turbinas eólicas

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Turbinas Eólicas 
 
 
 
 
 
Aluna: Jéssica Camila Rocha do Nascimento 
Matrícula: 201402390262 
Disciplina: Tópicos em Energias Renováveis 
Turma: 3002. 
Professor: Haroldo Giust. 
Data: 22/04/2018 
Introdução 
A energia eólica é produzida a partir da força dos ventos e é gerada por meio de aerogeradores. 
Neles, a força do vento é captada por hélices ligadas a uma turbina que aciona um gerador 
elétrico. É uma energia abundante, renovável e limpa. 
 
Tipos de Turbinas e Características Construtivas 
 
Uma das características principais das turbinas eólicas são as pás, as quais funcionam 
basicamente pelas forças geradas pelo vento em um perfil aerodinâmico ou de arrastro. As pás 
estão conectadas a um gerador por um eixo, e dependendo da posição deste eixo podem-se 
classificar as turbinas eólicas conforme a seguir: 
 
 
• Turbinas eólicas de eixo horizontal 
 
 
 
As turbinas eólicas de eixo horizontal são aquelas que têm o eixo de rotação paralelo ao solo. 
Elas são o tipo de turbinas mais comuns para turbinas eólicas de grande e baixo porte devido à 
sua alta eficiência, investimento tecnológico e custo benefício. Estes tipos de turbinas são 
usadas principalmente em regiões agrícolas e com poucos obstáculos, como prédios ou árvores, 
pois requerem vento mais laminar ou pouco turbulento. 
 
Geralmente o número de pás que encontramos neste tipo de turbinas são 3. Mas por quê? 
Idealmente uma turbina eólica necessita ter de 1 a 4 pás para garantir a melhor eficiência. 
Contudo, com apenas uma pá teríamos problemas com o balanceamento da turbina e as 
vibrações a longo prazo poderiam destruir nossa pá. Com uma ou duas pás a turbina giraria 
muito rápido, o que causaria problemas, como ruído excessivo e esforços mecânicos altos 
causados pelo efeito da força centrífuga. Com 4 pás o ganho de eficiência comparado à turbina 
de 3 pás seria muito baixo e acrescido do investimento de ter mais uma pá. Esses são motivos 
que fazem com que a turbina de 4 pás seja pouco comum. 
 
O material das pás geralmente é de fibra de vidro devido ao fato de que uma das características 
fundamentais de uma pá é ser leve, resistente e durável. 
 
Também de fibra de vidro encontramos a carenagem e o cone, os quais além de melhorar o 
desempenho aerodinâmico do vento projetada ao redor da turbina, também ajudam a proteger 
os componentes internos do aerogerador. 
 
Outra característica essencial deste tipo de turbinas é a necessidade de posicionar a turbina 
sempre no sentido do vento. Para as turbinas eólicas de pequeno porte, o posicionamento é 
feito de forma passiva, ou seja, a própria turbina tem a tendência de seguir ao vento sem a 
necessidade de uma cauda (sistemas downwind), mas em alguns casos se adiciona a dita cauda 
para evitar turbulências que a torre e a carcaça podem causar sobre as pás (sistemas upwind). 
 
O anel coletor é outra peça importante e indispensável em uma turbina eólica horizontal. Para 
explicar o porquê, devemos imaginar o que aconteceria se o cabo elétrico que estaria conectado 
ao gerador de imãs permanentes girasse junto com o gerador eólico buscando sempre o vento. 
Pois bem, o cabo ficaria enrolado tentando seguir a turbina, o que em algumas horas ou dias 
provocaria o mau funcionamento do sistema. Mas o que é um anel coletor? Um anel coletor 
tem basicamente duas partes principais, uma escova e um anel, e o contato dos dois gera uma 
corrente elétrica. Assim podemos, por exemplo, deixar o anel girando junto com a turbina e as 
escovas fixas na torre, o que dispensa o uso de cabos para transferir energia da turbina à torre. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Turbinas eólicas de eixo vertical 
 Turbina tipo Darrieus 
 
Turbina Savonius 
 
Turbina tipo Darrieus-
Savonius 
 
A turbina eólica de eixo vertical possui o eixo de rotação perpendicular ao solo. 
 
