energia eolica

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Acadêmico
RA: T253FF-9
ALUNO: Adriano de Lima Carneiro
Turma: EC9Q06
Disciplina: Atividades Práticas Supervisionadas do 1º Semestre (DP)
Professor: Dr. Fábio Papalardo
Sistema Aerogerador de Energia Eólica
Atividade complementar entregue como requisito para aprovação da disciplina de Atividades Práticas Supervisionadas do 1º Semestre.
	
Santana de Parnaíba – SP
2018
SUMÁRIO
1.INTRODUÇÃO ….…….………………………………………………..……….…….3
2.OBJETIVO ……….………………………………………………….…..…………….4
3.METODOLOGIA ….…………………………………………….….……………..…..5
4.DESENVOLVIMENTO TEÓRICO ………………………………...…………..…….5
5.CONCLUSÃO ……………………………………………………..……………........11
6.REFERENCIAS …………………………………………………….…….…….……12
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Imagens dos rotores verticais ………………………………….…….…..7
Figura 2 - Aerogerador de eixo horizontal ……………………………….…..……..8
Figura 3 - Descrição dos componentes internos de um aerogerador ……...…….9
Figura 4 - Descrição de funcionamento do aerogerador ………………………....10
1. INTRODUÇÃO
As formas de produção de energia para atender as necessidades da população são amplas, dentre elas, as energias renováveis oferecem maior qualidade devido a sua capacidade de reabastecimento natural e grande quantidade disponível na natureza. Os recursos naturais usados na transformação energética mais comuns são por meio do sol, vento, chuva, marés e energia geotérmica. Dentre as variadas formas disponíveis, os sistemas de transformação energéticos que serão abordados neste estudo são de energia eólica. 
Energia Solar: A energia solar é transformada em energia elétrica por meio de painéis fotovoltaicos ou centrais heliotérmicas. Além de ser renovável, é uma energia que não emite poluentes e de baixa ou nenhuma agressão ao meio ambiente. Seu custo inicial de investimento é médio para alto, porém os custos de manutenção e operação são baixos. Sua vantagem está na sua capacidade de se integrar na arquitetura, gerando postos de energia descentralizados como residencias particulares, condomínios, micro estações energéticas, locais sem distribuição pública, etc. (Heliotérmica, plataforma online, 2018).
Energia Hidráulica: No geral, a energia é produzida por meio de hidrelétricas. Por meio de turbinas instaladas em rios represados, o sistema gera energia sob forma de energia cinética. O sistema depende primariamente dos ciclos de água. Seu custo de operação é elevado e causa alto impacto ambiental por meio de inundações de biomas do ecossistema. Embora seja uma energia renovável, não necessariamente é considerada limpa considerando os danos causados no processo de construção.
Energia Geotérmica: É obtida usando o calor existente no interior da Terra. Produz poucos resíduos, pouca poluição sonora; baixa emissão de gases do efeito estufa e área utilizada ocupa pequeno espaço. Os locais que podem atuar são muito restritos, e o custo investimento inicial é elevado, assim como o custo de operação.
Energia Eólica: A produção de energia elétrica por meio de energia eólica tem várias vantagens. É uma fonte renovável, não emite gases de efeito estufa, gases poluentes e não gera resíduos na sua operação, o que a torna uma fonte de energia de baixíssimo impacto ambiental.
Os parques eólicos são compatíveis com os outros usos do terreno como a agricultura ou pecuária, já que os atuais aerogeradores têm dezenas de metros de altura.
“O grande potencial eólico no mundo aliado com a possibilidade de gerar energia em larga escala torna esta fonte a grande alternativa para diversificar a matriz energética do planeta e reduzir a dependência ao petróleo. Em 2011 na União Europeia ela já representa 6,3% da matriz energética, e no mundo mais de 3,0% de toda a energia elétrica. […] A previsão é que a participação da fonte de energia eólica na matriz energética brasileira continue crescendo, como vem acontecendo no resto do mundo, apresentando taxas de crescimento médias de potência instalada superiores a 20%.”(ALTERIMA, 2018)
Finalmente, com o desenvolvimento tecnológico temos uma tendência de redução nos custo de produção de energia eólica e um elevado aumento da escala de produção, desta forma, deve se tornar uma das fontes de energia mais baratas.
