca - PB Caravela 4.500 Mataraca - PB

Coelhos II 4.500 Mataraca - PB Coelhos IV 4.500 Mataraca - PB Mataraca 4.500 Mataraca - PB

Lagoa do Mato 3.230 Aracati - CE Eólio - Elétrica de Palmas 2.500 Palmas - PR

Mucuripe 2.400 Fortaleza - CE Macau 1.800 Macau - RN

Eólica de Bom Jardim 600 Bom Jardim da Serra - SC Eólica de Fernando de Noronha 225 Fernando de Noronha - PE

Eólica Olinda 225 Olinda - PE IMT 2,2 Curitiba - PR

Fonte: www.aneel.gov.br

O fato de os períodos de menor capacidade dos reservatórios das hidrelétricas,

coincidirem com os períodos de maiores ventos (portanto de maior geração) de energia nas usinas

eólicas aumenta confiabilidade e estabilidade do sistema elétrico brasileiro. Além disso, o fator

de capacidade das usinas eólicas em regiões de ventos médios anuais (superiores a 8m/s) chega a

atingir 40% e, em algumas localidades do litoral nordeste do Brasil, em alguns meses pode

atingir 60%. Mesmo com esse potencial alto, a produção de energia eólica no Brasil ainda é

muito pequena, ocupando menos de 1% da produção de energia elétrica no país, como mostra a

tabela 1.2.

Tabela 1.3 Origem e quantidade de eletricidade produzida no Brasil. Tipo Capacidade Instalada % Total %

N.° de Usinas

(kW) N.° de Usinas

(kW)

Hidro 870 80.031.457 67 870 80.031.457 67,2 Gás Natural 93 11.050.530 9,3 128 12.341.813 10,4

Processo 35 1.291.283 1,1 Petróleo Óleo Diesel 824 3.992.543 3,4 853 6.516.346 5,47

Óleo Residual

29 2.523.803 2,1

Biomassa Bagaço de Cana

312 5.956.646 5 382 7.605.201 6,39

Licor Negro 14 1.240.798 1 Madeira 40 327.827 0,3 Biogás 9 48.522 0

Casca de Arroz

7 31.408 0

Nuclear 2 2.007.000 1,7 2 2.007.000 1,68 Carvão Mineral

Carvão Mineral

9 1.594.054 1,3 9 1.594.054 1,34

Eólica 46 835.336 0,7 46 835.336 0,7 Importação Paraguai 5.650.000 5,5 8.170.000 6,86

Argentina 2.250.000 2,2 Venezuela 200.000 0,2

Uruguai 70.000 0,1 Total 2.290 119.101.207 100 2.290 119.101.207 100

Fonte: www.aneel.gov.br

3. TURBINAS EÓLICAS

1. TIPOS DE TURBINAS

Existem diversos tipos de turbinas eólicas atualmente, devido à variedade de modificações

que podem ser feitas na construção das mesmas e também da possibilidade de serem instaladas

na terra ou no mar e estar isolados ou agrupados em parques.

As turbinas eólicas se dividem, usualmente, em dois tipos principais, que são: Turbinas axiais de eixo horizontal (TEEH) e turbinas axiais de eixo vertical (TEEV). Essa diferenciação é

feita normalmente em função da aplicação.

Figura 2.1 Turbinas eólicas de eixo vertical (esq.) e de eixo horizontal (dir.) Fonte: http://www.eole.org

1... Turbinas axiais de eixo horizontal

São as mais comuns, sendo aplicadas, normalmente, nos parques eólicos de produção de

energia elétrica. Na maioria dos casos, a turbina é constituída por três pás, existindo também

turbinas com uma ou duas pás. As turbinas de rotor de duas ou três pás apresentam uma relação

entre potência extraída e a área de atuação do rotor superior às turbinas de rotor múltiplas, além

disso, seu rendimento é o melhor entre todos os tipos e pode ser otimizado quando combinado

com velocidades de vento mais elevadas. A turbina horizontal necessita de um mecanismo que

permita o posicionamento do eixo da turbina em relação à direção do vento, de modo a

proporcionar um melhor aproveitamento dos ventos, principalmente em zonas onde a direção

destes mude com freqüência.

