GERAÇÃO EÓLICA: DIMENSIONAMENTO DE GERADOR EÓLICO PARA ÁREA URBANA COM TURBINA DO TIPO DARRIEUS.

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO 
MARANHÃO 
DIRETORIA DE ENSINO SUPERIOR 
DEPARTAMENTO DE ELETROELETRÔNICA 
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA INDUSTRIAL 
 
 
 
 
RAÍSSA CRISTINA CONCEIÇÃO RODRIGUES 
 
 
 
 
 
GERAÇÃO EÓLICA: DIMENSIONAMENTO DE GERADOR 
EÓLICO PARA ÁREA URBANA COM TURBINA DO TIPO 
DARRIEUS. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SÃO LUÍS - MA 
2017 
 
RAÍSSA CRISTINA CONCEIÇÃO RORIGUES 
 
 
 
 
 
 
GERAÇÃO EÓLICA: DIMENSIONAMENTO DE GERADOR 
EÓLICO PARA ÁREA URBANA COM TURBINA DO TIPO 
DARRIEUS. 
 
 
 
 
Monografia apresentada ao curso de Engenharia 
Elétrica Industrial do Instituto Federal de Educação, 
Ciência e Tecnologia do Maranhão para obtenção do 
grau de bacharel em Engenharia Elétrica Industrial. 
 
Prof. Orientador: Dr. Ronaldo Ribeiro Correa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SÃO LUÍS - MA 
2017 
 
RAÍSSA CRISTINA CONCEIÇÃO RODRIGUES 
 
 
GERAÇÃO EÓLICA: DIMENSIONAMENTO DE GERADOR 
EÓLICO PARA ÁREA URBANA COM TURBINA DO TIPO 
DARRIEUS. 
 
 
Monografia apresentada ao Curso de Graduação 
em Engenharia Elétrica Industrial do Instituto 
Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do 
Maranhão, como requisito para obtenção do grau 
de Bacharel em Engenharia Elétrica Industrial. 
 
Aprovada em: ____/____/______. 
 
BANCA EXAMINADORA 
 
____________________________________________ 
Prof. Dr. Ronaldo Ribeiro Corrêa (Orientador) 
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Maranhão – IFMA 
 
____________________________________________ 
Prof. Me. Péricles de Sousa Furtado 
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Maranhão – IFMA 
 
____________________________________________ 
 Prof. Esp. Benedito Brauna Curvina 
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Maranhão – IFMA 
 
 
DEDICATÓRIA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
AGRADECIMENTOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
"Quando os ventos de mudança 
sopram, umas pessoas levantam 
barreiras, outras constroem 
moinhos de vento." 
(Érico Veríssimo) 
 
RESUMO 
 
A energia eólica é, atualmente, a energia renovável mais promissora e com 
melhor relação custo/benefício para seu uso. A utilização de turbinas de eixo horizontal 
dispõe um grande desenvolvimento, mas outras tecnologias, como as turbinas de eixo 
vertical, encontram-se ainda em um estágio inicial de seu desenvolvimento, e ainda 
existe disparidade entre o desenvolvimento destas tecnologias. Entretanto, o pouco 
desenvolvimento feito no uso das turbinas de eixo vertical, indica uma tecnologia de 
grande potencial. Deste modo, objetiva-se, com este trabalho, desenvolver uma análise 
do funcionamento desse sistema. Construiu-se o dimensionamento do sistema de 
captação de energia eólica usando turbinas eólicas de eixo vertical disponível 
comercialmente para constatar a viabilidade da implantação de energia eólica para 
aéreas residenciais. No fim, analisado os resultados obtidos no dimensionamento para 
avaliar o custo benefício do sistema de energia, que se mostrara viável. 
 
Palavras-chaves: Geração de Energia. Sistema Eólico. Turbina de Eixo Vertical. Área 
Urbana. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ABSTRACT 
 
Today's wind energy is the most promising and cost-effective renewable energy 
for its use. The use of horizontal axis turbines exists, but other technologies, such as 
vertical axis turbines, are still under development, and there is still a disparity between 
technological development. There is a technology of great potential. In this way, it is 
aimed, with this work, to develop an analysis of the functioning of this system. The 
design of the wind energy capture system was constructed using vertical axis wind 
turbines to verify the viability of wind energy implantation for residential areas. In the 
end, we analyzed the results obtained in the design to evaluate the cost of the energy 
system, and it will prove viable. 
 