2. OBJETIVO
Demonstrar, de forma teórica, o funcionamento de um gerador de energia eólica por meio de um projeto explicativo. O projeto deverá produzir energia necessária para 32 LED’s distribuídos.
3. METODOLOGIA
O estudo será desenvolvido por meio de análises documentais, obtendo informações através de livros, estudos acadêmicos e conteúdos de ensino com confiabilidade reconhecida por meios físicos e por busca online.
4. DESENVOLVIMENTO TEÓRICO
A formação dos ventos se deve ao diferencial de pressão e temperatura entre as camadas do ar resultante do aquecimento diferenciado pela radiação solar que incide sobre a Terra. Segundo o meteorologista Mario Festa, “Quando uma massa de ar com alta pressão atmosférica ou baixa temperatura se move em direção a uma região de baixa pressão, geram-se ventos verticais” (ESTRANHO, 2011). No caso dos ventos horizontais, quando a massa de ar sobre uma região se aquece, ela sobe, porém, seu lugar será preenchido pelas massas de ar frio que estão na vizinhança. 
Através do ciclo dos ventos é possível extrair uma grande quantidade de energia cinética que, por questões de demanda, poderão ser convertidas em energia elétrica para a população. A energia é transformada por meio de geradores eólicos que captam a força dos ventos e converte em energia cinética por meio de hélices. A quantidade total de energia explorada pelos ventos, em termos econômicos, é consideravelmente maior que o atual consumo humano de energia a partir de todas as fontes disponíveis (HURLEY, 2009). Por meio de medições reais como fatores de velocidade do vento e espaço de medição, concluiu que possa haver 1700TW de energia eólica a uma altitude de 100 m acima do mar e da terra. Destes, 72 a 170 TW poderiam ser facilmente extraídos e de forma economicamente viável e competitiva. (ANANTHASWAMY, 2012).
	O Brasil já está entre os maiores produtores de energia eólica do mundo. Segundo o levantamento “Energia Eólica no Brasil e Mundo”, do Ministério de Minas e Energia, aponta que o país foi o oitavo colocado no ranking mundial de expansão de potência eólica em 2017. Esta energia no Brasil tem capacidade instalada atual de 12.763 GW distribuídos por 458 parques eólicos, o equivalente a 8,4% da potência energética instalada no país. De toda a produção de energia eólica, 80% são produzidas no nordeste com capacidade de produção equivalente a uma usina de Belo Monte. Segundo dados da ABEE (Associação Brasileira de Energia Eólica), o crescimento da produção desse tipo de energia é imenso. Até 2020, outros 287 parques vão entrar em operação e vão gerar mais 7 gigawatts de eletricidade (G1, 2017). E mais, se somadas todas as usinas geradoras de energia do país, hidrelétrica, termoelétrica, eólica, solar, têm capacidade de produção juntas de 160 gigawatts de energia. Porém, os investimentos que foram aplicados nesses setores, se aplicados em parques eólicos em todos os lugares do Brasil já mapeados, a produção poderia chegar a 500 gigawatts, mais do que o triplo do que produzimos hoje. 
	Os aerogeradores são os principais sistemas mecânicos para a geração da energia eólica. Seu uso é de baixo impacto ambiental: não emite gases tóxicos, não emite partículas suspensas no ambiente, não gera lixo radioativo e não contamina a água. O sistema é baseado em um gerador elétrico semelhante aos aplicados em turbinas hidrelétricas, ele é integrado ao eixo de um cata-vento e que converte energia eólica (cinética) em energia elétrica. No caso de uma turbina eólica, as pás do cata-vento anexadas ao gerador são projetadas para capturar a força dos fluxos de vento. Quando a força do vento é aplicada contra a região das pás, gera uma força acima da inércia de rotação do seu eixo, gera uma força cinética centrífuga e, consequentemente,o gerador transforma esta energia em elétrica. 
