TURBINAS EÓLICAS PARA PRODUÇÃO DE ENERGIA

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INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
CAMPUS ARACRUZ
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
Bruna Brena Besson
TURBINAS EÓLICAS PARA PRODUÇÃO DE ENERGIA
ARACRUZ-ES
2018
Bruna Brena Besson
TURBINAS EÓLICAS PARA PRODUÇÃO DE ENERGIA
Artigo apresentada à turma de segundo período do Curso de Engenharia Mecânica do Instituto Federal do Espírito Santo, Campus Aracruz, como requisito parcial para a obtenção de nota.
Orientador: MSc. Antonio Ricardo Grippa Satiro.
ARACRUZ-ES
2018
RESUMO
Este artigo foi elaborado por alunos do segundo período de Engenharia Mecânica para ser avaliado na disciplina de Metodologia Cientifica, tendo como objetivo abranger os conhecimentos da turma com relação as energias renováveis. Esse trabalho em especifico abordara a energia eólica, retratando o que ela é, quais são os componentes dos sistemas eólicos e como funcionam, o que os diferenciam e onde podem ser aplicados, destacando as regiões mais indicadas para o uso desse tipo de energia e por fim distinguir as vantagens e as desvantagens do uso desse tipo de energia renovável. 
Palavras-chave: Energia renovável. Vento. Turbina eólica.
ABSTRACT
This article was elaborated by students of the second period of Mechanical Engineering to be evaluated in the discipline of Scientific Methodology, aiming to cover the knowledge of the group about renewable energies. This specific work will address wind energy, portraying what it is, what are the components of wind systems and how they work, what differentiates them and where they can be applied, highlighting the regions most suitable for the use of this type of energy and to distinguish the advantages and disadvantages of using this type of renewable energy.
Keywords: Renewable energy. Wind. Wind turbine.
SUMÁRIO 
Sumário	5
1 INTRODUÇÃO/CONSIDERAÇÕES INICIAIS	6
2 DESENVOLVIMENTO	6
2.1 COMPONENTES DO SISTEMA EÓLICO	6
2.1.1 Rotor	6
2.1.2 Geradores	6
2.1.3 Torre	7
2.2 APLICAÇÃO DOS SISTEMAS EÓLICOS	7
2.2.1 Sistemas isolados	8
2.2.2 Sistemas Off-Shore	8
2.2.3 Sistemas Interligados à Rede	8
2.2.4 Sistemas Híbridos	8
2.3 REGIÕES DO BRASIL ONDE SÃO APLICADOS	8
2.3.1 Áreas do brasil com um maior potencial	8
2.3.2 Potencial de cada região do Brasil	9
2.3.3 Turbina na Ilha de Fernando de Noronha	9
2.3.4 Parque Eòlico Experimental de Morro do Camelinho - MG	9
2.3.5 Parque Eólico de Mucuripe - CE	10
2.3.6 Energia eólica na rede privada	10
2.4 TIPOS DE TURBINAS EÓLICAS	11
2.4.1 Turbina Eólica de Eixo Horizontal	11
2.4.2 Turbinas downwind	11
2.4.3 Turbinas upwind	12
2.4.4 Turbina Eólica de Eixo Vertical	12
2.4.5 Rotor de Savonius	13
2.4.6 Rotor de Darrieus	14
4.2.7 Variação das turbinas quanto ao número de hélices	14
2.5.VANTAGENS E DESVANTAGENS	15
2.5.1 Vantagens da energia eólica	15
2.5.2 Desvantagens da energia eólica	15
2.6 RESULTADOS E DISCUSSÕES	16
3 ASPECTOS CONCLUSIVOS/CONCLUSÃO/CONSIDERAÇÕES FINAIS	16
4 REFERÊNCIAS	17
1 INTRODUÇÃO/CONSIDERAÇÕES INICIAIS
Baseando-se no crescimento em grande escala da população, temos que buscar explorar e utilizar de forma intensiva as fontes renováveis de energia, procurando a redução de custos, máxima produção e saber sobre os efeitos de seu uso no meio ambiente.
Considerando tais fontes de energia, a energia eólica a cada dia que se passa apresenta um crescimento considerável em seu desenvolvimento, tal desenvolvimento deve-se ao crescimento histórico desta tecnologia iniciada com os moinhos de vento até chegarem nas modernas turbinas eólicas adotadas atualmente.