Não existe um padrão ou formato definido de turbinas eólicas verticais, basicamente o que 
possuem em comum são as pás girando no mesmo plano que o chão. A razão de ter tantos 
modelos com diferentes e variadas geometrias se dá porque existem menos informação e 
pesquisa nessa área, o que motiva os fabricantes e empreendedores a inovar. 
 
Conforme estatísticas da WWEA no mercado mundial são usadas mais turbinas eólicas 
horizontais que verticais, sendo que 1 de cada 5 fabricantes manufatura turbinas do tipo 
vertical. O motivo principal da diferença são as vantagens no rendimento e custo-benefício 
das turbinas eólicas horizontais em regiões agrícolas, onde as turbinas verticais são menos 
eficientes conforme explicaremos adiante. 
 
Turbinas eólicas verticais são usadas principalmente por ter um melhor comportamento em 
ventos turbulentos e emitir baixos níveis de ruído em comparação às turbinas eólicas de eixo 
horizontal. Não menos importante, a estética desse tipo de turbina pode ser mais atrativa. Por 
essas razões esse tipo de aerogeradores são considerados mais apropriados 
para regiões urbanas ou semiurbanas. 
 
Existem também três tipos principais de turbinas eólicas de eixo vertical: 
 
• Darrieus: São turbinas com perfil aerodinâmico desenhado de forma semelhante às asas 
dos aviões, criando sustentação para se movimentarem e gerar energia. Os aerogeradores 
Darrieus são mais eficientes que as turbinas do tipo Savonius. 
• Savonius: A força predominante neste tipo de geradores é a força de arrasto, ou seja, as 
turbinas giram predominantemente pela pressão do ar sobre as pás. As turbinas Savonius são 
geralmente mais baratas e começam a girar a uma velocidade mais baixa em relação a outros 
tipos de turbinas eólicas, porém é o tipo de turbina eólica menos eficiente tomando em 
consideração a área de captação de energia e a produção anual da mesma. 
• Darrieus-Savonius: Turbina eólica híbrida com os sistemas Darrieus e Savonius acoplados ao 
mesmo eixo, os quais segundo os fabricantes usam as vantagens de cada um dos tipos de 
turbina. 
 
As desvantagens de uma turbina eólica de eixo vertical são: 
 
• Menor desempenho comparado a uma turbina eólica de eixo horizontal. 
• As torres de sustentação são baixas, diminuindo o aproveitamento de maiores velocidades do 
vento. 
• Dependendo do fabricante a manutenção pode ser difícil e cara, por exemplo no caso onde as 
pás são fabricadas em alumínio, se apresentam problemas estruturais a longo prazo devido a 
esforços por fadiga. Também tem se relatado casos onde o rolamento superior quebra, e em 
ditos casos a troca do acessório pode ser complexa. 
• A modelagem matemática (aerodinâmica) é muito complexa dificultando o desenho. 
 
• Turbinas eólicas sem categoria 
 
 
As turbinas eólicas sem categoria definida são aquelas turbinas que estão fora dos padrões de 
funcionamento de turbinas eólicas de pequenos portes mencionados em outras enlaces. 
 
Dentro das principais inovações deste tipo de turbina, temos os concentradores de vento, os 
quais basicamente colocam ao redor de uma turbina eólica horizontal um túnel, o qual teria 
a função de conduzir mais vento para a turbina eólica. 
 
Outro desenho interessante, são as turbina eólicas "flutuantes", as quais dispensam o uso de 
torres e literalmente voam para atingir regiões com vento mais forte e constante. 
 
A maioria das empresas fornecedoras deste tipo de turbinas promete que os usos de novas 
tecnologias resultam em ganhos, como maior eficiência, maior parametrização, melhor logística, 
baixos níveis de ruído e etc.. Porém, deve-se ter cuidado ao escolher esse tipo de turbina, com a 
realização de uma analises técnica anteriormente. 
 
