Turbina e Geração Eólica_Introdução

Prévia do material em texto

WBA0520_v2.0
Energia eólica e solar
Turbina e Geração Eólica: 
Introdução
Energia Eólica
Bloco 1
Lílian Venturi Pinheiro
Conceito
Energia eólica
• É a energia gerada pela força dos ventos.
• É considerada uma das mais antigas fontes de 
energia.
• É uma energia limpa.
Histórico
Figura 1 – Moinho de vento
É a conversão da energia eólica em energia utilizável, a partir do uso 
de turbinas eólicas para gerar eletricidade, moinhos de vento para 
gerar energia mecânica ou velas para impulsionar barcos a vela.
Fonte: Ibusca/iStock.com.
Assim como a energia 
hidráulica, a energia eólica 
tem sido usada para os 
mesmos propósitos há 
milhares de anos, a saber: 
bombeamento de água, 
moagem de grãos e outras 
aplicações de energia 
mecânica.
Histórico
• A primeira turbina eólica comercial conectada à rede 
elétrica pública foi instalada na Dinamarca em 1976.
• Em 1991, a Associação Europeia de Energia Eólica 
estabeleceu metas para a instalação de 4.000 MW de 
energia eólica na Europa até 2000 e 11.500 MW até 2005.
Energia Eólica
• Converter a energia eólica em energia mecânica é um 
procedimento simples, com pouco potencial eólico 
disponível e que seja capaz de resistir a intempéries da 
natureza.
• As primeiras turbinas eólicas surgiram no final do século 
XIX e já faziam a conversão da energia eólica em energia 
elétrica, fazendo o uso de eletricidade ter rápida expansão 
no planeta.
Energia Eólica
• Vantagens:
• Não oferece riscos de radiação.
• É uma fonte de energia renovável.
• Não emite gases poluentes.
• Leva investimentos para regiões desfavorecidas.
• Desvantagens:
• Ventos intermitentes.
• Poluição sonora.
• Poluição visual.
• Acidentes envolvendo aves.
Turbina e Geração Eólica: 
Introdução
O vento e suas características
Bloco 2
Lílian Venturi Pinheiro
O vento e suas características
Pela incapacidade de controle, o vento possui propriedades 
eventuais de velocidade e direção, as quais também 
dependem das condições de solo, de altitude, da geografia e 
do clima.
As massas de ar se movem porque o ar frio tende a descer e 
o ar quente tende a subir. Quando as massas de ar 
se movem verticalmente, são chamadas de correntes de ar. 
Os deslocamentos horizontais são chamados de ventos.
O vento e suas características
• A biruta, ou anemoscópio, serve para determinar a direção do 
vento que entra pela maior abertura e sai pela menor abertura 
esticando a biruta.
• Já no anemômetro, instrumento que mede a velocidade dos 
ventos, a rotação da peça movimenta um ponteiro em uma 
escala graduada.
Figura 2 – Biruta com céu nublado
Fonte: by-studio/iStock.com.
Figura 3 – Biruta com céu nublado
Fonte: Pixfly/iStock.com.
O vento e suas características
• A direção e a velocidade do vento e suas variações são mostradas 
através da rosa dos ventos. 
• Há uma representação das direções norte, sul, leste e oeste, e cada 
disco mostra a repetição do vento na direção definida a depender da 
velocidade do vento.
Figura 4 – Rosa dos ventos em uma cidade 
do Nordeste brasileiro
Fonte: Vian et al. (2021, p. 15).
O vento e suas características
A indicação de ventos fracos, ventos com uma velocidade mais 
baixa em uma determinada direção, pode fornecer menos 
energia em comparação com outra direção com ventos mais 
fortes.
Figura 4 – Rosa dos ventos em uma cidade 
do Nordeste brasileiro
Fonte: Vian et al. (2021, p. 15).
O vento e suas características
• Em um projeto de um parque eólico, é essencial fazer 
algumas medições:
• Medir corretamente a rosa dos ventos.
• Distribuir a velocidade.
• Utilizar instrumentos adequados, como anemômetro 
(velocidade) e biruta (direção).
• Levar em conta as variáveis: temperatura, direção 3D do 
vento, umidade.
Turbina e Geração Eólica: 
Introdução
Turbinas e Geração Eólica
Bloco 3
Lílian Venturi Pinheiro
Turbinas e Geração Eólica
• Uma turbina eólica, também conhecida como 
aerogeradores, pode ser definida como um dispositivo 
capaz de converter parte do momento ou da energia 
cinética existente no vento em energia elétrica.
Figura 5 – Parque eólico
Fonte: Iantfoto/iStock.com.
Turbinas e Geração Eólica
• Dependendo do eixo de rotação das pás, uma 
turbina eólica pode ser divida em:
• Turbina eólica de eixo vertical.
• Turbina eólica de eixo horizontal.
Turbinas e Geração Eólica
Alguns projetos de turbina eólica vertical são mostrados na Figura 6:
• Os de turbina de eixo vertical são montados no solo, enquanto os de 
eixo horizontal são elaborados no topo da torre.
Figura 6 – Projetos de aerogeradores de eixo vertical (a) 
Maglev Vawt, (b) Darrieus, (c) Savonius e (d) Rotor H
Fonte: Vian et al. (2021, p. 17).
Turbinas e Geração Eólica
• Existem turbinas eólicas 
mais modernas, as 
quais têm um rotor 
aerodinâmico 
constituído de três pás.