Keywords: Energy Generation. Wind System. Vertical Axis Turbine. Urban area. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
Figura 1 -Top 10 de capacidade eólica acumulada 2016...................................................5 
Figura 2 – Top 10 de capacidade eólica nova 2016..........................................................5 
Figura 3- Matriz elétrica Brasileira (GW) .......................................................................7 
Figura 4 – Potencial eólico do Brasil...............................................................................10 
Figura 5- Turbina de Eixo Horizontal.............................................................................12 
Figura 6 – Turbina Upwind e Downwind........................................................................13 
Figura 7 - Turbinas eólicas de eixo vertical: a) Savonius. b) Darrieus. c) Pás articuladas 
retas. d) Geometria variável............................................................................................15 
Figura 8 - Área frontal de um rotor do tipo Darrieus......................................................17 
Figura 9 – Design da turbina Darrieus e representação dos vetores de velocidade na 
turbina..............................................................................................................................18 
Figura 10 - Geometria de variações do rotor Darriues....................................................19 
Figura 11 – Perfis das lâminas.........................................................................................20 
Figura 12 - Configuração de um Sistema Hibrido Solar-Eólico-Diesel..........................22 
Figura 13 – Configuração de um sistema Eólico Isolado................................................23 
Figura 14 - Parque Eólico conectado à rede – Parque Eólico de Prainha- CE................24 
Figura 15 - Parque Eólico instalado no mar norte...........................................................25 
Figura 16 - Volume do ar com superfície S=πR² e comprimento l.................................26 
Figura 17 - Relação entre o coeficiente de potência e a razão da velocidade.................29 
Figura 18 - Componentes principais das turbinas eólicas: a) Turbina eólica de eixo 
horizontal tipo hélice. b) Turbina eólica de eixo vertical Darrieus.................................30 
Figura 19 – Fluxograma..................................................................................................39 
Figura 20 – Altitude do Terreno......................................................................................41 
Figura 21 - Aumento da velocidade dos ventos com a altura (para α =3) ......................42 
Figura 22 - Ventos em São Luís – MA............................................................................45 
Figura 23 - Curva de coeficiente de potência em função da velocidade especifica........55 
Figura 24 - Potência Elétrica em função da velocidade específica.................................56 
Figura 25 – Sistema eólico com armazenamento de energia...........................................68 
 
 
 
LISTA DE TABELA 
 
 
Tabela 1 - Vantagens e desvantagens das turbinas de eixo vertical e horizontal............16 
Tabela 2 - Valores da eficiência de conversão durante os estagio do aerogerador.........33 
Tabela 3 – Coeficiente de atrito.......................................................................................41 
Tabela 4 - Escala Beaufort...............................................................................................43 
Tabela 5 - Cargas com suas características elétricas.......................................................47 
Tabela 6 - Consumo de energia ao longo do dia.............................................................48Tabela 7 – Rendimentos considerados............................................................................51 
Tabela 8 - Área de captação de cada turbina do sistema.................................................52 
Tabela 9 - Especificações técnicas do modelo da turbina Darrieus adotado...................53 
Tabela 10 - Coeficiente de Potência em função da velocidade.......................................54 
Tabela 11 – Especificação do Gerador............................................................................62 
Tabela 12 – Média da velocidade do vento por hora do dia............................................69 
Tabela 13 – Potência elétrica gerada pelo sistema eólico por dia...................................70 
Tabela 14 – Custos..........................................................................................................77 
Tabela 15 – Análise Custo/ Benefício.............................................................................77 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE GRÁFICOS 
 