A potência de uma turbina eólica está diretamente relacionada com o diâmetro do rotor,

sendo mais elevada quanto maior for este diâmetro. A figura 4.2 apresenta a evolução da potência

das turbinas eólicas na Alemanha entre 1980 e 2005.

Figura 2.2 Evolução da potência das turbinas com relação ao seu tamanho ao longo dos anos Fonte: http://www.windpower.org

2... Turbinas axiais de eixo vertical

São as menos comuns, normalmente utilizadas em sistemas de bombeamento de água,

onde o custo final, devido à simplicidade do sistema de transmissão e construção, pode

compensar o seu baixo rendimento. Devido à baixa demanda, atualmente, poucas empresas

fabricam turbinas eólicas de eixo vertical.

Os principais tipos de turbinas de eixo vertical são as turbinas de Savonius (figura 1.7) e

as de Darrieus (figura 1.8).

Figura 2.3 Turbina do tipo Savonius Fonte: http://www.reuk.co.uk

As turbinas do tipo Savonius operam com um elevado torque e podem apresentar uma curva de rendimento em relação à velocidade bastante próxima da curva de rendimento das

turbinas de eixo horizontal de múltiplas pás.

Figura 2.4 Turbina do tipo Darrieus Fonte: http://www.reuk.co.uk

As turbinas do tipo Darrieus são movidas por forças de sustentação e constituídas por

lâminas curvas de perfil aerodinâmico, ligadas pelas extremidades ao eixo vertical.

As grandes vantagens deste tipo de turbina são o fato de não necessitarem de mecanismos

de acompanhamento para variações da direção do vento, o que reduz a complexidade do projeto

e os esforços devido às forças de Coriolis7. Os rotores de eixo vertical também podem ser

movidos por forças de sustentação e por forças de arrasto e de poderem estar diretamente

implantadas no solo, eliminando a necessidade da instalação de uma torre. Como desvantagem,

além da limitação no rendimento da turbina, as turbinas verticais tendem a causar vibrações

acentuadas em toda a sua estrutura.

1.. COMPONENTES DE UMA TURBINA

Neste tópico, iremos enfatizar somente turbinas eólicas de eixo horizontal, que são as

mais difundidas no mercado.

Os aerogeradores possuem três componentes básicos: o rotor com as pás, a nacele (ou

gôndola) e a torre. Na nacele estão os principais componentes tais como o gerador elétrico, caixa

multiplicadora de velocidades, eixos, mancais, sistema de freios sistema de controle e

mecanismos de giro da turbina. O rotor apresenta geralmente, um conjunto de três pás, podendo

ter controle passivo ou ativo das mesmas para operar numa determinada rotação. Na maioria das

máquinas o eixo que transmite o torque das pás apresenta uma velocidade de rotação baixa sendo

necessário aumentar a rotação utilizando um multiplicador de velocidades de engrenagens. Após

o multiplicador é conectado ao gerador elétrico que transforma a energia mecânica em elétrica.

O gerador elétrico pode ser assíncrono (indução) apropriado para trabalhar com rotação

constante ou gerador síncrono utilizado em sistemas com rotação variável. Existem também

turbinas eólicas de grande porte que utilizam geradores síncronos de imas permanentes que

operam com baixa rotação dispensando a caixa multiplicadora.

Figura 2.5 Componentes de uma Turbina eólica de eixo horizontal Fonte: http://www.howstuffworks.com.br

7 Gustave-Gaspard Coriolis, engenheiro francês que desenvolveu a teoria das forças perpendiculares à direção do movimento.

