03 GERAÇÃO DE ENERGIA

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Unidade	3	-	Fontes	de	energia	não	baseadas
na	queima	de	combustível
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Introdução	da	unidade
Olá,	estudante!	Como	vai?
Nesta	 unidade,	 estudaremos	 as	 fontes	 de	 energia	 não	 baseadas	 na	 queima	 de
combustível.	Dentre	todos	os	meios	de	geração	de	energia	elétrica,	temos	algumas
fontes	 consideradas	 não	 poluentes,	 as	 quais	 não	 são	 oriundas	 da	 queima	 de
combustíveis.	 Em	 função	 disso,	 pesquisadores	 vêm	 se	 aprofundando	 em	 seus
estudos,	com	o	objetivo	de	viabilizar	e	otimizar	o	uso	desses	meios	não	poluentes.
Dentre	 essas	 fontes,	 podemos	 citar	 as	 energias	 hidráulica,	 maremotriz,	 solar	 e
eólica.	Existem	outros	meios,	porém	estes	têm	maior	desenvolvimento	e	aplicação
nos	dias	de	hoje.	Analisando	os	meios	 citados,	 vemos	que	a	natureza	é	uma	 rica
fonte	 de	 energia,	 sendo	 o	 nosso	 papel	 desenvolver	 métodos	 para	 fazer	 a
conversão	dessas	fontes	em	energia	elétrica.
Podemos	 trabalhar	 com	a	 conversão	de	 energia	 cinética	 em	energia	mecânica,	 e
esta	 pode	 ser	 convertida	 em	 energia	 elétrica.	 Em	 outros	 casos,	 utilizamos	 a
energia	potencial	gravitacional	para	gerar	movimento	(energia	mecânica)	em	uma
turbina,	 por	 exemplo,	 e	 esta	 pode	 ser	 convertida	 em	 energia	 elétrica	 —	 dentre
diversas	outras	conversões.	Cada	um	dos	elementos	citados	pode	ser	explorado	de
inúmeras	maneiras,	por	isso	temos	muito	conteúdo	para	ser	explorado.	
Além	 disso,	 a	 fim	 de	 otimizar	 e	 aumentar	 a	 viabilidade	 de	 diversos
empreendimentos,	 podemos	 utilizar	 geradores	 de	 diversas	 fontes	 em	 conjunto,
tendo	uma	geração	híbrida	ou	uma	cogeração.	Estas	são	técnicas	que	vêm	sendo
estudadas	 e	 aplicadas,	 cada	 vez	mais,	 para	 aumentar	 o	 rendimento	 de	 usinas	 e
otimizar	todo	o	sistema	elétrico	de	geração	de	energia	elétrica.
Iniciaremos	 pela	 abordagem	 da	 energia	 hidráulica	 e	 da	 maremotriz.	 Vamos	 dar
início	a	nossa	jornada	de	estudos?	Acompanhe!
Energia	hidráulica	e	maremotriz	
Sabemos	 que	 a	 água	 é	 fundamental	 para	 a	 sobrevivência	 humana,	 pois	 ela	 é
usada	 para	 saneamento,	 transporte,	 irrigação,	 lazer,	 indústria	 e	 geração	 de
energia.
No	entanto,	em	decorrência	dessa	pluralidade,	ela	representa	um	dos	maiores
problemas	do	mundo,	devido	à	escassez	e	à	necessidade	de	uso	inteligente.
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Dessa	 forma,	 é	 necessário	 que	 soluções	 urgentes	 sejam	 pensadas	 para	 que,	 em
um	 futuro,	 próximo	 ou	 não,	 a	 água	 não	 se	 torne	 um	 motivo	 de	 guerras	 e
catástrofes.	 Por	 esse	motivo,	 estudante,	 são	 realizados	 estudos	 e	 planejamentos
do	uso	das	águas	para	a	geração	de	energia	elétrica.	Analisando,	principalmente,	o
caso	 do	 Brasil,	 onde	 temos	 uma	 matriz	 energética	 de	 predominância	 de	 fontes
hidrelétricas,	 precisamos	 estar	 amparados	 institucional	 e	 legalmente.	 Por	 isso,
temos	agências	que	fazem	o	trabalho	de	se	responsabilizar	por	esse	tema.
Em	 nossos	 estudos,	 não	 vamos	 nos	 aprofundar	 em	 assuntos	 relacionados	 aos
aspectos	 legais	 para	 o	 uso	 da	 água,	 tampouco	 em	 questões	mais	 específicas	 de
hidrologia.	 No	 entanto	 alguns	 conceitos	 serão	 abordados.	 Portanto,	 caso	 você
tenha	 interesse	 em	 se	 aprofundar	 mais	 sobre	 o	 tema,	 convido	 você	 a	 fazer	 a
leitura	do	material	indicado	a	seguir.
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DICA
Para	ter	uma	revisão	sobre	os	conceitos	básicos	de
legislação	 e	 hidrologia,	 recomendo	 a	 leitura	 do
livro	"Geração	de	energia	elétrica",	de	Lineu	Belico
dos	Reis,	da	página	60	à	80.
Para	 conferir	 a	 leitura,	 acesse	 a	 Minha	 Biblioteca
por	 meio	 do	link:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/reader/bo
oks/9786555762242/epubcfi/6/24%5B%3Bvnd.vst.i
dref%3Dchapter02%5D!/4	
Em	uma	central	hidrelétrica,	a	água	aciona	uma	turbina	hidráulica	que	movimenta
o	rotor	de	um	gerador	elétrico	para	produção	de	energia	elétrica.	A	água	utilizada
pode	ser	totalmente	liberada	pelo	aproveitamento	—	com	reservatório	de
acumulação	ou	não	—	ou	liberada	apenas	em	parte	—	nos	casos	em	que	a	geração
de	energia	elétrica	é	apenas	um	dos	componentes	do	uso	múltiplo	da	água.