 
Gráfico 1 - Histograma de frequência da velocidade do vento..........................................46 
Gráfico 2 - Consumo de energia ao longo dia...................................................................49 
Gráfico 3 – Potência mecânica da turbina em função da velocidade de rotação...............58 
Gráfico 4 – Estimativa da Produção de Energia................................................................60 
Gráfico 5 - Representação do ponto de maior probabilidade de ocorrência de operação..61 
Gráfico 6 - Curva de potência do gerador de imã permanente..........................................62 
Gráfico 7- Potência fornecida pela turbina ao eixo do gerador.........................................64 
Gráfico 8 - Potência elétrica do conjunto turbina-gerador.......................................................65 
Gráfico 9 – Torque mecânico do eixo de transmissão.......................................................66 
Gráfico 10- Curva de desempenho do aerogerador...........................................................67 
Gráfico 11 – Velocidade média do vento por hora do dia.................................................69 
Gráfico 12 – Distribuição diária da Potência elétrica gerada pelo sistema eólico.............71 
Gráfico 13- Comparação entre geração e carga elétrica....................................................72 
Gráfico 14 - Resultado do balanço de energia entre a carga e a geração...........................73 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
1 INTRODUÇÃO............................................................................................................3 
1.1 Objetivos.....................................................................................................................7 
1.1.1 Objetivos Específicos...............................................................................................8 
1.2 Justificativa................................................................................................................8 
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA...............................................................................9 
2.1 Energia Eólica............................................................................................................9 
2.2 Turbinas Eólicas......................................................................................................11 
2.2.1 Turbinas de Eixo Horizontal...................................................................................11 
2.2.2 Turbinas de Eixo Vertical.......................................................................................13 
2.2.3 Vantagens e Desvantagens das Turbinas de Eixo Vertical e Horizontal................15 
2.3 Turbina Darrieus.....................................................................................................17 
2.3.1 Geometria dos Rotores Darrieus.............................................................................18 
2.4 Aplicação dos Sistemas Eólicos..............................................................................20 
2.4.1 Sistemas de Apoio (Híbridos) ................................................................................21 
2.4.2 Sistemas Isolados ou Independentes.......................................................................22 
2.4.3 Sistemas Interligados à Rede Elétrica....................................................................23 
2.4.4 Sistemas Off-Shore.................................................................................................24 
2.5 Parâmetros para Obtenção da Energia Eólica.....................................................25 
2.5.1 Energia e Potência do Vento..................................................................................25 
2.5.2 Coeficiente de Potência ..........................................................................................27 
2.5.3 Velocidade Específica............................................................................................28 
2.6 Componentes das Turbinas Eólicas de Eixo Vertical...........................................30 
2.7 Análise da Eficiência de um Sistema Eólico Isolado............................................33 
2.7.1 Fatores que Influenciam no Desempenho do Aerogerador....................................34 
2.8 Normas para Utilização da Energia Eólica...........................................................35 
3 METODOLOGIA.......................................................................................................38 
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES..............................................................................40 
4.1 Estudo do Relevo/Rugosidade................................................................................41 
4.2 Estudos dos Ventos..................................................................................................42 
4.3 Levantamento das Cargas Residenciais................................................................47 
4.4 Dimensionamento e Instalação da Turbina e Gerador........................................49 
4.4.1 Escolha do Tipo da Turbina....................................................................................49 
 