Como o nome indica, o eixo da TEEH é montado horizontalmente, paralelo ao solo e,

para funcionar continuamente, este tipo de turbina precisa se alinhar constantemente com o

vento, usando um mecanismo de ajuste. O sistema de ajuste padrão consiste de motores elétricos

e caixas de engrenagens que movem todo o rotor para a esquerda ou direita em pequenos

incrementos. O controlador eletrônico da turbina lê a posição da turbina (mecânico ou eletrônico)

e ajusta a posição do rotor para capturar o máximo de energia eólica disponível. As TEEHs usam

uma torre para elevar os componentes da turbina a uma altura ideal para a velocidade do vento (e

para que as pás possam ficar longe do solo) e ocupam muito pouco espaço no solo, já que todos

os componentes podem estar a até 80 metros de altura.

Os principais componentes de uma TEEH e suas funções são:

• Pás do rotor: capturam a energia do vento e a convertem em energia rotacional no eixo;

• Eixo: transfere a energia rotacional para o gerador;

• Nacele: é a carcaça, similar às de turbinas de avião, que abriga a caixa de engrenagens, o

gerador, a unidade de controle eletrônico, o controlador e os freios:

• Caixa de engrenagens: aumenta a velocidade do eixo entre o cubo do rotor e o gerador;

• Gerador: usa a energia rotacional do eixo para gerar eletricidade usando

eletromagnetismo; • Unidade de controle eletrônico (não mostrada): monitora o sistema, desliga a turbina em

caso de mau funcionamento e controla o mecanismo de ajuste para alinhamento da

turbina com o vento;

• Controlador (não mostrado): move o rotor para alinhá-lo com a direção do vento;

• Freios: detêm a rotação do eixo em caso de sobrecarga de energia ou falha no sistema.

• Torre: sustenta o rotor e a nacele, além de erguer todo o conjunto a uma altura onde as pás

possam girar com segurança e distantes do solo;

• Equipamentos elétricos: transmitem a eletricidade do gerador através da torre e controlam

os diversos elementos de segurança da turbina.

2.. DIMENSIONAMENTO DE UMA TURBINA

2.4.. Dimensionamento preliminar

Podemos calcular a potência teórica gerada por uma turbina eólica com o objetivo de

analisar a viabilidade da instalação da mesma, dadas as informações sobre as condições dos

ventos. Esta análise é apenas teórica, já que não considera perdas durante o processo.

Potência é igual ao trabalho (Energia) dividido pelo tempo:

(2.1)

O trabalho realizado pelo ar, neste caso, é igual a sua energia cinética, logo:

(2.2)

Substituído na equação (x), então:

(2.3)

Analisando a relação de massa da massa do ar com a variação do tempo:

(2.4)

Por fim obtemos a equação da potência teórica de uma turbina:

(2.5)

Onde W é o trabalho, Δt é a variação do tempo, Ec é a energia cinética, P é potência, ṁ é

a vazão em massa, Q é a vazão em volume, ρ é a densidade do ar, V é a velocidade do ar e A é

a área varrida pelas hélices do rotor. Recomenda-se utilizar um fator de multiplicação de 0.5

(η=50%) para o valor da potência, que é o rendimento considerado satisfatório para uma turbina eólica normal.

Com base na equação (2.5) podemos determinar se as dimensões selecionadas são as mais

recomendadas e o quando a variação da velocidade do ar influencia no cálculo da potência. Por

exemplo, se um ar aumenta sua velocidade de 10 km/h para 11 km/h (aumento de 10% ) a

potência se eleva em 33%. Outro exemplo é sobre a área varrida pelo rotor. Com um diâmetro de

pás de 3 m e uma velocidade do ar de 32 km/h, obtemos uma potência de 3050 W. Se o diâmetro

da hélice aumenta para 6 m sem alteração na velocidade do ar, a potência aumenta para 12200 W.

2.5.. Dimensionamento real

A análise de uma turbina eólica pode se feita com base em uma hélice operando

reversamente. Então, aplica-se o modelo idealizado de Rankine8 ao escoamento unidimensional

através da turbina.

