Lista de Exercícios 2 Fundamentos de Energia Eólica

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Curso Tecnólogo em Energias Renováveis 
Disciplina: Fundamentos de Energia Eólica 
Lista de Exercícios 2 
Prof. Alexandro V. Rocha 
 
01. Considere o ar passando através de um anel circular formando uma área de 150m2, a 
uma velocidade de 12m/s. Qual o volume de ar por segundo que passa através do 
anel circular? Se a massa específica do ar é aproximadamente 1,20kg/m3, qual é a 
massa desse volume de ar? Quanto de potência possui um fluxo de ar que incide em 
uma área de 150m2 a uma velocidade de 13m/s? 
 
02. Baseado apenas em dados de velocidade média, calcule a estimativa da produção 
anual de energia de uma turbina de eixo horizontal com 12m de diâmetro operando 
em um regime de vento com uma velocidade média de 8m/s. Assuma que a turbina 
eólica está operando em condições atmosféricas padrão (massa específica do ar = 
1,225kg/m3). Assuma a eficiência da turbina de 0,4: 
 
03. Uma turbina eólica de potência nominal igual a 600kW possui uma velocidade de 
entrada (cut-in) de 5m/s, velocidade nominal de 20m/s e velocidade de corte de 22m/s. 
Sua potência de saída em função da velocidade do vento na altura do cubo (rotor) é 
apresentada na tabela abaixo. A altura do cubo é igual a 45m. 
Velocidade (m/s) 0 2 4 6 8 10 
Potência (kW) 0 0 0 180 120 360 
Velocidade (m/s) 12 14 16 18 20 22 
Potência (kW) 500 550 580 590 600 0 
 
 Calcule a energia anual e o fator de capacidade para: 
a. Um sítio com ventos fortes onde o vento sopra com uma distribuição de Rayleigh com 
velocidade média de 8,2m/s medidos a 10m do solo. 
b. Um sítio potencialmente atrativo onde a velocidade média a 10m do solo é de 6m/s. A 
distribuição também é a de Rayleigh. 
c. Discuta e compare os resultados. Escolha o tipo de terreno. 
 
04. Considere a instalação de uma planta eólica de 75MW em uma localidade que 
apresente o seguinte regime de vento: 
 
Dados de vento medidos na altura do cubo do aerogerador 
Vmed = 8m/s 
σ = 1,98m/s 
k = 4 
 
 
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Informações adicionais: 
• A distribuição dos ventos se dá de acordo com a função densidade de 
probabilidade de Weibull 
• Altura de instalação das turbinas = 80m 
• Um fator de disponibilidade da central de 98% 
• Um fator de perda da central de 5% 
 
Calcule a produção anual de energia e o fator de capacidade dessa planta usando a 
turbina com a curva de potência representada na tabela abaixo. 
 
Velocidade do vento na 
altura do cubo (m/s) 
Potência 
(kW) 
1 0,0 
2 0,0 
3 0,0 
4 3,1 
5 72,8 
6 191 
7 347 
8 538 
9 705 
10 1.004 
11 1.181 
12 1.362 
13 1.427 
14 1.470 
15 1.500 
16 1.500 
17 1.500 
 
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18 1.500 
19 1.500 
20 1.500 
21 1.500 
22 1.500 
23 1.500 
24 1.500 
25 1.500 
 
05. Deseja-se instalar 10MW em turbinas eólicas utilizando o modelo de turbina mostrado 
na figura abaixo. Considerando que a planta será instalada em uma determinada 
região que apresenta um fator de capacidade anual de 40%, calcule: 
a. Energia anual gerada pela planta. 
b. Qual a velocidade do vento (m/s) nos itens abaixo? 
• Ventrada da turbina 
• Vnominal do projeto 
• Vcorte da turbina 
c. Rendimento da turbina 
• η médio 
• η velocidade nominal 
• η velocidade de corte 
d. Coeficiente de potencia da turbina (Cp) 
• Cp na velocidade nominal de projeto 
• Cp na velocidade de 10m/s 
• Explique com base no princípio de funcionamento da turbina, a diferença entre 
os valores de dois Cp’s 
Dados: η gerador = 90%; η engrenagens = 90%; ρ do ar = 1,2kg/m3 
Diâmetro da turbina = 40m e altura do cubo = 44m. 
 
 
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Figura: Curva de Potência do Aerogerador 
 
Velocidade [m/s] Potência [kW] 
1 0,0 
2 0,0 
3 4,0 
4 20,0 
5 50,0 
6 96,0 
7 156,0 
8 238,0 
9 340,0 
10 466,0 
11 600,0 
12 710,0 
0,0
100,0
200,0
300,0
400,0
500,0
600,0
700,0
800,0
900,0
1000,0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Curva de Potência
 
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13 790,0 
14 850,0 
15 880,0 
16 905,0 
17 910,0 
18 910,0 
19 910,0 
20 910,0 
21 910,0 
22 910,0 
23 910,0 
24 910,0