Projecto de criasao de central eolica

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Introdução
Em Moçambique tem-se verificado um crescimento no que concerne a pesquisa e exploração de fontes renováveis para a produção de energia eléctrica, essas fontes podem ser hídricas, geológicas, biológicas, eólicas ou outras com tudo. O presente projecto tem como tema˸ Central Eólica onde foi seleccionado o vento como fonte para a produção de energia, onde será projectada uma central eléctrica cujo funcionamento se baseia na transformação da energia cinética, obtida através do potencial do vento para impulsionar as pás da turbina para que possa rodar o eixo do gerador e assim se produzir a tensão em seus terminais.
O projecto em referência pretende produzir uma tensão nominal de 15-20V, tal tensão será usada para alimentar as torres de iluminação de um parque de estacionamento, e será também projectada uma Central Química com capacidade de produzir 5V que será usada para alimentação do Motor de uma cancela do parque de estacionamento. 
1.1. OBJETIVOS
Objectivo geral	
Criação de uma central eólica para gerar energia eléctrica partir da energia cinética do vento promovendo a conservação do ambiente uso de energia limpa e renovável. 
Objectivos específicos
Apresentar a energia eólica como uma alternativa de baixo custo e com grandes vantagens e autónoma (relevando gastos com instalação, componentes e manutenção);
Mostrar aspectos ligados ao dimensionamento da central eólica e sua distribuição;
Montagem de um protótipo como esquema para simular a actuação do aerogerador.
Projecto de criação de central Eólica
Aspectos gerais
A eletricidade é um fluxo constante de elétrons ou partículas eletricamente carregadas por meio de uma substância.
Transformador é responsável pelo acoplamento eléctrico entre o aerogerador e a rede eléctrica.
Em alguns condutores, como o cobre, os próprios elétrons são capazes de fluir pela substância, carregando a corrente. Em outros condutores, como a água salgada, a corrente é trasportada por moléculas chamadas de íons.
Energia eólica é a transformação da energia do vento em energia útil, tal como na utilização de aerogeradores para produzir eletricidade, moinhos de vento para produzir energia mecânica ou velas para impulsionar veleiros. 
Os parques eólicos são conjuntos de centenas de aerogeradores individuais ligados a uma rede de transmissão de energia elétrica. Os parques eólicos de pequena dimensão são usados na produção de energia em áreas isoladas.
A produção de energia elétrica através de energia eólica tem várias vantagens das quais podemos ressaltar as principais. É uma fonte renovável, não emite gases de efeito estufa, gases poluentes e nem gera resíduos na sua operação, o que a torna uma fonte de energia de baixíssimo impacto ambiental.
Princípio De Funcionamento De uma Central Eólica
Quando o ar se move rapidamente, na forma de vento, essas partículas também se movem rapidamente. No caso de uma turbina eólica, as pás da turbina são projectadas para capturar a energia cinética contida no vento. Quando as pás da turbina capturam a energia do vento e começam a se mover, elas giram um eixo que une o cubo do rotor a um gerador. O gerador transforma essa energia rotacional em electricidade. Para gerar a electricidade a partir do vento é só uma questão de transferir energia de um meio para outro. Toda a energia eólica começa com o sol. Quando o sol aquece numa determinada área de terra, o ar ao redor dessa massa de terra absorve parte desse calor. A certa temperatura, esse ar mais quente começa a se elevar muito rapidamente, pois um determinado volume de ar quente é mais leve do que um volume igual de ar mais frio. As partículas de ar que se movem mais rápido (mais quentes) exercem uma pressão maior do que as partículas que se movem mais devagar, de modo que são necessárias menos delas para manter a pressão normal do ar em uma determinada elevação. Quando este ar quente mais leve se eleva subitamente, o ar mais frio flui rapidamente para preencher o espaço vazio deixado. Este ar que velozmente preenche o espaço vazio é o vento.
Em alguns casos, entretanto, em uma área de menor velocidade do vento, um rotor de menor diâmetro pode acabar produzindo mais energia do que um rotor maior. Isso ocorre porque uma estrutura menor consome menos energia do vento para girar o gerador menor, de modo que a turbina pode operar a plena capacidade quase o tempo todo. A altura da torre também é um factor importante na capacidade de produção.
Quanto mais alta estiver a turbina, mais energia ela pode capturar, visto que a velocidade do vento aumenta com a altura pós o atrito com o solo e os objectos ao nível do solo interrompem o fluxo do vento. Quando capturada a energia ela é transportada para os transformadores, através dos condutores são direccionadas aos consumidores.