Figura 2.5 Volume de controle para uma turbina eólica de horizontal

8 William John Macquorn Rankine, engenheiro e físico escocês.

Fonte: FOX, 2006

Na figura 2.5, que representa o volume de controle aplicado a uma turbina eólica de eixo

horizontal, observam-se três velocidades: a velocidade do vento afastado da turbina, denotada por

V, a velocidade da corrente de ar no disco da turbina, V(1-a), e a velocidade do vento após passar

pela turbina, V(1-2a). O fator a presente nas duas últimas velocidades representa a desaceleração

do ar através da turbina eólica e é chamado de fator de interferência, adimensional, que varia de

0 a 0,5. Dessa forma, uma corrente de ar chega às pás da turbina com determinada velocidade e

é desacelerada, movendo-se a jusante com velocidade menor.

Segundo Fox (2006, p.564) “A aplicação direta da equação da quantidade de movimento

linear a um VC prevê o empuxo axial numa turbina de raio R como sendo:

FT=2πR2ρV2a(1-a) (2.6)

Onde R é o raio da pá da turbina, em m, ρ a massa específica do ar passando através da

turbina, em kg/m3, V a velocidade da corrente de ar a montante da turbina, em m/s, e a o fator de

interferência, adimensional.

Sendo a potência o produto de uma força por uma velocidade, tem-se, para a turbina

eólica, o produto da força de empuxo axial (fórmula 1) pela velocidade da corrente de ar no disco

da turbina, V(1-a), donde resulta:

Pot=2πR2ρV3a(1-a)2 (2.7)

Onde Pot é a potência retirada da corrente de vento, em W. Segundo Fox (2006) o

coeficiente de potência ou a eficiência é dada por:

η=4a(1-a)2 (2.8)

Dessa forma, a eficiência teórica máxima ocorre quando a é igual a 1/3 sendo, para esta

situação, η=0,593. Essa eficiência é baixa quando comparada a de turbinas hidráulicas. Isso

porque, caso o rotor extraísse toda a energia do vento, a velocidade do mesmo após atingir as pás

passaria a ser zero. “A Enercon9, da Alemanha, projetou uma pá de rotor para turbina eólica que

atingiu uma eficiência de 56%, aproximando-se do limite teórico de Betz, de

59,3%.” (HINRICHS, 2010, p.463)

Deve-se ressaltar que a eficiência de 59,3% é um limite teórico. Isso porque, o modelo de

Rankine, inclui certas hipóteses que limitam seu uso: admite-se que a turbina afeta apenas o ar

contido no volume de controle da figura 2.5, gradientes radiais de pressão são desprezados bem

como a energia cinética de redemoinho atrás da turbina.

3.. ANÁLISE CRÍTICA DA UTILIZAÇÃO DE TURBINAS EÓLICAS

Quando se deseja utilizar turbinas eólicas, devem ser analisados diversos fatores que

influenciam diretamente na viabilidade do uso, principalmente quando se trata de um número grande de turbinas a serem instaladas em um mesmo local.

O local escolhido para a instalação das turbinas deve ser cuidadosamente vistoriado a fim

de avaliar a disponibilidade e a freqüência dos recursos eólicos. Essa vistoria normalmente é

feita através de coleta de dados meteorológicos e medições que podem durar vários meses.

Existe a necessidade de uma avaliação ambiental, verificando as condições do solo e

analisando se o local não faz parte da rota de aves migratórias e até mesmo se não é reduto de

animais ou aves em extinção.

Após o detalhamento preliminar do parque eólico, quando é definida a quantidade de

material para a construção, podem ser calculados os custos da instalação das turbinas e também

os custos de transporte, que podem tornar-se demasiadamente elevados, dependendo do acesso ao

local de instalação. A necessidade de contratação de mão e obra terceirizada também deve ser

incluída nos custos do projeto.