(Clique	nas	setas	para	avançar	ou	retornar	o	conteúdo)
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A	 turbina	 hidráulica	 efetua	 a	 transformação	 da	 energia	 hidráulica	 em
mecânica.	 Seu	 princípio	 de	 funcionamento	 é	 o	 mesmo	 da	 roda	 d'água,	 que,
movimentada	pela	água,	faz	girar	um	eixo	mecânico.
O	gerador	 elétrico	 tem	 seu	 rotor	 movimentado	 por	 acoplamento	 mecânico
com	a	turbina,	fazendo	a	conversão	de	energia	mecânica	em	elétrica	graças	às
interações	eletromagnéticas.
Normalmente,	 são	 utilizados	geradores	 síncronos,	 porque	 os	 sistemas	 de
potência	devem	operar	com	frequência	fixa.	Para	controlar	a	potência	elétrica
do	conjunto,	são	usados	reguladores	de	tensão	e	de	velocidade.
As	figuras,	a	seguir,	apresentam	o	diagrama	dos	equipamentos	finais	na	produção
de	 energia	 elétrica.	 A	 primeira	 imagem	 é	 a	 central	 hidrelétrica	 em	 desvio,	 já	 a
segunda	é	o	diagrama	geral	 de	uma	hidrelétrica	 e	dos	 sistemas	de	 regulação	de
tensão	e	velocidade.
(Clique	na	seta	para	avançar	o	conteúdo)
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Fonte:	REIS,	2011,	p.	102.
Na	 sequência,	 estudaremos	 os	 principais	 componentes	 das	 centrais	 hidrelétricas.
Vamos	lá?
Principais	componentes	da	central	hidrelétrica
A	 finalidade	 de	 cada	 um	 dos	 principais	 componentes	 de	 uma	 central	 hidrelétrica
pode	ser	descrita	de	forma	sucinta.	Para	descobri-la,	assista	ao	vídeo	a	seguir.
Recurso	Externo
Recurso	é	melhor	visualizado	no	formato	interativo
A	partir	dos	conhecimentos	contextualizados	no	vídeo,	reflita	de	que	maneira	eles
agregaram	à	linha	de	estudos	que	estamos	discutindo	nesta	unidade.
Potência	gerada	e	energia	produzida
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Vamos	agora	 falar	 sobre	a	potência	gerada	e	a	energia	produzida	por	uma	usina
hidrelétrica.	 Dentre	 as	 principais	 variáveis	 que	 atuam	 diretamente	 na	 potência
elétrica,	 temos	 a	 altura	 de	 queda	 d'água	 e	 a	 vazão	 da	 água	 passando	 pelas
turbinas.	 A	 análise	 energética	 do	 aproveitamento	 hidrelétrico	 permite	 verificar	 a
energia	útil	relacionada	com	a	energia	potencial	disponível,	sendo	que	a	potência
elétrica	possível	de	ser	obtida	é	dada	por:
em	que:
:	rendimento	total	do	conjunto.
g:	aceleração	da	gravidade:	9,8	m/s2.
Q:	vazão	(m3/s).
H:	queda	bruta	(m).
P:	potência	elétrica	(kW).
O	rendimento	total	 	tem	condição	de	ser	dado	por	 .
Valores	típicos	são:	
0,7	6	≤		<	0,8	7	com		≥		0,9	6
0,88	<	0,94
0,90	≤		<	0,97	
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A	energia	produzida	por	essa	central,	ao	longo	de	um	ano,	é	dada	por:
em	que:
P	é	a	potência	máxima	fornecida	durante	o	ano	(não	a
potência	instalada).
FCU	é	o	Fator	de	Capacidade	da	Usina,	ou	seja,	é	a
relação	entre	a	potência	média	no	ano	e	a	potência
máxima	(de	pico).
8.760	é	o	número	de	horas	no	ano.
Agora,	estudaremos	mais	sobre	a	produção	de	energia	maremotriz.	Vamos	seguir?
Energia	maremotriz
Os	oceanos	estendem-se	por	71%	da	superfície	do	globo	terrestre,	ocupando	uma
área	 de	 361	 milhões	 de	 km².	 Por	 isso,	 pensar	 em	 usar	 essas	 dimensões	 para	 a
geração	 de	 energia	 é	 muito	 interessante.	Partindo	 dessa	 constatação	 de	 que	 os
oceanos	são	uma	grande	fonte	de	geração	de	energia	elétrica,	podemos	citar	três
formas	de	energia	presentes	nele:	a	energia	das	marés,	a	energia	das	ondas	e	a
energia	térmica	dos	oceanos.
As	marés	são	geradas	pela	atração	gravitacional	que	a	Lua	exerce	sobre	a	Terra.	A
energia	 das	 marés	 é	 proveniente	 do	 enchimento	 e	 do	 esvaziamento	 cíclico	 das
baías	e	dos	estuários.	Sob	certas	condições	que	fazem	com	que	o	nível	das	águas
suba	 na	 maré	 cheia,	 essa	 energia	 pode	 ser	 eventualmente	 utilizada	 paragerar
energia	elétrica.	Um	esquema	de	aproveitamento	das	marés	possui	uma	barragem,
construída	em	um	estuário	e	equipada	com	uma	série	de	comportas,	o	que	permite
a	entrada	d'água	para	a	baía.
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Já	 as	 ondas	 são	 criadas	 pela	 interação	 dos	 ventos	 com	a	 superfície	 do	mar.	 Elas
têm	 energia	 cinética,	 descrita	 pela	 velocidade	 das	 partículas	 d'água,	 e	 energia
potencial,	que	é	uma	função	da	quantidade	de	água	deslocada	do	nível	médio	do
mar.	 Para	 fazer	 a	 conversão	 dessa	 energia	 para	 a	 elétrica,	 não	 é	 simples.	 No
entanto	 podemos	 fazer	 de	 algumas	 maneiras,	 como:	 variação	 no	 perfil	 da
superfície	 (inclinação	 e	 altura	 das	 ondas);	 variações	 de	 pressões	 abaixo	 da
superfície;	 movimento	 orbital	 das	 partículas	 fluidas	 abaixo	 da	 superfície;
movimento	de	grandes	massas	d'água	na	arrebentação.