Esse artigo tem por objetivos explanar sobre o que é a energia eólica, de que são compostos os sistemas eólicos, qual o princípio de seu funcionamento, o que diferencia as turbinas eólicas dividindo-as em diferentes tipos alterando as suas aplicações, as regiões do Brasil que são mais propícias para usar esse tipo de energia e também abordará algumas vantagens e desvantagens comparando a outros tipos de energias renováveis ou não. Analisando que cada tipo de fonte tem suas vantagens e suas desvantagens, o que propicia a sua utilização em diferentes estágios do processo assim como a escolha do local a ser usado. 
2 DESENVOLVIMENTO 
2.1 COMPONENTES DO SISTEMA EÓLICO 
Os sistemas eólicos são capazes de gerar energia elétrica através do vento, e esse sistema é dividido basicamente em três partes: rotor, geradores e torre.
2.1.1 Rotor
São responsáveis por transformar a energia cinética do vento já capturado em energia mecânica de rotação.
 2.1.2 Geradores
Tem a função de receber a energia mecânica de rotação gerada no rotor e converter para energia elétrica. Podem ter um ou mais geradores eólicos de acordo com a energia necessária.
2.1.3 Torre
É o componente onde o aerogerador é posicionado em altura suficiente para captar a energia necessária gerada pelo vento. Elas podem ser treliçada ou tubular.
Figura 1 Imagem adaptada dos componentes do sistema eólico
Fonte 1: https://www.google.com.br/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwjU9rOL-L_eAhXJH5AKHbgDDlcQjRx6BAgBEAU&url=http%3A%2F%2Fwww.scielo.br%2Fscielo.php%3Fscript%3Dsci_arttext%26pid%3DS1806-11172014000400007&psig=AOvVaw3vnauE__Yy-LRy-JPmjZOf&ust
2.2 APLICAÇÃO DOS SISTEMAS EÓLICOS
Um sistema eólico tem a possibilidade de ser utilizado em três aplicações distintas: sistemas isolados, sistemas híbridos e sistemas interligados à rede.
2.2.1 Sistemas isolados
Geralmente utilizam alguma forma de armazenamento de energia. Armazenamento geralmente feito através de baterias, com o objetivo de utilizar aparelhos elétricos, ou na forma de energia gravitacional, com a finalidade de armazenar a água bombeada em reservatórios para depois utilizá-la.
2.2.2 Sistemas Off-Shore
As instalações off-shore representa a nova fronteira da utilização da energia eólica.A indústria eólica tem investido no desenvolvimento tecnológico da adaptação das turbinas eólicas convencionais para uso no mar.
2.2.3 Sistemas Interligados à Rede
Sistemas que não é necessário o armazenamento de energia pois a ligação e ligada diretamente na rede elétrica.
2.2.4 Sistemas Híbridos
Apresentam várias formas de geração de energia como, turbinas eólicas, geração de diesel, módulos fotovoltaicos, entre outras. Aumentando a complexidade do sistema.
2.3 REGIÕES DO BRASIL ONDE SÃO APLICADOS
Na década de 90, no brasil foi firmado um acordo onde iria instalar fontes de energias renováveis em algumas regiões onde tinha muita carência de energia elétrica, as principais regiões era o Norte e o Nordeste, onde a carência era maior. 
2.3.1 Áreas do brasil com um maior potencial
Litoral nordestino ( até 100 W.m-2);
Interior nordestino ( até 100 W.m-2);
Litoral da região sul (60 - 70 W.m-2);
Litoral do Espírito Santo e Bahia (60 - 70 W.m-2).
2.3.2 Potencial de cada região do Brasil 
Nordeste = 75 GW;
Sudeste = 29.7 GW;
Sul = 22.8 GW;
Centro-Oeste = 3.1 GW;
Norte = 12.8 GW;
BRASIL = 143.5 GW.
2.3.3 Turbina na Ilha de Fernando de Noronha 
Na ilha de Fernando de Noronha foi instalada a primeira turbina eólica comercial de grande porte da América Latina, no ano de 1992. Onde no período de 1992-1995, a turbina foi capaz de produzir 152.926kWh.