As vantagens de uma turbina eólica são:

• É uma fonte de energia segura e renovável;

• Não polui o ambiente;

• Suas instalações são móveis, e quando retirada, pode-se refazer toda a área utilizada;

• Tempo rápido de construção (menos de 6 meses);

• Recurso autônomo e econômico;

9 Enercon GmbH. Maior empresa alemã de fabricação de turbinas eólicas.

• Poupança devido à menor aquisição de direitos de emissão de CO2 por cumprir o protocolo de Quioto e diretivas comunitárias e menores penalizações por não cumprir;

• Possível contribuição de cota de geração de energia elétrica para outros setores da actividade econômica;

• É uma das fontes mais baratas de energia podendo competir em termos de rentabilidade com as fontes de energia tradicionais.

• Os parque eólicos são compatíveis com outros usos e utilizações do terreno como a agricultura e a criação de gado;

• Geração de investimento em zonas desfavorecidas;

• Benefícios financeiros para os proprietários do local de instalação.

Entre as desvantagens, citamos:

• Impacto visual: sua instalação gera uma grande modificação da paisagem;

• Influência sobre as aves e insetos do local; principalmente pelo choque delas nas pás;

• Impacto sonoro: o som do vento bate nas pás produzindo um ruído constante de aproximadamente 43 dB(A), devido a isso, as turbinas eólicas devem ser instaladas a uma distância mínima de 200m das residências do local.

• Baixo rendimento de potência quando comparadas, principalmente, às turbinas hidráulicas;

• Em alguns casos, podem causar interferências eletromagnéticas nas ondas de rádio e telecomunicação;

4. CONSIDERAÇÕES FINAIS

As turbinas eólicas, como parte integrante de um sistema de produção de energia de fonte

renovável, tendem a tornar-se cada vez mais presentes nas nossas vides. São grandes os estudos

de matérias primas e tecnologias que possam viabilizar cada vez mais a utilização destes

equipamentos, seja por redução de custos ou por melhoria no funcionamento e rendimento.

Estes equipamentos que outrora dependiam de produção manual, de tecidos, metais e

tinham funcionamento restrito, hoje estão entre os mais visados quando o assunto é inovação

tecnológica. A indústria de fabricação em série, indústria eletrônica, materiais compósitos,

aerodinâmica e meteorologia, são os principais responsáveis pela evolução observada na geração

de energia eólica. Nos apêndices destacamos algumas inovações recentes na área de energia

eólica.

REFERÊNCIAS

FOX, Robert W.; McDONALD, Alan T.; PRITCHARD, Philip J. Mecânica dos Fluidos. 6 ed.

Rio de Janeiro: LTC, 2006.

HINRICHS, Roger A.; KLEINBACH, Merlin; REIS, Lineu Bélico dos. Energia e meio

ambiente. Tradução Lineu Bélico dos Reis, Flávio Maron Vichi, Leonardo Freire de Mello. 4 ed.

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BRAN, Richard; DE SOUZA, Zulci. Máquinas de Fluxo: turbinas, bombas, ventiladores. Rio de

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GASCH, R; TWELE. J. Wind Power Plants: fundamentals, design, construction and operation.

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BURTON, Tony. Wind energy: handbook. Chichester: John Wiley & Sons, 2006.

JOHNSON, Richard W. The handbook of fluid dynamics. Boca Raton: CRC PRESS, 1998

ANEEL - AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA. Atlas de Energia Elétrica do

Brasil: 3ª. Ed. Brasília: 2008.

PONTES, Beatriz Maria Soares. Atlas das potencialidades brasileiras: Brasil grande e forte.

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http://www.fuhrlaender.de/, acessado em 14 de Outubro de 2010

http://www.flodesign.org, acessado em 11 de Outubro de 2010

http://www.eole.org, acessado em 18 de Outubro de 2010

http://www.telosnet.com, acessado em 13 de Outubro de 2010;

http://en.wikipedia.org/wiki/Windmill, acessado em 16 de Outubro de 2010;

SOFTWARES

MathCad 20000.

ANEXOS

ANEXO A

INOVAÇÕES TECNOLÓGICAS E CURIOSIDADES

Fazenda de energia eólica vai armazenar vento em rochas10.