Temos	que	grande	parte	da	radiação	solar	 incidente	sobre	a	superfície	da	Terra	é
direcionada	para	o	aquecimento	das	águas	dos	oceanos.	Essa	temperatura	diminui
conforme	o	aumento	da	profundidade.	O	conceito	de	conversão	de	energia	térmica
dos	 oceanos	 (Ocean	 Thermal	 Energy	 Conversion	 —	 Otec)	 trabalha	 com	 essa
diferença	 de	 temperatura	 para	 produzir	 eletricidade.	 Em	 regiões	 tropicais,	 a
superfície	do	mar	chega	a	atingir	temperaturas	de	25	ºC,	já	a	1.000	metros	temos
5	ºC.	
As	 plantas	 Otec	 podem	 ser	 construídas	 em	 terra	 ou	 instaladas	 em	 plataformas
flutuantes	ou	barcos	no	mar.	Elas	podem	ser	desenvolvidas	para	operar	em	ciclos
fechados	ou	abertos.	Em	ambos	os	casos,	a	condensação	do	vapor	(fluido	que	está
sendo	 trabalhado)	 causa	 diferença	 de	 pressão	 por	meio	 da	 turbina,	 que	 cria	 um
fluxo	de	vapor	suficiente	para	acionar	um	gerador	e	produzir	eletricidade.
Energia	solar
Vamos	agora	conhecer	mais	os	sistemas	baseados	no	uso	da	energia	transmitida	à
Terra	pelo	Sol	para	a	geração	de	eletricidade.	Existem	duas	classificações	básicas.
(Passe	o	mouse	para	visualizar	o	conteúdo)
a)	Os	sistemas	fotovoltaicos	autônomos	são	aqueles	que	realizam	a
transformação	da	energia	solar	em	elétrica	diretamente.
b)	Os	sistemas	termossolares	são	aqueles	em	que	a	energia	solar	é
usada	 para	 produzir	 calor	 e	 este	 produz	 o	 vapor	 que	 acionará	 uma
termelétrica.
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A	variável	para	o	aproveitamento	da	energia	solar	é	a	radiação	solar	 incidente	no
sistema	de	geração	de	eletricidade.
Energia	solar	e	sistemas	fotovoltaicos
Uma	das	maneiras	de	se	converter	a	energia	solar	em	energia	elétrica	é	por	meio
de	 células	 fotovoltaicas.	 Esse	 modelo	 de	 aplicação	 vem	 crescendo	 muito	 nos
últimos	 anos	 no	 nosso	 país,	 principalmente	 com	 a	 geração	 distribuída.	 O
crescimento	dessa	aplicação	está	muito	relacionado	ao	aumento	da	eficiência	dos
módulos	 e	 à	 redução	 dos	 valores	 de	 investimento,	 além	 de	 poder	 contar	 com
diversas	 linhas	 de	 crédito	 que	 favorecem	 a	 aquisição	 e	 implementação	 de
sistemas.
A	 energia	 solar	 fotovoltaica	 é	 obtida	 por	 meio	 da	 conversão	 direta	 da	 luz	 em
eletricidade	 pelo	 efeito	 fotovoltaico.	 Não	 vamos	 nos	 aprofundar	 nos	 estudos	 de
células	 e	 painéis	 fotovoltaicos,	 nem	 no	 tipo	 de	material,	 variações	 de	 tecnologia
entre	outros	pontos.	No	entanto	é	importante	saber	que	vários	materiais	e	tipos	de
estruturas	são	usados	na	produção	de	células	fotovoltaicas.	Atualmente,	o	silício	é
o	 material	 mais	 importante,	 pois	 há	 muito	 tempo	 já	 se	 tem	 conhecimento
tecnológico	dele	e	da	matéria-prima	que	lhe	dá	origem.
Sistema	fotovoltaico	
Os	principais	 componentes	de	um	sistema	 fotovoltaico	 são:	 painéis	 fotovoltaicos,
inversores	de	 frequência,	 sistema	para	armazenamento	de	energia	 e	dispositivos
de	proteção.
A	 figura,	 a	 seguir,	 mostra	 um	 esquema,	 em	 bloco,	 de	 um	 gerador	 fotovoltaico,
cujos	principais	componentes	serão	abordados	na	sequência	de	nossos	estudos.
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FIGURA	1	-	Diagrama	de	bloco	de	um	sistema	solar	fotovoltaico
Fonte:	REIS,	2011,	p.	216.
Nesse	 esquema,	 o	 gerador	 fotovoltaico	 está	 integrado	 por	 uma	 associação	 de
módulos,	conexões,	diodos	de	proteção	e	estruturas	de	suporte.	Os	painéis	solares
(módulos)	fazem	a	geração	de	energia.	A	interligação	dos	módulos	define	a	tensão
e	 a	 corrente	 de	 saída,	 sempre	 em	 corrente	 contínua	 (CC).	 Normalmente,	 são
incorporados	diodos	de	potência	no	arranjo	para	proteção	dos	módulos.	O	sistema
de	armazenamento	de	energia	é	formado	de	baterias	eletroquímicas.
O	subsistema	condicionador	de	potência,	ou	Power	Conditioning	Subsystem	(PCS),
dá	 condição	 da	 interligação	 da	 fonte	 de	 energia	 elétrica,	 com	 uma	 carga	 ou
sistema	 de	 potências	 em	 corrente	 alternada	 (CA).	 O	 PCS	 é	 formado	 de	 vários
dispositivos,	 sendo	 que	 suas	 funções	 são	 controlar	 o	 acionamento/desligamento,
além	do	ponto	de	operação	do	arranjo	fotovoltaico;	efetuar	a	proteção	do	sistema;
e	controlar	a	conversão	da	corrente	contínua	em	alternada.
O	componente	mais	 importante	do	PCS	é	o	 inversor,	que	deve	converter	a
energia	CC	para	a	forma	CA.