• Aumentar as pás de um 
rotor implica em 
algumas características, 
como eficiência da 
turbina, cargas 
mecânicas na torre e 
problemas de ruído e 
de visibilidade.
Figura 7 – Turbina eólica moderna e 
seus equipamentos
Fonte: Vian et al. (2021, p. 21).
Turbinas e Geração Eólica
A consolidação da geração de energia eólica no mercado 
mundial está relacionada com:
• Operação mais eficiente e confiável dos parques.
• Redução intensa de custos de fabricação e de produção 
de energia.
• Aumento da eficiência aerodinâmica.
• Aumento da confiabilidade dos componentes.
• Integração do sistema de controle das turbinas eólicas 
com o sistema de aquisição de dados da fazenda eólica.
Teoria em Prática
Bloco 4
Lílian Venturi Pinheiro
Reflita sobre a seguinte situação
• Com um protótipo de uma turbina eólica e uma fonte de vento 
(ventilador), foi possível realizar testes de velocidade e tensão com o uso 
de um anemômetro e um multímetro.
• A potência mecânica disponível no vento pode ser calculada pela equação:
Em que:
P – Potência em Watts gerada pela turbina eólica em função do vento.
ρ – Densidade do ar atmosférico, algo em torno de 1,2922 kg/m3.
A – Área (m2) varrida pelas pás do rotor.
v – Velocidade do vento (m/s).
31
2
ventoP Av=
Norte para a resolução
1. Uma tabela foi elaborada com os valores de tensão 
contínua e potência em função da velocidade do vento
Velocidade (m/s) Tensão (Volts) Potência (Watts)
3,9 2,6 10,84
5,8 3,9 35,64
8,6 6 116,2
9,4 6,5 151,73
9,6 6,1 161,62
Tabela 1 – Valores de tensão e potência em função 
da velocidade do vento
Fonte: elaborada pela autora.
Norte para a resolução
2. Os dados da tabela foram adquiridos do protótipo da turbina.
3. As pás possuem um diâmetro de aproximadamente 60 cm, 
resultando em uma varredura de aproximadamente 0,2827 m².
Norte para a resolução
4. Os gráficos (a) e (b) representam os dados de velocidade x 
tensão e velocidade x potência eólica:
Figura 8 – (a) tensão x velocidade e (b) velocidade x potência
Fonte: Sotão et al. (2017, [s.p.]).
Norte para a resolução
5. Podemos analisar a seguinte situação:
Apesar de o gráfico (b) apresentar um comportamento 
crescente, o gráfico (a) dispõe de uma queda de tensão, 
apresentando no fim das contas um limite para a velocidade. 
Esse limite indica até onde se pode ter um rendimento de 
uma turbina eólica.
Dicas do(a) Professor(a)
Bloco 5
Lílian Venturi Pinheiro
Prezado aluno, as indicações a seguir podem estar disponíveis 
em algum dos parceiros da nossa Biblioteca Virtual (faça o login 
através do seu AVA). Algumas indicações também podem estar 
disponíveis em sites acadêmicos como o Scielo, repositórios de 
instituições públicas, órgãos públicos, anais de eventos 
científicos ou periódicos científicos, acessíveis pela internet.
Isso não significa que o protagonismo da sua jornada de 
autodesenvolvimento deva mudar de foco. Reconhecemos que 
você é a autoridade máxima da sua própria vida e deve, 
portanto, assumir uma postura autônoma nos estudos e na 
construção da sua carreira profissional. 
Por isso, te convidamos a explorar todas as possibilidades da 
nossa Biblioteca Virtuale além! Sucesso!
Leitura Fundamental
Indicação de leitura 1
O Capítulo 1 da obra indicada aborda com mais detalhes as 
turbinas e a geração de energia eólica, bem como as 
características do vento, a evolução das turbinas eólicas, as 
turbinas eólicas modernas e as de pequeno porte e os novos 
desafios relacionados à operação desses sistemas.
Referência
VIAN, A. et al. Energia Eólica: fundamentos, tecnologia e aplicações. São Paulo: 
Blucher, 2021. 146p.
Indicação de leitura 2
O Capítulo 2 da obra indicada aborda a modelagem 
matemática do vento e a conversão de energia eólica. Nele 
também é apresentada a previsão da velocidade do vento 
com os métodos de previsão, a conversão energética vento-
eletricidade. É feita uma análise da produção de energia de 
turbinas eólicas modernas.
Referência
VIAN, A. et al. Energia Eólica: fundamentos, tecnologia e aplicações. São Paulo: 
Blucher, 2021. 146p.
Dica do(a) Professor(a)
• É importante fazer um levantamento da implantação de um 
sistema eólico e procurar fazer uma análise mais criteriosa 
para a especificação do correto dimensionamento das 
turbinas eólicas. Para isso, há artigos, manuais de 
especificações e sites de simulação de um projeto eólico.
• Também é importante fazer uma análise comparativa no 
âmbito econômico e ambiental das usinas eólicas com as 
usinas solares. Essas informações podem ser obtidas em 
artigos publicados da área.
Referências
ANEEL. Agência Nacional de Energia Elétrica. Atlas de Energia 
Elétrica do Brasil: Energia Solar. Brasília: ANEEL, 2005.
SOTÃO, A. et al. Projeto de Energia Eólica. Educação Ambiental 
em Ação, [s.l.], v. 15, n. 59, mar. 2017.
VIAN, A. et al. Energia Eólica: fundamentos, tecnologia e 
aplicações. São Paulo: Blucher, 2021. 146p.
Bons estudos!