A maioria das fazendas de geração de energia eólica passa por períodos nos quais o vento é mais forte do que o necessário, principalmente à noite. Essa energia extra será utilizada para

alimentar enormes compressores de ar, que enviarão o ar comprimido por meio de um túnel para

uma camada de arenito localizada a cerca de 1.000 metros de profundidade.

O arenito é uma rocha extremamente porosa e, a essa profundidade, fica encharcado de

água. O ar sob pressão ficará armazenado nesses poros, expulsando a água. O arenito fica

localizado entre camadas de argila, que funcionam como um lacre que não deixa o ar escapar.

Nos momentos de pico de demanda, quando mais energia é necessária, o ar comprimido nessas

rochas profundas será então redirecionado para a superfície, sendo utilizado para gerar

eletricidade.

A usina não é inteiramente movida pela energia do vento. Ela é na verdade uma usina

híbrida, que utiliza energia eólica e uma turbina movida a gás natural. O ar-comprimido consegue

elevar o rendimento da turbina em até 60%. A usina deverá entrar em operação em 2011.

Energia do vento vai evitar emissão de 1,5 bi de toneladas de CO211.

Estudo divulgado pelo Conselho Mundial de Energia Eólica estima que a energia gerada a partir

dos ventos atenderá 12% da demanda elétrica mundial em 2020 e até 22% em 2030. O trabalho,

em conjunto com o Greenpeace International, prevê que o mundo terá 1.000 GW em operação

daqui a dez anos, evitando a emissão de 1,5 billhão de toneladas anuais de dióxido de carbono

(CO2), o principal gás de efeito estufa.

Além dos benefícios para o meio ambiente, a energia eólica já oferece 600 mil empregos diretos

e indiretos. Até 2030, a projeção é de que supere 3 milhões de vagas em todo o mundo.

Este ano, um aerogerador é colocado em operação a cada 30 minutos. Uma em cada três turbinas

está sendo instalada na China, informou Sven Teske, especialista de energias do Greenpeace

10 Notícia publicada em www.inovacaotecnologica.com.br em 8 de Outubro de 2007. 11 Notícia publicada em www.correiodoestado.com.br em 18 de Outubro de 2010

Internacional. A China é o maior mercado mundial de energia eólica e tem a maior indústria de

aerogeradores.

Super turbina eólica utiliza levitação magnética para produzir até 1 GW12

A empresa MagLev apresentou na China aquela que poderá ser a solução tecnológica que

faltava para a viabilização econômica da energia eólica. Com um design totalmente diferente dos

tradicionais cataventos, a turbina MagLev utiliza levitação magnética para oferecer um

desempenho muito superior em relação às turbinas tradicionais.

As pás verticais da turbina de vento são suspensas no ar acima da base do equipamento.

Ao invés se sustentarem e de girarem sobre rolamentos, essas pás ficam suspensas, sem contato

com outras partes mecânicas - e, portanto, podem girar sem atrito, o que aumenta exponencialmente seu rendimento.

A turbina utiliza ímãs permanentes, e não eletroímãs, que poderiam diminuir seu

rendimento líquido, já que uma parte da energia gerada seria gasta para manter esses eletroímãs

em funcionamento.

Segundo a empresa, a turbina MagLev consegue gerar energia a partir de brisas de apenas

1,5 metros por segundo e consegue suportar até vendavais de até 40 metros por segundo - o

equivalente a 144 km/h.

Segundo a empresa, a nova turbina gera 20% a mais de energia em relação à turbinas

convencionais e tem um custo de manutenção 50% menor. Ainda segundo as estimativas do seu

fabricante, uma super-turbina eólica que utiliza levitação magnética poderá funcionar

continuamente por... 500 anos.

12 Notícia publicada em www.inovacaotecnologica.com.br em 30 de Novembro de 2007

Muito bom
muito bom.
mt legal
Adorei o trabalho de vcs
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