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Há,	atualmente,	dois	tipos	de	inversores	em	utilização:	os	comutados	pela	 linha	e
os	autocomutados.	No	primeiro,	 o	processo	de	 inversão	é	 controlado	pela	 tensão
da	rede.	Já	no	autocomutado,	o	controle	é	realizado	por	um	sinal	gerado	no	próprio
dispositivo.	 Este	 último	 tem	 projeto	mais	 complexo	 e,	 como	 consequência,	 custo
mais	 elevado,	 mas	 permite	 que	 o	 sistema	 possa	 ser	 usado	 para	 alimentar,
isoladamente,	cargas	elétricas.
As	 aplicações	 dos	 sistemas	 fotovoltaicos	 podem	 ser	 divididas	 em	 três	 modelos:
sistema	autônomo	 isolado,	sistema	autônomo	híbrido	e	sistema	conectado	à	rede
elétrica.
(Clique	no	+	para	visualizar	o	conteúdo)
Sistema	autônomo	isolado
É	um	sistema	puramente	fotovoltaico,	não	conectado	à	rede	elétrica	de
distribuição.	
Sistema	autônomo	híbrido
É	o	sistema	em	que	a	configuração	não	se	limita	apenas	à	geração	fotovoltaica.
Estando	 isolados	 da	 rede	 elétrica,	 tem	 mais	 de	 uma	 forma	 de	 geração	 de
energia,	como:	gerador	diesel,	turbinas	eólicas	e	módulos	fotovoltaicos.
Sistema	conectado	à	rede	elétrica
É	 de	 um	 único	 tipo.	 É	 aquele	 em	 que	 o	 arranjo	 fotovoltaico	 representa	 uma
fonte	 complementar	 ao	 sistema	 elétrico	 de	 grande	 porte	 ao	 qual	 está
conectado.	Não	utiliza	armazenamento	de	energia,	pois	toda	a	potência	gerada
é	entregue	à	 rede	 instantaneamente.	Esses	sistemas	se	diferenciam	quanto	à
forma	de	conexão	à	rede.
Potência	e	energia	geradas	pela	instalação
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A	potência	gerada	Pg(t)	dependerá	basicamente	de	dois	fatores
A	 potência	 gerada	 em	 um	 sistema	 fotovoltaico	 com	 a	 configuração	mostrada	 na
figura	acima	é	dada	pela	seguinte	expressão:
em	que:
η	=	rendimento	total	do	sistema,	composto	pelo
rendimento	do	painel	solar	mais	o	rendimento	do
sistema	de	condicionamento	da	potência.
A=	área	do	painel	solar.
Rs(t)	=	radiação	solar	incidente,	em	função	do
tempo.
A	potência	 instalada	de	uma	central	 fotovoltaica	é	considerada	a	potência	obtida
pelo	arranjo	durante	o	período	de	insolação	máxima.
1.	 Radiação	solar	horária	incidente	no	plano	coletor	(painel).
2.	 Potência	instalada,	que	estará	ligada	à	área	do	painel	e	às	suas
características,	além	dos	demais	equipamentos	constituintes	do
sistema	condicionador	de	potência.
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Há	 critérios	 diferentes	 para	 determinação	 dessa	 potência	 instalada,	 dependendo
das	 condições	 de	 insolação	 locais,	 do	 tipo	 de	 configuração	 (sem	 ou	 com
armazenamento)	 e	 do	 uso	 do	 sistema.	 Há	métodos	 baseados	 no	 número	 de	 dias
em	 que	 o	 sistema	 pode	 ficar	 sem	 sol	 (critério	 para	 dimensionar	 os	 painéis	 e	 a
bateria)	e	métodos	estatísticos,	similares	aos	das	hidrelétricas.	As	baterias	 fazem
um	 papel	 similar	 ao	 dos	 reservatórios	 nas	 hidrelétricas,	 regulando	 a	 potência	 e,
portanto,	aumentando	o	fator	de	capacidade	do	sistema.
Emrelação	 à	 radiação	 solar	 máxima,	 para	 determinação	 da	 potência
instalada,	costuma-se	usar	o	valor	de	1	kW/m2	,	que	é	a	radiação	utilizada
como	 referência	 na	 fabricação	 das	 células,	 testadas	 sob	 condições
específicas.
O	 rendimento	 da	 central	 é	 o	 produto	 do	 rendimento	 do	 condicionamento	 de
potência	e	do	rendimento	do	grupo	de	painéis.
O	 rendimento	 da	 célula	 solar	 depende	 do	 tipo	 de	 material	 utilizado	 para	 sua
fabricação,	 das	 térmicas	 de	 fabricação,	 das	 temperaturas	 e	 de	 outros	 fatores
externos.	 Na	 operação	 em	 módulo,	 a	 eficiência	 do	 conjunto	 diminui	 um	 pouco
devido	 ao	 fator	 de	 empacotamento,	 à	 eficiência	 ótica	 da	 cobertura	 frontal	 do
módulo,	 à	 perda	 nas	 interligações	 elétricas	 das	 células	 nos	 módulos	 e	 ao
descasamento	nas	características	das	células.
A	energia	anual	gerada	pelo	sistema	fotovoltaico	pode	ser	expressa	por:
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	h/ano
em	que:
Ec	=	energia	gerada	por	ano	(kWh/ano).
Fc	=	fator	de	capacidade.
O	fator	de	capacidade	do	sistema,	definido	de	modo	similar	ao	apresentado	pelas
hidrelétricas	(e	válido	também	para	as	termelétricas),	depende	de	disponibilidade
de	 insolação,	 das	 perdas	 no	 sistema	 e	 da	 capacidade	 instalada	 dos	 principais
componentes	(PR,	dos	painéis	solares,	e	Ws,	do	conjunto	de	baterias).
SAIBA	MAIS
Conheça	 mais	 sobre	 o	 setor	 de	 energia	 fotovoltaica,	 por	 meio	 da
Associação	 Brasileira	 de	 Energia	 Solar	 Fotovoltaica	 (Absolar),	 uma
entidade	 nacional,	 sem	 fins	 lucrativos,	 que	 reúne	 empresas	 de	 toda	 a
cadeia	de	valor	do	setor	solar	fotovoltaico	(FV)	com	operações	no	Brasil.