 
4.4.2 Determinação da Potência e Dimensões da turbina................................................50 
4.4.3 Escolha do Gerador Elétrico...................................................................................56 
4.5 Desempenho da Turbina.........................................................................................57 
4.5.1 Curva de Potência Elétrica.....................................................................................57 
4.5.2 Curva de Potência Mecânica x Velocidade de Rotação.........................................57 
4.5.3 Ponto Nominal de Operação...................................................................................59 
4.6 Dimensionamento do Gerador Elétrico.................................................................61 
4.7 Dimensionamento do Banco de Bateria.................................................................67 
4.7.1 Comparação entre Geração e Carga Elétrica..........................................................68 
4.7.2 Eficácia do Banco de Bateria..................................................................................73 
4.7.3 Recarga do Banco de Bateria..................................................................................75 
4.8 Dimensionamento do Controlador de Carga........................................................76 
4.9 Avaliação Econômica para Implantação de Projeto Eólico.................................76 
5 CONCLUSÕES...........................................................................................................78 
6 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS....................................................80 
7 REFERÊNCIABIBLIOGRÁFICA..........................................................................81 
ANEXOS.........................................................................................................................84 
Aspectos Legais...............................................................................................................84 
Emissão De Ruídos Por Aerogeradores...........................................................................87 
3 
 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
O aproveitamento do vento não é uma tecnologia recente, já vem sendo 
utilizado, acredita se, que há pelo menos 5000 anos, nos barcos a vela para ajudar na 
for6ça do remo, pelos egípcios. O aproveitamento eólico utilizando os moinhos, surgiu 
no século VII, na Pérsia, na moagem de grãos, bombeamento de água entre outras. 
A demanda por eletricidade vem sendo abastecida em grande parte, por 
fontes fósseis de energia. Fontes essas que causam grandes prejuízos ao meio ambiente, 
liberando gases poluentes durante sua queima, além de serem fontes esgotáveis. 
 Essa atual preocupação energética tem aumentado o interesse por outras 
formas de aproveitamento de energia, principalmente por fontes renováveis. 
Os primeiros ensaios para o uso da energia eólica surgiram no final do 
século XIX, quando a utilização de energia elétrica começou a crescer. Entretanto, com 
a crise internacional do petróleo, depois da Segunda Guerra Mundial, ocorreu realmente 
a necessidade de arrumar opções para produção de energia elétrica. 
 A energia eólica configura-se como uma opção de energia muito 
importante, por ser fonte de energia renovável mundialmente disponível, não emite 
gases poluentes e não gera resíduos. 
Apesar de ser uma fonte de energia renovável e não poluente, ainda possui 
limitação, por causa de alguns impactos ao meio ambiente. Parques eólicos utilizam 
grandes extensões de terra, geram impacto sonoros, impacto visual, impacto sobre a 
fauna, pois ocorre grande mortandade de aves, interferência na radiação 
eletromagnética. Além disso, sua intermitência, ou seja, nem sempre o vento sopra na 
velocidade necessária para geração de eletricidade é uma desvantagem. 
Atualmente, a maior parte da energia elétrica convertida da fonte eólica no 
mundo é gerada em parques eólicos de grande porte, que normalmente se localizam em 
zonas afastadas dos centros consumidores. 
As turbinas eólicas de eixo vertical de pequeno porte surgem então como 
alternativa para a geração de energia elétrica em cidades por possuírem melhor resposta 
às condições de vento turbulento encontrados em regiões edificadas. 
Vários países estão investindo em fontes de energia para eliminar sua 
dependência de óleo e gás produzidos em regiões instáveis do mundo, especialmente 
considerando-se seus altos preços. 
4 
 
Cerca de 60 Gigawatts (GW) de energia eólica serão instalados no mundo 
em 2017 e a instalação anual subirá para 75GW em 2021. Estes são dados que o 
Conselho Mundial de Energia Eólica (GWEC) prevê. GWEC é uma entidade 
internacional especializada em energia eólica. Até lá, espera se que a totalidade de 
Megawatts eólicos no mundo atinja a marca de 800GW, que será o dobro da energia 
atual. 
De acordo com o relatório Global Wind Report: Annual Market Update - 
Relatório Global de Mercado Eólico lançado este ano pela GWEC, em 2016 foram 
instalados mais de 54 GW eólicos em mais de 90 países, sendo nove deles com mais de 
10 GW instalados e 29 ultrapassaram os 1.000 MW. A capacidade cumulativa mundial 
cresceu 12,6% no ano passado atingindo 486GW instalados. 
Segundo a edição do Relatório Global (2017) que exibe o panorama global 
dos principais países produtores de energia eólica do mundo, o crescimento será 
liderado pela Ásia: a China continua a sua liderança no ranking global com 168,73GW 
em potência instalada, seguida pelos Estados Unidos com 82,18 GW e em terceiro a 
Alemanha com 50 GW, mas a Índia estabeleceu um novo recorde em potência instalada 
no ano passado e tem potencial para atingir as metas do governo para o setor, com vistas 
para novos mercados. 
Na Figura 1 apresenta se um Ranking Mundial da capacidade instalada 
elaborada pelo GWEC e na Figura 2 apresenta se o Ranking Mundial de Expansão da 
capacidade instalada de geração eólica em 2016. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 
 