Este equipamento tinha as seguintes características:
 • Passo fixo;
 • 3 pás, com 17m de diâmetro;
 • Torre, com 27m de diâmetro;
 • Tensão nominal: 3 - 380 v rms/60Hz;
 • Potência nominal: 90kVA/75kW (FP=0.93);
 • Transformador de acoplamiento de rede: 90 kVA/380/13800V rms;
 • Velocidade do vento /nominal: 12 m/s;
 • Velocidade do vento /partida: 3.5 m/s.
2.3.4 Parque Eòlico Experimental de Morro do Camelinho - MG
O governo alemão em parceria com a companhia elétrica de Minas Gerais (CEMIG), instalaram em 1994, o parque eólico de Morro do Camelinho de 1MW, onde o governo alemão custeou 70% dos custos.
O parque apresenta as seguintes características:• 4 turbinas eólicas, de 250 kW cada;
 • 3 pás, com diâmetro do rotor de 26 m;
 • Torre tubular cônica, de 30 m de altura;
 • Gerador assíncrono de polos chaveados
 • Potência: 80/250 kW;
 • Rotação: 900/1200 rpm;
 • Tensão 3 - 380 V rms/60 Hz;
 • Velocidade do vento /nominal: 14 m/s;
 • Velocidade do vento /partida: 3 m/s.
2.3.5 Parque Eólico de Mucuripe - CE
Inaugurado em 1996, o parque eólico de mucuripe possui uma potência máxima de 1.2 MW.
Esse projeto foi realizado graças a parceria das empresas Companhia Energética do Ceará (COELCE), Companhia Hidrelétrica de São Francisco (CHESF) e o governo alemão, pelo programa Eldorado.
Onde se encontra as seguintes características no projeto;
 • 4 turbinas eólicas, de 300 kW cada;
 • 3 pás, com um diâmetro do rolo de 33 m;
 • Torre cônica, de 40 m de altura;
 • Gerador assíncrono de polos chaveados (6/4 polos);
 • Tensão 400 V rms/60 Hz;
 • Potência nominal: 100 kW no 1° estágio de 300 kW no 2° (FP=0.92)
 • Velocidade do vento /nominal: 14 m/s;
 • Velocidade do vento /partida: 3 m/s.
Esse projeto sofreu muitos danos devido a maresia, essa maresia fazia com que ocorresse muita corrosão que desgastam o material, fazendo com que ocorresse vazamentos de óleos, dentre outros defeitos.
2.3.6 Energia eólica na rede privada
Em 1999 surgem os primeiros projetos de energia elétrica na rede privada onde seus principais programas foram:
 • Parque Eólico de Taiba e Prainha - CE, onde foi instalado em abril de 1999;
 • Parque Eólico de Palmas - Paraná , primeiro Parque Eólico do sul do Brasil instalado em 1999;
 2.4 TIPOS DE TURBINAS EÓLICAS
Os rotores das turbinas eólicas podem ser dispostos de duas formas, horizontal e vertical, tendo diferente aproveitamento da corrente de vento.
2.4.1 Turbina Eólica de Eixo Horizontal 
As turbinas eólicas com eixo horizontal, HAWT’s Horizontal Axis Wind Turbines em inglês, são as mais vistas em parques eólicos ao redor do mundo. Estas por si podem ser dispostas de diferentes números de pás. Podendo possuir uma, duas, três ou múltiplas pás, sendo as com três mais utilizadas. Além de serem subdivididas em dois mecanismos de funcionamento, Turbinas downwind e Turbinas upwind.
Figura 2 Turbina eólica de eixo horizontal
Fonte 2: https://www.google.com.br/imgres?imgurl=https%3A%2F%2Fevolucaoenergiaeolica.files.wordpress.com%2F2012%2F06%2Fenergia-eolica-51.jpg&imgrefurl=https%3A%2F%2Fevolucaoenergiaeolica.wordpress.com%2Faerogerador-de-eixo-horizontal%2Fcusto-comparativo%2F&docid=
2.4.2 Turbinas downwind
Neste tipo de funcionamento o vento incide por trás da turbina girando a mesma e dando início ao funcionamento do sistema. Quando se trabalha em pequenas escalas de rotores estas são bem-vindas em parques eólicos por possuírem a vantagem de não necessitar um mecanismo de direcionamento da turbina em relação ao vento. Porém ao se trabalhar com turbinas maiores, estas já não são tão bem vistas, uma vez que produzem muitos ruídos e grande turbulência ao seu redor.