A	 entidade	 coordena,	 representa	 e	 defende	 os	 interesses	 de	 seus
associados	 quanto	 ao	 desenvolvimento	 do	 mercado	 e	 do	 setor,
promovendo	e	divulgando	a	energia	solar	fotovoltaica	no	país.
Saiba	mais,	acessando:	https://www.absolar.org.br/quem-somos/
	
Além	 da	 geração	 fotovoltaica,	 podemos	 também	 ter	 uma	 geração	 solar	 para
termoelétricas,	mas	esse	assunto,	neste	momento,	não	será	abordado.
https://www.absolar.org.br/quem-somos/
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Energia	eólica
Esta	 é	 uma	 das	 formas	 de	 geração	 de	 energia	 com	 maiores	 perspectivas	 de
crescimento	que	 temos.	Ela	consiste	na	energia	cinética	contida	nos	movimentos
das	massas	de	ar	na	atmosfera	(ventos).
Turbinas	eólicas
O	funcionamento	de	uma	turbina	eólica	é	uma	concatenação	de	vários	campos	do
conhecimento,	 como	 de	 meteorologia,	 mecânico,	 elétrico,	 de	 controle	 e	 civil.
Dentre	 as	 classificações	 de	 turbinas,	 temos	 duas	 opções:	 orientação	 do	 eixo	 do
rotor	em	relação	ao	solo	em	verticais	e	horizontais.
(Clique	na	imagem	para	interagir	com	o	conteúdo)
Os	rotores	de	eixo	horizontal	são	os	mais	comuns.	São	movidos	por	 forças
de	sustentação	(atuam	perpendicularmente	ao	escoamento).	Possuem	duas
ou	 mais	 pás,	 dependendo	 de	 sua	 aplicação.	 Porém,	 para	 a	 geração	 de
eletricidade,	os	rotores	mais	utilizados	são	os	do	tipo	hélice,	com	três	pás.
Esse	modelo	possui	baixos	torques	de	partida	e	só	operam	com	velocidades
elevadas	de	ventos.
As	 turbinas	 de	 eixo	 vertical	 captam	 a	 energia	 dos	 ventos	 sem	 precisar
alterar	 a	 posição	 do	 rotor	 com	 a	 mudança	 na	 direção	 dos	 ventos.	 Sua
movimentação	 se	dá	pelas	 forças	 de	 sustentação	 e	 por	 forças	 de	 arrasto.
Os	 principais	 tipos	 de	 rotores	 de	 eixo	 vertical	 são	 o	 Darrieus,	 Savonius	 e
turbinas	 com	 torres	 de	 vórtices.	 O	 rotor	 Darrieus,	 movido	 por	 força	 de
sustentação,	é	formado	de	duas	ou	três	pás	(com	lâminas	curvas).
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Fonte:	PETERDARGATZ	/	PIXABAY.
Em	 um	 sistema	 eólico,	 temos	 o	 conjunto	 denominado	 aerogerador,	 formado	 por
três	 elementos	 básicos:	 rotor	 (e	 hélices),	 transmissão	 e	 gerador.	O	 rotor	 é
responsável	 por	 captar	 a	 energia	 cinética	 dos	 ventos	 e	 convertê-la	 em	 energia
mecânica	no	eixo.	A	transmissão	é	o	mecanismo	que	transmite	a	energia	mecânica
do	 eixo	 do	 rotor	 ao	 eixo	 do	 conversor	 (gerador).	 O	 conversor	 (gerador)	 é	 o
componente	 que	 tem	 a	 finalidade	 de	 converter	 a	 energia	 mecânica	 do	 eixo	 em
energia	elétrica.
Vários	tipos	de	geradores	podem	ser	utilizados:	gerador	de	corrente	contínua	(CC),
gerador	 síncrono	 e	 gerador	 de	 indução.	 Pode-se	 usar	 um	 sistema	 de
armazenamento	 em	 baterias,	 similar	 ao	 que	 foi	 apresentado	 para	 geração	 solar
fotovoltaica.	 Quando	 o	 sistema	 de	 geração	 eólico	 opera	 conectado	 à	 rede,	 os
geradores	podem	ser	síncronos	e/ou	assíncronos	(de	indução).
Outro	 item	 importante	 dos	 geradores	 eólicos	 é	 o	 sistema	de	 controle.	 É	 formado
por	 vários	 sensores,	 como	 sensor	 de	 vento,	 rotação	 do	 rotor	 e	 carga	 da	 bateria.
Esses	 sensores	 fornecem	 dados	 necessários	 para	 o	 funcionamento	 harmônico	 e
seguro	de	todo	o	sistema,	com	o	melhor	aproveitamento	possível	do	vento.
Classificação	dos	sistemas	eólicos
Como	 em	 todo	 empreendimento,	 busca-se	 a	 melhor	 eficiência	 para	 os	 usos	 dos
equipamentos.	E	isso	não	é	diferente	nos	sistemas	eólicos.	Buscamos	uma	atuação
em	um	intervalo	ótimo	de	rendimento	do	sistema	com	relação	à	curva	de	potência
disponível	do	vento	local.
Em	 função	 disso,	 temos	 classificações	 de	 aerogeradores	 por	 tamanho	 (altura	 e
diâmetro	das	pás)	e	por	potência	instalada	(potência	nominal).	De	um	modo	geral,
são	divididos	em	pequenos,	médios	e	grandes.
A	 tabela,	 a	 seguir,	 apresenta	 a	 relação	 de	 tamanho	 e	 potências	 dos	 sistemas
instalados.
Tamanho Potência	instalada	(Kw)
Pequeno Até	80
Médio De	81	a	500
Grande >	500
TABELA	1	-	Relação	de	tamanho	e	potência	instalada
Fonte:	REIS,	2011,	p.	247.