	Os principais projetos usados atualmente são os aerogeradores de eixo vertical e as turbinas eólicas de eixo horizontais. Os rotores diferem mediante o seu custo relativo de produção, eficiência, e na velocidade do vento em que têm sua maior eficiência.
Aerogeradores com Rotor de eixo vertical
Os aerogeradores com rotor de eixo vertical, em geral, tem maior custo de investimento em comparação aos rotores de eixo horizontal, pois o gerador não gira seguindo a direção do vento, apenas o rotor gira enquanto o gerador fica fixo. Além disso, o seu desempenho é inferior.
São exemplos, conforme demonstrado na figura 2, de rotores de eixo vertical os rotores do tipo Savonius e os rotores do tipo Darrieus.
Figura 1: Imagens dos rotores verticais. Portal-Energia, 2016.
Aerogeradores com Rotor de eixo horizontal
Os aerogeradores com rotor de eixo horizontal são os mais aplicados no mercado devido a sua maior eficiência, compensando o seu custo mais elevado. Nesta categoria encontram-se os rotores multipás e os de 2 ou 3 pás (Portal-Energia, 2016).
Os rotores constituídos por 3 pás são frequentemente usados para geração de energia elétrica em larga escala. São usadas como fonte de energia renovável por meio de seus impulsos usados apenas pela força de sustentação.
Estes são mais eficiente devido a sua leveza e pela sua menor resistência ao ar. Os níveis de potências dos aerogeradores possuem larga extensão de conversão de energia, de 100 W (comprimento das pás da ordem de 1 metro) até cerca de 8 MW (longitude das pás igual ou acima dos 80 metros).
Figura 2: Aerogerador de eixo horizontal. FONTE: google imagens.
	Quando captada, a energia do vento gera força cinética e, em seguida, é “transformada” em energia elétrica utilizável, conforme indicado na ilustração da figura 3. Atualmente, o aerogerador de rotor de eixo horizontal composto por 3 pás é o mais utilizado no mercado.
Composição geral de um aerogerador de eixo horizontal?
	Resumidamente, um aerogerador é composto pela: torre, o rotor, o gerador e as pás.
Além destes, outros equipamentos são comumente utilizados no sistema como por exemplo os sistemas de medição de vento, sistemas de controle e dispositivos mecânicos que facilitam sua manutenção.
Figura 3: Descrição dos componentes internos de um aerogerador. HowToWorks, 2016.
Principais componentes que compõem um Aerogerador de eixo horizontal
Pás (Blades): captam o vento, convertendo sua potência ao centro do rotor gerando energia cinética rotacional. São fabricados com materiais leves como o plástico e a fibra de vidro. O desenho das pás emprega as mesmas soluções técnicas usadas pela Aeronáutica nos cálculos de engenharia das asas dos aviões.
Rotor: elemento de fixação das pás. Transmite o movimento de rotação para o eixo de movimento lento. Um de seus principais componentes é o sistema hidráulico que permite o movimento das pás em distintas posições para otimizar a força do vento ou parar a turbina por completo (Portal-energia, 2016).
Torre: elemento estrutural de sustentação do rotor e a Nacelle atendendo os requisitos de altura para seu correto funcionamento. Boa parte das torres fabricadas são feitas do aço, mas atualmente esta sendo utilizado outros elementos em sua constituição.
Nacelle: compartimento instalado no alto da torre composto por caixa multiplicadora, chassis, sistema de YAW, sistema de controlo e comando eletrônico e sistema hidráulico. É o componente com maior peso do sistema. Dependendo do fabricante do aerogerador, pode ultrapassar as 72 toneladas;
Gearbox (caixa multiplicadora): tem a função de transformar as rotações que as pás transmitem ao eixo de baixa velocidade (19 a 30 rpm), de modo que entregue ao eixo de alta velocidade as rotações que o gerador precisa para funcionar (1.500 rpm);
Gerador: converte a energia mecânica do eixo em energia elétrica;
Anemómetro: mede a intensidade, a velocidade e a direção do vento. Esses dados são lidos pelo sistema de controle, que garante o posicionamento mais adequado para a turbina.