Figura 1 -Top 10 de capacidade eólica acumulada 2016 
 
 
 Fonte: GWEC 
 
Figura 2 – Top 10 de capacidade eólica nova 2016 
 
 Fonte: GWEC 
6 
 
A primeira turbina de energia eólica do Brasil foi instalada em Fernando de 
Noronha em 1992. Dez anos depois, o primeiro passo para inserção da energia eólica foi 
a criação do Programa de Incentivo às Fonte Alternativas de Energia Elétrica 
(PROINFA). 
Afim de promover a diversificação da matriz Energética Brasileira, valorizar 
características, potencialidades regionais e aumentar a segurança no abastecimento de 
energia, foi instituída o PROINFA (Lei nº10438/2002), conforme descrito no decreto nº 
5025de 2004. 
O PROINFA é considerado internacionalmente um programa pioneiro, que 
impulsou fortemente o uso de fonte renováveis, mas em especial a energia eólica. 
Segundo a Associação Brasileira de Energia Eólica (ABEEólica), por meio do 
PROINFA, foram instalados no País 53 parques eólicos, totalizando 1.303,1 MW de 
potência. 
Em 2016, foram adicionados à matriz elétrica brasileira (Figura 3) mais 2 
MW de energia eólica em 81 novos parques, fazendo com que o setor chegasse ao final 
de 2016 com 10,75 GW de capacidade instalada em 430 parques, representando 7% da 
matriz. Foram gerados mais de 30 mil postos de trabalho em 2016 e o investimento no 
período foi de US$ 5,4 bilhões. Números que refletem um setor vigoroso, com grande 
capacidade de captação de recursos e conhecimento tecnológico avançado que resulta 
em eficiência de implantação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7 
 
Figura 3- Matriz elétrica Brasileira (GW) 
 
Fonte: ABEEólica 
 
O Brasil é um país dependente fortemente das opções hídricas, a 
diversificação é importante para garantir sustentabilidade na matriz energética. Como 
não possui atualmente novos projetos de grandes hidrelétricas devido às restrições 
ambientais no Brasil, as eólicas surgem como a opção mais barata para expandir a 
capacidade instalada na matriz energética, de forma segura e evitando as altas tarifas 
principalmente com o acionamento das termelétricas. 
O sistema eólico proporcionar ao sistema elétrico ganhos imensuráveis, até 
evitando um racionamento, por exemplo. 
Em 2017, a previsão é ter uma grande capacidade a ser instalada e deve-se 
terminar o ano com cerca de 13 GW. 
 
1.1 Objetivos 
 
Este trabalho tem como objetivo o estabelecimento de uma proposta geral 
para adotar um sistema de geração de energia eólica autônomo como alternativa de 
geração de energia elétrica para atender às cargas de uma residência, considerando as 
variáveis que a afetam o sistema. 
 
 
8 
 
1.1.1 Objetivos Específicos 
 
1) Dimensionar um aerogerador que possa dar autonomia para uma residência; 
2) Propor uma solução energética alternativa; 
3) Definir-se a melhor configuração para escolha da turbina eólica de eixo 
vertical tipo Darrieus adequada e definir todos os componentes do sistema. 
 
1.2 Justificativas 
 
A geração de energia elétrica no Brasil que é vigente, em sua maior parte, é 
a proveniente de usinas hidrelétricas e apesar de ser considerada uma energia renovável, 
causa grande impacto ambiental e impacto social. Esses impactos, associados ao 
crescimento sucessivo de tarifas de energia cobradas e do aumento da expansão da rede 
hidrelétrica, solicitam novas alternativas energéticas. Com o aumento da energia eólica, 
dispomos atualmente de vários projetos de pesquisa buscando aprimoramento. 
Neste sentido, o presente trabalho justifica-se por apresentar uma nova 
alternativade geração de energia que atenda e se adeque às demandas energéticas e 
ambientais. 
A aplicação de uma fonte alternativa em área urbana para diminuir gastos 
com a tarifa de energia com um pequeno aerogerador de hélice vertical, permite trazer 
informações técnicas relevantes para que se possa trabalhar com este tipo de sistema e 
incentivar seu uso. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9 
 
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
 
As revisões bibliográficas consideradas relevantes sobre energia eólica estão 
consideradas abaixo, contendo breve explicação sobre grandezas físicas, aplicações, 
princípio de funcionamento, principais componentes e normas para geração eólica. 
 