A	próxima	tabela	demonstra	a	relação	entre	o	tamanho	e	a	área	do	rotor.
E-Book	-	Apostila
18	-	32
Tamanho Diâmetro	(m) Área	do	rotor	(m²)
Pequeno Até	16 Até	200
Médio De	16	a	45 De	200	a	1.600
Grande >	45 >	1.600
	
TABELA	2	-	Relação	de	tamanho	e	área	do	rotor
Fonte:	REIS,	2007,	p.	247.
Quanto	às	aplicações	para	produção	de	eletricidade,	um	sistema	é	subdividido	em
três	classificações.	 No	 infográfico	 a	 seguir,	 clique	 nos	 círculos	 à	 direita	 para
interagir	e	conhecer	essas	classificações.
Recurso	Externo
Recurso	é	melhor	visualizado	no	formato	interativo
A	energia	eólica,	no	caso	brasileiro,	pode	ser	uma	ótima	opção	para	integração	ao
sistema	 energético.	 Principalmente	 nas	 regiões	 Sudeste	 e	 Nordeste,	 onde	 o
recurso	eólico	e	o	regime	de	chuvas	podem	ser	complementares,	garantindo	uma
melhor	eficiência.
Potência	e	energia	geradas	pela	instalação
A	potência	total	de	uma	massa	de	ar	com	velocidade	V,	atravessando	uma	área	A,
pode	ser	calculada	por:
E-Book	-	Apostila
19	-	32
	
em	que:
"d"	é	a	densidade	do	ar	no	local.
	
No	caso	dos	aerogeradores,	a	potência	também	pode	ser	calculada	por	meio	dessa
fórmula,	considerando-se	a	área	A	como	a	superfície	traçada	pelas	pás	do	rotor	de
raio	D/2.	O	mais	prático	é	considerar	a	potência	por	unidade	de	área	(Pd/A),	sendo
esta	definida	como	fluxo	de	potência	eólica	ou	potência	média	bruta	(co/m2).	Esse
fluxo	 é	 perpendicular	 e	 proporcional	 à	 área	 dos	 coletores	 (rotor)	 dos
aerogeradores.
O	aspecto	mais	relevante	é	que	a	potência	do	vento	é	proporcional	ao	cubo	de	sua
velocidade.	 Isso	 significa	que	pequenas	variações	de	velocidade	de	vento	podem
ocasionar	grandes	variações	de	potência.
Temos	uma	variação	de	velocidade	do	vento	quanto	a	altura	que	varia	em
função	 da	 velocidade	 do	 vento	 disponível	 na	 altura	 conhecida,	 na	 altura
desejada	e	no	fator	de	rugosidade	do	terreno.
E-Book	-	Apostila
20	-	32
A	 potência	 eólica	 convertida	 em	 eletricidade	 depende	 da	 área	 do	 rotor	 e	 do
rendimento	 do	 aerogerador,	 formado	 pela	 multiplicação	 dos	 seguintes
rendimentos:
em	que	η:
B	=	eficiência	teórica	(Betz).
A	=	rendimento	aerodinâmico	(pás).
M	=	rendimento	do	multiplicador	de	velocidades
(quando	houver).
r	=	rendimento	do	rotor.
G	=	rendimento	do	gerador.
A	 configuraçãogeral	 do	 sistema	 eólico,	 determinada	 pelo	 tipo	 de	 aplicação	 e	 de
potência,	 indicará	 o	 rotor	 e	 o	 gerador	 ideais,	 cujo	 rendimento	 é	 fornecido	 pelo
fabricante.
Para	 escolha	 do	 rotor,	 é	 necessário	 conhecer	 suas	 características	 aerodinâmicas.
Vamos	lá?	Clique	nas	setas	para	interagir	com	o	conteúdo:
(Clique	nas	setas	para	visualizar	o	conteúdo)
Área	frontal	(A	em	m2):	também	conhecida	como	área	do	disco,	corresponde
à	 área	 da	 superfície,	 normal	 à	 direção	 do	 vento,	 ocupada	 pelo	 rotor	 em
movimento.	No	 caso	de	 rotores	de	eixo	horizontal	 de	diâmetro	D	 (m),	 a	 área
frontal	é	calculada	por	A=	1tD2/4.
E-Book	-	Apostila
21	-	32
Razão	de	áreas	(À)	 (ou	solidez):	é	a	 razão	entre	a	área	das	pás	 (apenas	um
lado)	pela	área	frontal.	"À"	significa	rotores	de	muitas	pás	ou	de	pás	largas	e,
consequentemente,	baixa	velocidade.
Razão	de	 velocidade	(RV)	 ou	TIP	 Speed	 Ratio:	é	a	 razão	entre	a	velocidade
tangencial,	na	ponta	da	pá,	pela	velocidade	do	vento.	RV	alta	significa	rotores
de	alta	velocidade,	isto	é,	que	funcionam	em	altas	rotações.
Potência	do	rotor	(PR),	W	ou	kW:	é	a	parcela	da	potência	disponível	no	vento
captada	pelo	rotor	eólico.
	
Coeficiente	 de	 potência	 (Cp):	 exprime	 a	 porcentagem	 da	 Pd	 realmente
aproveitada	no	eixo	do	rotor.
A	figura	a	seguir	apresenta	o	comportamento	típico	do	coeficiente	de	potência	de
vários	tipos	de	rotores.	Observe!
E-Book	-	Apostila
22	-	32
FIGURA	1	-	Coeficiente	de	potência	x	razão	de	velocidades
Fonte:	REIS,	2011,	p.	251.
No	 atual	 estado	da	 arte,	 a	 eficiência	 da	 conversão	 da	 energia	 cinética	 eólica	 em
energia	elétrica	é	de,	aproximadamente,	30%	(ηb	=	0,4,	ηr	=	0,95,	ηc	=	0,80).	
Potência	elétrica	=	0,3	x	área	do	rotor	x	potência	média	bruta.
A	potência	elétrica	entregue	à	carga	na	forma	CA	é	p	carga	=	potência	elétrica	X
ηI,	em	que:
E-Book	-	Apostila
23	-	32
ηI	=	rendimento	do	inversor.