Catavento: mede a direção do vendo, é responsável por transmitir ao sistema de controlo a posição instantânea o vento, permitindo ao aerogerador manter-se orientado ao vento de forma a otimizar a energia cinética do vento, aumentando a potência produzida.
Como funciona um aerogerador?
“As pás giram com a força do vento, fazendo girar o rotor que por sua vez transmite a rotação multiplicada pela caixa multiplicadora ao gerador, o gerador converte normalmente em conjunto com um conversor de potência a energia mecânica recebida em energia elétrica.”(portal-energia, 2016)
Figura 4: Descrição de funcionamento do aerogerador. Portal-Energia, 2016.
A energia elétrica produzida é injetada na rede elétrica do parque eólico e posteriormente na rede elétrica global.
Dentre seus benefícios, o sistema energético também possui suas desvantagens, dentre elas sua intermitência devido aos ciclos de vento. A energia eólica depende da ocorrência de vento em densidade e velocidade ideais, e esses parâmetros sofrem variações anuais e sazonais. Segundo ecycle (2018), para a energia eólica ser considerada aproveitável, o parque eólico deve ser implantado em um local em que a densidade da massa de ar seja maior ou igual a 500 watts por metro quadrado (W/m²) a uma altura de 50 metros, e a velocidade do vento seja de sete a oito metros por segundo (m/s). 
Entretanto, a construção dos parques eólicos não podem atender apenas os quesitos técnicos com relação a sua potencia de uso e demanda. O procedimento deve estar em conformidade com os Estudos de Impacto Ambiental (EIA) e do Relatório de Impacto Ambiental (RIMA), que servem para definir a localização ideal dos parques, de modo a não criar também problemas socioambientais como interferências em radares meteorológicos, ruídos excessivos, agressão a animais voadores e, em casos de produção em massa, poluição visual. Neste caso, Uma das alternativa aos impactos da poluição sonora e visual é a instalação de parques eólicos off-shore, ou seja, no mar.
	
5. CONCLUSÃO
A energia eólica é uma ótima alternativa para diversificar a matriz elétrica do país e assim aumentar a segurança neste setor. Frente ao aumento da demanda por eletricidade, com o tempo o país irá se manter no caminho das tecnologias limpas e, aos poucos, abandonar quaisquer meios de energias não renováveis que provocam impactos socioambientais ainda mais agressivos.
6. REFERENCIAS:
Plataforma Online de Energia Heliotérmica. Sol: fonte de energia. Encontrado em: http://energiaheliotermica.gov.br/pt-br/energia-heliotermica/o-sol-fonte-de-energia Consultado em: 09 de junho de 2018.
ALTERIMA, geradores. Turbina Eólica – Vento. Encontrado em: http://www.alterima.com.br/index.asp?InCdSecao=27 consultado em: 09 de junho de 2018
Hurley, Brian. How Much Wind Energy is there? Claverton Group. 2009 encontrado em: www.claverton-energy.com/how-much-wind-energy-is-there-brian-hurley-wind-site-evaluation-ltd.html Consultado em 10 de junho de 2018
Ananthaswamy, Anil and Le Page, Michael (30 de janeiro de 2012). Power paradox: Clean might not be green forever. New Scientis. Encontrado em: https://www.newscientist.com/article/mg21328491.700-power-paradox-clean-might-not-be-green-forever/?full=true&print=true consultado em: 09 de julho de 2018.
G1, Nordeste puxa produção de energia eólica no Brasil, 2017. Encontrado em: http://g1.globo.com/jornal-nacional/noticia/2017/07/nordeste-puxa-producao-de-energia-eolica-no-brasil-que-bate-recordes.html consultado em: 10 de Julho de 2018.
Portal-Energia, como funciona um gerador, 2016. Encontrado em: https://www.portal-energia.com/funcionamento-de-um-aerogerador/ consultado em: 11 de julho de 2018
Ecycle, o que é energia eólica, 2018. Encontrado em: https://www.ecycle.com.br/2899-energia-eolica consultado em: 11 de julho de 2018
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