Naquilo que é o nosso trabalho, nos iremos acoplar ao eixo de um dínamo de 24V, uma hélice e através de um secador iremos soprar a hélice para poder girar a mesma, sub pressão do ar.
Aerogerador
Ilustração 1:Aero Gerador
2.2.1.1. Componentes de uma Central Eólica 
1. O cubo forma a interface entre o rotor e o trem de força. Nele são fixados os rolamentos das gigantescas pás do rotor. Funcionalmente está associado ao trem de força. 
2. As pás são perfis aerodinâmicos geralmente feitos com um material leve e resistente (resina epóxi ou poliéster reforçado com fibra de vidro e/ou carbono). 
3. Sistema Hidráulico é um circuito que compreende um conjunto interconectado de componentes discretos que transportam fluidos.
4. Sistema de posicionamento da nacele compreende componentes que permite a fixação assegurada da nacele na estrutura do aero gerador
5. Engrenagem de posissionamento permite O posicionamento dos eixos compriende uma geometria na sua construção. Para a montagem dos eixos em paralelo que vai dar margem às engrenagens cilíndricas.
6. Caixa Multiplicadora: tem a função de transformar as rotações do eixo de baixa velocidade para ao eixo de alta velocidade as rotações que o gerador precisa para funcionar.
7. Disco de  freio é uma disco de conversão de energia cinética em calor por meio da fricção permite redução de velocidade.
8. Acoplamento do gerador eléctrico é um conjunto mecânico empregado na transmissão de rotação através da união de dois eixos. Tem como finalidade proteger os equipamentos acoplados através da absorção de vibrações, choques, desalinhamentos radiais, axiais e angulares.
9. Geradores eléctricos são máquinas eléctricas rotativas que convertem a energia mecânica em energia eléctrica.
10. O Sensor de Vibração é um componente electrónico de tamanho reduzido utilizado para detectar vibrações em motores eléctricos de grande potência, para a preservação dos rolamentos de turbinas. 
11. Anemómetro: mede a intensidade, a velocidade e a direcção do vento. Esses dados são lidos pelo sistema de controlo, que garante o posicionamento mais adequado para a turbina.
12. Sensor de direcção é um item meteorológico posicionado do lado do anemómetro, cuja finalidade é medir a direcção instantânea do vento incidente. Dessa maneira, é accionado um motor, chamado de yaw que gira a nacele para rastrear a direcção predominante do vento, e assim, optimizar a produção energética da máquina.
13. Nacele pare inferior é a parte superior do compartimento que abriga e protege todo mecanismo do gerador, o qual pode incluir: caixa multiplicadora, freios, embrearem, mancais, controle electrónico, sistema hidráulico.
14. Nacele parte superior é a parte inferior do compartimento que abriga e protege todo mecanismo do gerador.
15. Os rolamentos de posicionamento geram fortes impulsos magnéticos relacionados à posição angular do rotor. Graças à alta força do campo magnético, as unidades oferecem desempenho robusto sob condições de operação severas.
16. Discos de freio de posição permitem a redução da velocidade equipada com um mecanismo de mudança de sentido.
17. Pastilhas de freio é um dos principais componentesde um sistema de freio a disco. A pastilha de freio atua principalmente por meio da fricção contra o aço do disco de freio, que em contato giratório com as pastilhas, efetua a diminuição do giro.
18.Suporte de cabo de força são usados para suster ou manter os cabos de força seguros e estáveis evitando possíveis acidentes.
19. Torre: Estrutura responsável por fornecer sustentação e posicionamento do rotor e nacele. As torres podem ser cónicas (de aço ou concreto) ou treliçadas (aço galvanizado).
Disposição da Central eólica (projecto)
O projecto ira produzir a tensão de 15V onde ira alimentar o parque que estacionamento.
Compreendera um gerador eléctrico que estará suspenso a uma tore acoplada a uma elice nos estremos do seu veio.
A elice estará a uma altura e direcção em condições para captar uma percentagem rondando nos 90% da energia cinética do vento.
A tensão produzida nos terminais do gerador será transportada por meio de condutores para a alimentação do parque de estacionamento.
Os componentes da produção da tensão estarão suspensos por torres fixados de modo a garantir a segurança e um bom funcionamento dos mesmos.
A escolha do gerador e as elices teve como base o dimensionamento da central no ponto (2.4).
Disposição do parque de estacionamento (projecto)
O parque de estacionamento compreendera reflectores de modo a garantir a segurança dos automobilistas e seus usuários. 
A altura dos postes é estabelecida de modo a não crias distorção na iluminação, e os vãos entre os postes são determinados também para que a iluminação no parque seja de 90%.
As iluminações estarão ligadas em paralelo garantindo uma boa manutenção. O interruptor disposto no circuito de iluminação ira possibilitar o comando do mesmo. 
Central Química
Principio de funcionamento