2.4.3 Turbinas upwind
Ao contrário das turbinas com funcionamento downwind, as turbinas upwind trabalham com incidência do vento frontal para rotação da hélice. Neste mecanismo os ruídos gerados pela rotação das pás são diminuídos a uma frequência aceitável, porém o sistema passa a necessitar de um mecanismo de orientação da direção do vento para funcionamento adequado.
Figura 3 turbinas upwind e downwind
Fonte 3: https://www.google.com.br/imgres?imgurl=https%3A%2F%2Fstatic.wixstatic.com%2Fmedia%2F239ae7_64fb774cd8be4556b35c72bae32ce913~mv2.png&imgrefurl=https%3A%2F%2Fprojetoeel2017.wixsite.com%2Faeolus%2Fsingle-post%2F2017%2F05%2F01%2FTipos-de-Turbinas-E%25C3%25
2.4.4 Turbina Eólica de Eixo Vertical
Ao contrário das turbinas com eixo horizontal, nas de eixo vertical o vento chega formando um ângulo de 90 graus com as hélices, acarretando em menor produção de ruídos, porém menor rendimento para produção de energia. Fazendo com que essa disposição vertical das hélices seja muito utilizada em residências nos grandes centros urbanos. 
Existem dois principais tipos de rotores verticais, sendo estes os rotores Savonius e Darrieus.
Figura 4 Turbina eólica de eixo vertical
Fonte 4: https://www.google.com.br/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwjsgdCwx77eAhVJOZAKHd6yDskQjRx6BAgBEAU&url=https%3A%2F%2Fportuguese.alibaba.com%2Fproduct-detail%2F1kw-vertical-axis-wind-turbine-kit-without-danger-to-birds-1721863252.html&
2.4.5 Rotor de Savonius
O Rotor de Savonius trabalha com diferente intensidade do vento em cada hélice, tendo uma mais força do vento acarretando na rotação da turbina para geração de energia. Sendo movido principalmente pela força de arrasto do ar. Sua maior eficiência se dá em ventos fracos.
Figura 5 Rotor de Savonius
Fonte 5: https://www.google.com.br/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwjw1dXYx77eAhWIIJAKHYweCN4QjRx6BAgBEAU&url=https%3A%2F%2Fen.wikipedia.org%2Fwiki%2FSavonius_wind_turbine&psig=AOvVaw3VNseCIhd4BbDPUtbs2rOr&ust=1541552219153440
2.4.6 Rotor de Darrieus
O Rotor de Darrieus baseia-se no princípio da variação da energia do vento em cada hélice assim como as de rotores Savonius diferenciando-se na angulação das pás acarretando em maior eficiência na geração de energia.
Figura 6 Rotor de Savonius
Fonte 6: https://www.google.com.br/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwj_3t2ByL7eAhVFGZAKHc9jCgAQjRx6BAgBEAQ&url=https%3A%2F%2Fwww.epj-conferences.org%2Farticles%2Fepjconf%2Fpdf%2F2015%2F11%2Fepjconf_efm2014_02058.pdf&psig=AOvVaw33LFzOtJew_utQ1O
4.2.7 Variação das turbinas quanto ao número de hélices
Independentemente da disposição vertical ou horizontal da turbina, o número de hélices pode varias de uma, duas, três ou múltiplas hélices. As turbinas eólicas cujo tem uma ou duas hélices são as que emitem mais ruídos e possuem menor custo de fabricação, porém em grandes rajadas de vento sofrem com a má distribuição de peso do sistema forçando muito o rotor. As turbinas com três hélices são as mais comuns por sua eficiência, com melhor distribuição de peso e aproveitamento do vento. Já os moinhos, que possuem múltiplas hélices são mais adequados para ventos de baixa velocidade e serem instalados em residências por não serem tão eficientes. Variação do número de hélices indicado na figura abaixo.
Figura 7 Variação quanto ao número de hélices
Fonte 7: https://www.google.com.br/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwjaqKKfyL7eAhVIgJAKHW3-BqQQjRx6BAgBEAQ&url=https%3A%2F%2Fwww.maxwell.vrac.puc-rio.br%2F19308%2F19308_3.PDF&psig=AOvVaw1yNIzK4uTqEz2N3TQvulsB&ust=1541552368852417
2.5.VANTAGENS E DESVANTAGENS
2.5.1 Vantagens da energia eólica
 • É uma alternativa limpa para o carvão e o gás. Turbinas de vento não produzem resíduos e, depois de serem construídas, não geram gases do efeito estufa.