A	produção	anual	de	energia	pode	ser	calculada	pela	expressão:
Ec	=	PI	x	FC	x	8.760	h/ano
em	que:
Ec	=	energia	anual	gerada.
PI	=	potência	instalada.
FC	=	fator	de	capacidade.
Assim	 como	 para	 geração	 hidrelétrica	 e	 solar	 fotovoltaica,	 se	 não	 houver
armazenamento,	 o	 fator	de	 capacidade	é	uma	variável	 intrinsecamente	 ligada	às
condições	climáticas.
Geradores	híbridos	e	cogeração
E-Book	-	Apostila
24	-	32
Os	 sistemas	 híbridos	 caracterizam-se	 como	 uma	 forma	 importante	 de	 uso	 das
energias	 renováveis	 para	 aplicação	 no	 planejamento	 descentralizado	 e	 no
suprimento	 energético	 de	 locais	 isolados.	 Para	 aprofundar	 um	 pouco	 mais	 o
conhecimento	 obtido	 até	 aqui,	 a	 partir	 de	 nossas	 discussões	 sobre	 o	 conteúdo,
assista	 ao	 vídeo,	 a	 seguir,	 que	 apresenta	 importantes	 considerações	 sobre	 a
temática	da	unidade.
Recurso	Externo
Recurso	é	melhor	visualizado	no	formato	interativo
Com	 base	 no	 que	 você	 acabou	 de	 assistir,	 as	 fundamentações	 discutidas	 na
unidade	 fazem	 uma	 correlação	 melhor	 com	 o	 que	 até	 então	 havia	 sido
apresentado?	Pense	sobre	isso.
Considerações	finais
Nesta	unidade,	estudante,	você	teve	a	oportunidade	de:
conhecer	as	fontes	de	energia	não	baseadas	na	queima	de
combustível;
conhecer	as	fontes	renováveis	de	energia;
conhecer	a	cogeração	de	energia	e	geradores	híbridos.
Podemos	 concluir	 que	 existem	 meios	 e	 recursos	 em	 abundância	 de	 fontes	 de
energia	não	baseada	na	queima	de	combustíveis,	sendo	fontes	renováveis,	como	a
energia	da	água,	do	sol	e	do	ar.
E-Book	-	Apostila
25	-	32
Algumas	dessas	tecnologias	estão	estabelecidas,	como	as	centrais	hidrelétricas,	e
outras	 ainda	 se	 encontram	 em	 desenvolvimento,	 como	 as	 usinas	 maremotriz,
solares	e	eólicas.	A	palavra	desenvolvimento,	nesse	caso,	é	atribuída	em	função	do
crescimento	 do	 uso	 dessas	 fontes	 e	 do	 aumento	 do	 rendimento	 e	 da	 viabilidade
econômica.
Podemos	 ver	 também	 que	 o	 uso	 de	 cogeração	 ou	 geração	 híbrida	 otimiza	 os
investimentos,	 aumentando	 o	 rendimento	 e	 a	 estabilidade	 dos	 sistemas,	 o	 que
torna	muito	interessante	o	uso	dessa	fonte.
Temos	 um	 crescimento	muito	 forte	 no	 país	 de	 usinas	 eólicas	 e	 solares,	 além	 de
uma	 predominância	 de	 usinas	 hidrelétricas,	 sendo	 toda	 essa	 energia	 gerada	 de
fontes	 renováveis,	 o	 que	 nos	 torna	 um	 país	 extremamente	 sustentável	 em	 sua
matriz	energética.
Quiz
"Os	principais	componentes	de	um
sistema	eólico	autônomo	são:	rotor,
transmissão,	controle,	conversor	e
sistema	de	armazenamento"	(REIS,
2011,	p.	245).
Considerando	os	componentes	de	um	sistema	eólico
de	potência,	assinale	a	alternativa	correta.
O	rotor	é	o	componente	destinado	a	captar	a	energia
cinética	dos	ventos	e	convertê-la	em	energia
mecânica	no	eixo.
a
E-Book	-	Apostila
26	-	32
Resposta	Correta:
Correto!	A	função	do	rotor	é	capturar	a	energia
mecânica	do	vento	e	transmiti-la	para	o	eixo	central,
fazendo	a	conversão	da	energia	cinética	em
mecânica.
Resposta	Incorreta:
Resposta	errada!	A	transmissão	é	o	mecanismo	que
transmite	a	energia	mecânica	do	eixo	do	rotor	ao	eixo
do	conversor	(gerador).	O	conversor	(gerador)	é	o
componente	que	tem	a	finalidade	de	converter	a
energia	mecânica	do	eixo	em	energia	elétrica.	O
sistema	de	armazenamento	da	energia	é	formado
pelas	baterias.	Inversores	de	frequência	fazem
conversão	de	CC	para	CA.
Resposta	Incorreta:
Resposta	errada!	A	transmissão	é	o	mecanismo	que
transmite	a	energia	mecânica	do	eixo	do	rotor	ao	eixo
do	conversor	(gerador).	O	conversor	(gerador)	é	o
componente	que	tem	a	finalidade	de	converter	a
energia	mecânica	do	eixo	em	energia	elétrica.	O
sistema	de	armazenamento	da	energia	é	formado
pelas	baterias.	Inversores	de	frequência	fazem
conversão	de	CC	para	CA.
A	transmissão	é	o	mecanismo	que	converte	energia
mecânica	em	energia	elétrica.b
O	conversor	é	o	componente	que	tem	a	finalidade	de
converter	a	energia	mecânica	das	pás	para	o	rotor.c
E-Book	-	Apostila
27	-	32
Resposta	Incorreta:
Resposta	errada!	A	transmissão	é	o	mecanismo	que
transmite	a	energia	mecânica	do	eixo	do	rotor	ao	eixo
do	conversor	(gerador).	O	conversor	(gerador)	é	o
componente	que	tem	a	finalidade	de	converter	a
energia	mecânica	do	eixo	em	energia	elétrica.	O
sistema	de	armazenamento	da	energia	é	formado
pelas	baterias.	Inversores	de	frequência	fazem
conversão	de	CC	para	CA.