Quando o cloreto de sódio (NaCl) é dissolvido em agua, as moléculas do sal se dividem em duas partes, um íon de sódio e um íon de cloro. O íon de sódio possui um elétron faltando, o que o dá uma carga positiva. O íon do cloro possui um elétron extra, o que o dá uma carga negativa.
Surgi assim necessidade do uso de dois condutores feitos com materiais diferentes, visto que cada material possui suas características únicas na vertente capacidade de conduzir ou transportar corrente eléctrica.
Disposição da Central Química (experiencia)
Será usado condutor de cobre e papel alumínio, os recipientes serão de material plástico olhando pela vertente de que os condutores terram que estar isolados uns dos outros.
Cada recipiente comportara uma quantidade de energia sendo somada no final para obtenção da tensão desejada.
A disposição da ligação do sistema dos recipientes será feita em serie para obtenção de maior tensão.
Para a obtenção de diferença de potencial da solução de cloreto de sódio e água é feita a partir de metais com propriedades diferentes (Cobre e Alumínio).
Os condutores condicionam a captação da corrente gerada a partir da solução estando ligados metais matérias (metais) introduzidos na solução.
A Central Química compreendera a produção de 5V volts de tensão.
 2.4. Dimensionamento da Central eólica
Na construção da central eólica que vai abastecer o parque de estacionamento serão necessários alguns cálculos indispensáveis, apresentados em seguida.
Cálculo da potência aparente do projecto
A potência eléctrica aparente de um projecto é definida como sendo o produto da tensão e a intensidade da corrente será:
Cálculo da corrente eléctrica do projecto
A corrente eléctrica do projecto pode ser calculada a partir da equação abaixo:
Onde é a corrente nominal do projecto, é a tensão nominal nos terminais da turbina eólica e é a potência eléctrica aparente do projecto.
A corrente nominal do projecto é usada para especificar a secção mínima dos cabos eléctricos de conexão da turbina eólica à substação bem como a corrente mínima do lado secundário do transformador.
Altura da torre dos aerogeradores
Um vez escolhida a turbina eólica a usar no parque, é importante determinar a altura da torre utilizada, analisando a razão custo/beneficio entre a construção e a melhoria na produção.
Com base na velocidade media anual do vento em cada turbina, determinada pelo INAM, é possível analisar de que forma varia a velocidade do vento a diferentes alturas das torres dos aerogeradores. É possível obter os cálculos com base na expressão representada abaixo:
Sendo que Ⅴ(h´) corresponde á velocidade para a altura que se pretende saber, e Ⅴ(h) a velocidade já conhecida para uma dada altura h.
A variação da altura da torre permite então, um aumento da velocidade média do vento que se faz sentir nas suas pás. Com maior velocidade, melhor será o rendimento dos aerogeradores e maior será a rentabilização do investimento no parque eólico.
Medição da velocidade do vento
Idealmente, a caracterização do recurso eólico num local deve ser feita com base em medições realizadas em vários pontos da zona envolvente e ao longo de um número significativo de anos. A medição da velocidade do vento é feita com instrumentação específica: anemómetros e sensores de direcção.
É essencial que a instrumentação esteja bem exposta a todas as direcções do vento, isto é, os obstáculos devem estar situados a uma distância de, pelo menos, dez vezes a sua altura.
Para o presente projecto os dados da velocidade média do vento foi obtida pelo Instituto Nacional de Metrologia (INAM).
Tabela 1: Velocidade média mensal do vento em Maputo Segundo INAM
N.B.: As condições da velocidade de vento foram extraídas da província de Maputo. Sendo assim, a velocidade média total do vento será 8.5 km/h
Geralmente a velocidade do vento é medida a 1 metro de altitude e faz-se a relação desta velocidade a uma determinada altitude tendo em conta os obstáculos ao vento.
A fórmula para a determinação da velocidade a uma dada altitude é:
α – Expoente relacionado com a camada limite do perfil da velocidade do vento e o seu valor pode-se observar na tabela a seguir:
	Relevo
	Coeficiente α
	Areia, superfície do oceano
	0,1
	Capim/Relva baixa, terreno descoberto
	0,16
	Capim alto ou culturas de altura baixa
	0,18
	Culturas de alturas elevadas ou florestas baixas
	0,2
	Florestas altas
	0,3
	Subúrbios e pequenas cidades
	0,45
Tabela 2: Expoente relacionado com a camada limite Fonte
Apresentação de resultados:
Cálculo da potência aparente do projecto
Cálculo da corrente eléctrica do projecto
Altura da torre dos aerogeradores
Medição da velocidade do vento
2.5. Materiais usados no projecto criação de central eólica e química
2.5.1. Tabela de Materiais da central Química e Eólica
	 MATERIAL
	QUANTIDADE
	RESISTIVIDADE
ρ.mm2/m
	SÍMBOLO/SIGLA
	Papel de aluminio
	--
	--
	--
	Recipientes de plastico
	6
	--
	PET
	Água
	1Litro
	--
	