 • O vento é renovável; pode ser usado indefinidamente e nunca vai acabar, ao contrário das maiores fontes de energia atuais: petróleo, gás e carvão.
 • Parques eólicos não precisam de combustível. Depois de as turbinas serem construídas, o vento é de graça.
 • A área ao redor ainda pode ser cultivada.
 • Turbinas de vento são uma boa forma de fornecer eletricidade a áreas remotas.
 • A energia eólica fica cada vez mais barata.
2.5.2 Desvantagens da energia eólica
 • O vento é imprevisível; em alguns dias não há vento e em outros venta demais.
 • Áreas adequadas para parques eólicos geralmente estão perto da costa, onde os terrenos são caros.
 • Algumas pessoas acham que turbinas de ventos são feias e estragam a paisagem do interior.
 • As turbinas as vezes podem matar pássaros.
 • As turbinas afetam os sistemas de radar e o sinal da televisão de quem mora perto.
 • As turbinas podem ser barulhentas. Geradores a vento mais velhos podem fazer um barulho baixo e constante, noite e dia, deixando as pessoas incomodadas. No entanto, as turbinas modernas costumam ser muito mais silenciosas.2.6 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Após a análise conjunta do grupo de pesquisa foi constatado que a energia eólica é uma fonte promissora de energia limpa para o futuro, visto que ele é considerada uma energia limpa e renovável, já que depende única e exclusivamente do vento. Porém foi constatado também que não é aproveitado todo seu potencial por ser uma fonte nova de energia e não possuir uma tecnologia suficiente para aproveitamento máximo da energia cinética proveniente das massas de ar. 
3 ASPECTOS CONCLUSIVOS/CONCLUSÃO/CONSIDERAÇÕES FINAIS
Apesar da dificuldade para achar artigos relacionados ao tema proposto e a linguagem de difícil entendimento, o grupo conseguiu alcançar o objetivo de fazer um trabalho com as normas especificadas pelo professor da matéria de metodologia científica e aprender um pouco mais sobre a energia eólica, seus funcionamento, vantagens e desvantagens além de aprender mais sobre a confecção de artigos científicos. Sendo de grande valor para os integrantes do grupo para uma possível pesquisa científica posterior.
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4 REFERÊNCIAS
TERCIOTE, Ricardo. A energia eólica e o meio ambiente: An. 4. Enc. Energ. Meio Rural. 2002. Disponível em: <http://www.proceedings.scielo.br/scielo.php?pid=MSC0000000022002000100002&script=sci_arttext&tlng=pt>. Acesso em: 05 nov. 201
MARQUES, Jeferson. Turbinas eólicas: modelos, análise e controle do gerador de indução com dupla alimentação.2004. Disponível em: <https://repositorio.ufsm.br/bitstream/handle/1/8442/JEFERSON%20MARQUES.pdf>. Acesso em: 05 nov. 2018.
GROUP, Taylor And Francis (Org.). Wind Turbine Technology. Disponível em: <file:///C:/Users/Brendo/Downloads/%255bA._R._Jha__Ph.D.%255d_Wind_Turbine_Technology.pdf>. Acesso em: 05 nov. 2018.
SILVA, Ennio Peres da. Fontes Renováveis de Energia: Produção de energia para um desenvolvimento sustentável. São Paulo: Lf, 2014. 356 p.
AMARANTE, Odilon A.camargo do et al. Atlas do potencial eolico brasileiro. Brasilia: Ministerio de Minas e Energiaeletrobras; 2001, 2001. 45 p.
CASTRO, Rui M.g.. Energias Renováveis e Produção Descentralizada: INTRODUÇÃO À ENERGIA EÓLICA. 2009. Disponível em: <http://ead2.ctgas.com.br/a_rquivos/Pos_Tecnico/Especializacao_Energia_Eolica/Medicao_Anemometrica/Material%20de%20Consulta/Livros/Introdu%C3%A7%C3%A3o%20a%20Energia%20E%C3%B3lica.pdf>. Acesso em: 05 nov. 2018