Resposta	Incorreta:
Resposta	errada!	A	transmissão	é	o	mecanismo	que
transmite	a	energia	mecânica	do	eixo	do	rotor	ao	eixo
do	conversor	(gerador).	O	conversor	(gerador)	é	o
componente	que	tem	a	finalidade	de	converter	a
energia	mecânica	do	eixo	em	energia	elétrica.	O
sistema	de	armazenamento	da	energia	é	formado
pelas	baterias.	Inversores	de	frequência	fazem
conversão	de	CC	para	CA.
O	sistema	de	armazenamento	da	energia	é	formado
por	compressores	de	ar,	estocando	o	vento.d
Alguns	sistemas	têm	inversores	de	frequência	para
alteração	dos	níveis	de	tensão.e
E-Book	-	Apostila
28	-	32
"O	projeto	de	um	sistema	eólico,	para
um	determinado	tamanho	de	rotor	e
para	uma	determinada	carga,	busca
atuação	num	intervalo	ótimo	de
rendimento	do	sistema	com	relação	à
curva	de	potência	disponível	do	vento
local"	(REIS,	2011,	p.	247).
Sobre	 a	 classificação	 de	 sistemas	 eólicos,	 um
sistema	com	potência	 instalada	de	82	kW	com	área
dos	rotores	de	256	m²	é	classificado	como?	
Resposta	Incorreta:
Errado!	A	classificação	se	enquadra	em:	quanto	à
potência,	é	médio	(de	81	a	500	kw)	e,	quanto	ao
tamanho,	é	médio	(200	a	1.600	m²).
Resposta	Incorreta:
Errado!	A	classificação	se	enquadra	em:	quanto	à
potência,	é	médio	(de	81	a	500	kw)	e,	quanto	ao
tamanho,	é	médio	(200	a	1.600	m²).
É	considerado	como	médio	(quanto	à	potência)	e
pequeno	(quanto	ao	tamanho).a
É	considerado	como	pequeno	(quanto	à	potência)	e
médio	(quanto	ao	tamanho).b
É	considerado	como	médio	(quanto	à	potência)	e
médio	porte	(quanto	ao	tamanho).c
E-Book	-	Apostila
29	-	32
Resposta	Correta:
A	resposta	está	correta,	pois,	quanto	à	potência,	é
médio	(de	81	a	500	kw)	e,	quanto	ao	tamanho,	é
médio	(200	a	1.600	m²).
RespostaIncorreta:
Errado!	A	classificação	se	enquadra	em:	quanto	à
potência,	é	médio	(de	81	a	500	kw)	e,	quanto	ao
tamanho,	é	médio	(200	a	1.600	m²).
Resposta	Incorreta:
Errado!	A	classificação	se	enquadra	em:	quanto	à
potência,	é	médio	(de	81	a	500	kw)	e,	quanto	ao
tamanho,	é	médio	(200	a	1.600	m²).
É	considerado	como	grande	(quanto	à	potência)	e
grande	(quanto	ao	tamanho).d
É	considerado	como	pequeno	(quanto	à	potência)	e
grande	(quanto	ao	tamanho).e
E-Book	-	Apostila
30	-	32
"As	usinas	hidrelétricas	são,	em	geral,
classificadas	quanto	ao	uso	das
vazões	naturais,	à	potência,	à	forma
de	captação	de	água	e	à	função	no
sistema"	(REIS,	2011,	p.	90).
Uma	usina	hidrelétrica	de	125	kW	de	potência	e	com
queda	 de	 água	 de	 52	 metros	 é	 classificada,
respectivamente,	como:
Resposta	Incorreta:
Resposta	incorreta!	A	classificação	quanto	a	estes
dois	parâmetros	seria	quanto	à	potência	a
classificação	de	que	mini	100	<	P	<	1.000	kW	e	que,
em	relação	à	queda,	50
Resposta	Incorreta:
Resposta	incorreta!	A	classificação	quanto	a	estes
dois	parâmetros	seria	quanto	à	potência	a
classificação	de	que	mini	100	<	P	<	1.000	kW	e	que,
em	relação	à	queda,	50
mini	em	relação	à	potência	e	como	média	em	relação
à	queda	de	água.a
média	em	relação	à	potência	e	como	baixa	em
relação	à	queda	de	água.b
E-Book	-	Apostila
31	-	32
Resposta	Incorreta:
Resposta	incorreta!	A	classificação	quanto	a	estes
dois	parâmetros	seria	quanto	à	potência	a
classificação	de	que	mini	100	<	P	<	1.000	kW	e	que,
em	relação	à	queda,	50
Resposta	Incorreta:
Resposta	incorreta!	A	classificação	quanto	a	estes
dois	parâmetros	seria	quanto	à	potência	a
classificação	de	que	mini	100	<	P	<	1.000	kW	e	que,
em	relação	à	queda,	50
Resposta	Correta:
Correto!	Quanto	à	potência,	a	classificação	é	a	de	que
mini	100	<	P	<	1.000	kW;	em	relação	à	queda,	de	50
mini	em	relação	à	potência	e	como	baixíssima	em
relação	à	queda	de	água.c
pequena	em	relação	à	potência	e	como	baixa	em
relação	à	queda	de	água.d
grande	em	relação	à	potência	e	como	grande	em
relação	à	queda	de	água.e
E-Book	-	Apostila
32	-	32
Referências
ABSOLAR:	maior	entidade	representativa	do	setor	solar	fotovoltaico	no	Brasil.
Absolar,	[c2022].	Disponível	em:	https://www.absolar.org.br/quem-somos/.	Acesso
em:	3	mar.	2022.
REIS,	L.	B.	dos.	Geração	de	energia	elétrica.	Barueri:	Manole,	2011.	(Disponível
na	Minha	Biblioteca).
https://www.absolar.org.br/quem-somos/