	Cloreto de sódio
	200g
	--
	NaCl
	Condutor de cobre flexíveis
	30cm
	0,0162
	Cu
	Condutor de alumínio flexíveis
	30cm
	0,0292
	AL
	Multímetro
	--
	--
	--
	Central eólica
	MATERIAL
	QUANTIDADE
	RESISTIVIDADE
ρ.mm2/m
	SÍMBOLO/SIGLA
	Condutor 
	2m
	--
	--
	Tores 
	8
	--
	
	Ledes	
	12
	--
	
	Cola
	1
	--
	
	Cartolina
	3
	
	
	Dínamo
	1
	--
	
	Painel
	1
	--
	
	Interruptor
	1
	--
	
Tabela 3: Materiais da central Química e Eólica
2.5.2. Tabela de características
	Componentes
	Secção mm2
	Capacidade
	Tipo de corrente
	Ledes
	
	V
	Alternada
	Condutor
	0.22 
	
	
	Dínamo
	
	V
	
	 Condutor de alumínio flexíveis
	0.22 
	
	
	Condutor de cobre flexíveis
	0.22 
	
	
Tabela 4: Características dos materiais
 
2.5.3. Tabela de orçamento
	PRODUTO
	QUANTIDADE
	PREÇO UNITÁRIO
	PREÇO TOTAL
	Papel de aluminio
	--
	
	
	Recipientes de plastico
	6
	
	
	Água
	1Litro
	
	
	Cloreto de sódio
	200g
	
	
	Condutor de cobre flexíveis
	30cm
	
	
	Condutor de alumínio flexíveis
	30cmMultímetro
	--
	
	
	Élice 
	1
	
	
	Dínamo 
	1
	
	
	Condutor 
	2m
	
	
	Tores 
	8
	
	
	Ledes
	12
	
	
	Cola
	1
	
	
	Cartolina
	3
	
	
	Interruptor
	1
	
	
	Valor total
	
Tabela 5: Cálculo do orçamento os materiais
2.6. Esquema Eléctrico (funcional) do projecto da Central Eólica e Química
Esquema da central eólica 
Ilustração 2 vista aérea do parque e circuitos
Ilustração 3 vista lateral do parque e circuitos
Conclusão 
No âmbito do término do presente projecto constatou-se que a energia eólica aborda aspectos interessantes para quem busca extrair energia da natureza de forma sustentável e renovável, de forma a reduzir a emissão de gases nocivos. Com tudo alavancou a intercooperação entre colegas, e no desenvolvimento do conhecimento técnico científico. Na disciplina de práticas eléctricas. Muito em especial quando se trata da energia eólica.
Denomina-se energia eólica a energia cinética contida nas massas de ar em movimento (vento). Seu aproveitamento ocorre por meio da conversão da energia cinética de translação em energia cinética de rotação, com o emprego de turbinas eólicas, também denominadas aerogeradores, para a geração de electricidade.
APRENDA A GERAR ENERGIA ELETRICA APARTIR DE AGUA SALGADA. Disponível em: <engenhariae.com.br/meio-ambiente/aprenda-a-gerar-energia-eletrica-a-partir-de-agua-salgada> Acesso em 04 de Maio. 2019.
ENERGIA EÓLICA 6.Disponível em: < http://www2.aneel.gov.br/aplicacoes/atlas/pdf/06-energia_eolica(3).pdf >Acessoem 10 de maio. 2019
SANTOS, A. A.; RAMOS, D. S. Projeto de Geração de EnergiaEólica, 2006.Disponívelem:<http://cursos.unisanta.br/mecanica/polari/energiaeolica-tcc.pdf>Acesso em 10 de set. 2016
MARTINS, F. R.; GUARNIERI, R. A.; PEREIRA, E. B., O aproveitamento da energiaeólica, 2007.Disponívelem: <http://www.sbfisica.org.br/rbef/pdf/301304.pdf>Acesso em 10 de Maio. 2019.