Outro componente fundamental em uma turbina eólica de pequeno porte é o sistema para 
geração de energia chamado de gerador. Dito gerador na maioriadas turbinas eólicas é do tipo 
assíncrono e de imãs permanentes que em sua maioria são de Neodímio. A vantagem desse 
tipo de geradores é que não precisam de uma excitação externa, ou seja, a própria força 
magnética dos imãs vai gerar o campo magnético necessário para que a partir do movimento 
das hélices se transforme energia eólica em energia elétrica. 
 
A energia elétrica produzida no gerador de imãs permanentes é em corrente alternada e em 
uma frequência e voltagem variáveis. No entanto, essa energia não pode ser usada por nossos 
aparelhos eletrônicos, os quais precisam de uma voltagem e frequência definida. Precisamente 
para transformar a energia produzida no aerogerador em uma fonte utilizável, é que usamos 
os retificadores e os inversores. 
 
A função dos retificadores é transformar a corrente alternada em corrente contínua, e 
posteriormente o inversor vai transformar a corrente contínua em corrente alternada. Por isso, 
essa energia produzida já vai ser entregue em uma voltagem e frequência conhecida, que pode 
ser como exemplo de 60 Hz e 127 V. 
 
O funcionamento da eletrônica de potência ou a conversão de energia anteriormente explicada 
vai depender também do caso de usarmos um sistema do tipo “off-grid” ou “on-grid”. Um 
sistema do tipo off-grid é aquele que fica fora de rede elétrica da concessionária e geralmente 
requer o uso de baterias. Um sistema on-grid é aquele onde a turbina pode entregar energia 
para a rede elétrica. 
 
Menos evidente, mas também indispensável, toda turbina eólica tem um sistema de 
proteção para evitar que a mesma gire a velocidades que possam comprometer a integridade 
estrutural e funcional do aerogerador. Existem sistemas de proteção mecânicos como o furling 
vertical e furling horizontal, os quais têm como base girar a turbina para fora do sentido do 
vento após este alcançar determinada velocidade, diminuindo o vento que incide sobre as pás. 
Também podemos ter sistemas de proteção elétricos, como resistências que são acionadas 
depois de uma determinada voltagem e freiam o eixo das pás. Esses tipos de proteção devem 
ser redundantes e robustos. 
 
Independentemente do tipo de turbina eólica residencial ou rural que usemos, eles dependem 
geralmente de uma torre para se sustentar e aproveitar melhor as faixas de velocidade do vento 
que crescem conforme a altura relativa ao chão. A altura mínima recomendada de torre é de 12 
metros. 
 
Os tipos mais usados de torre são as tubulares com ou sem cabo de aço, principalmente por ser 
de fabricação e instalação simples, porém há alguns casos onde a torre pode ser do tipo treliça. 
 
 
Esquema completo de geração e armazenamento de energia eólica. (Foto: 
evolucaoenergiaeolica.wordpress.com) 
 
 
 
 
 
 
 
Aplicações 
 
Um sistema eólico pode ser utilizado em duas aplicações: 
 
• Sistemas isolados, que armazenam a energia em baterias, normalmente utilizados em 
aplicações residenciais e de menor escala. 
 
• Sistemas integrados à rede, que entregam a energia direto para a rede elétrica, 
normalmente em maior escala e com fins comerciais 
 
Existe também a aplicação off-shore que é um sistema de produção de energia eólica instalado 
no mar, que aproveita os ventos fora da costa e utilizam redes elétricas para transmitir a 
energia para o continente. 
 
 
Bibliografia 
1. https://www.portal-energia.com/energia-eolica/ 
2. http://www.ieee.org.br/wp-content/uploads/2014/05/artigo-do-espaco-do-IEEE-maio-
2014.pdf 
3. http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/geografia/energia-eolica.htm 
4. http://casadosventos.com.br/pt/energia-dos-ventos/energia-eolica 
5. https://www.eolicafacil.com.br/energia-eolica-residencial