2.1 Energia Eólica 
 
A energia eólica, em suas diversas aplicações, é uma fonte renovável, 
evoluída e bem conhecida, capaz de expansão contínua tanto técnica quanto econômica. 
A produção da energia eólica é proveniente da força dos ventos e é 
produzida por advento de aerogeradores. A força do vento é captada por pás ligadas a 
uma turbina que aciona um gerador elétrico. 
A energia eólica é usada desde a antiguidade para gerar força mecânica, 
como por exemplo, por meio de moinhos, onde bombeava ou drenava a água, moía 
grãos e outas atividades. Com o passar do tempo, além de gerar força mecânica, a força 
gerada pelo vento foi utilizada para geração de energia elétrica. Com o avanço da 
tecnologia, os aerogeradores se tornaram aptos a gerar grandes quantidades de energia, 
até surgirem as primeiras usinas eólicas. A energia eólica passou a ser considerada uma 
alternativa para a geração de energia elétrica a partir da crise do petróleo, na década de 
70. 
Segundo Menezes (2012) a intermitência é a crítica mais comum referente à 
energia eólica, pois a energia depende da ocorrência de vento em densidade e 
velocidade ideais, e nesse ocorre variações anuais e sazonais. 
A energia eólica representa cerca de 2,5% da demanda mundial de energia. 
A capacidade instalada total do mundo situou-se em aproximadamente 318GW no final 
de 2015. 
 No início de 2015, a energia eólica gerada no Brasil representava cerca de 
4,7%. E apesar de ser ainda pouco utilizada em relação a outras tecnologias, ela tem 
grande importância, principalmente no contexto da redução de gases estufas, já que tem 
índices de emissão praticamente nulos. 
Atualmente, segundo dados da entidade internacional especializada em 
geração eólica a Global Wind Energy Council (GWEC) o Brasil ocupa a 5º posição no 
10 
 
ranking mundial de expansão da capacidade instalada de geração eólica. Em 2016 o 
Brasil registrou o acréscimo de 2014 Megawatts de energia entre janeiro e dezembro. 
Com os resultados obtidos, o Brasil ocupa o 9º país com a maior capacidade 
acumulada de geração eólica no mundo e 1º lugar na América Latina. A energia eólica é 
a que maior apresenta crescimento no país, é a 2º maior fonte de geração. 
De acordo com dados da GWEC (2016), no Brasil o polo com o maior 
potencial eólico é o litoral do Nordeste, a região Nordeste é unidirecional e estável, sem 
rajadas. O Rio Grande do Norte é o líder em potência eólica instalada no país com (920 
MW), seguido pelo Ceará (600 MW) pela Bahia (520 MW). 
 
Figura 4 – Potencial eólico do Brasil 
 
 
Fonte: ambientesbrasil.com.br, 2011 
 
Ainda que inicial, no Brasil, a tecnologia de geração eólica de pequeno 
porte, para geração elétrica de uso doméstico, tem crescido principalmente em 
comunidades isoladas que não tem acesso a rede elétrica convencional, devido à grande 
difusão da tecnologia, melhoria de máquinas e, em particular pela procura por fontes de 
energia limpa, com baixo impacto ambientais. 
 
 
11 
 
2.2 Turbinas Eólicas 
 
No âmbito de aerogeradores, estes podem ser classificados de acordo com a 
orientação do eixo do rotor, basicamente por dois tipos de turbinas: turbinas de eixo 
vertical (VAWT) e turbina de eixo horizontal (HAWT). 
 
2.2.1 Turbinas de Eixo Horizontal 
 
As turbinas eólicas de eixo horizontal (Figura 5) dominam a maior parte da 
indústria eólica. 
Eixo horizontal significa que o eixo de rotação da turbina é horizontal ou 
paralelo ao solo. Captam o vento em somente uma direção e para direcionar a seção 
varrida pelas pás é necessário um sistema de controle. Seu funcionamento é pela maior 
parte movida por forças de sustentação. 
A força de sustentação age perpendicular ao escoamento. Devem possuir 
mecanismo que sejam capazes de permitir que a área varrida pelas pás esteja sempre em 
posição perpendicular ao vento. 
Para geração de eletricidade as turbinas geralmente utilizadas são as de três 
pás, pois possui maior desempenho, mas dependente do tipo de aplicação pode possuir 
diferentes números de pás. 
Possui sistemas de controle de potência e sistemas de freios. Geralmente 
fabricadas em fibra de vidro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
12 
 
 
Figura 5- Turbina de Eixo Horizontal 
 
 
 Fonte: CRESESB 
 
As turbinas da eixo horizontal tem a classificação por posição do rotor em 
correlação à torre. Podem ser classificadas em downwind ou upwind, estas turbinas são 
mostradas na Figura 6. 
As turbinas downwind possuem a inclinação nas pás e recebem a força do 
vento por detrás da torre, não precisam de mecanismo de direção. Como desvantagem, 
esse tipo de turbina requer maior flexibilidade do rotor, o que ocasiona muitos ruídos. 
Nas turbinas upwind, o rotor eólico é colocado antes da torre, isto é, é preciso um 
controle ativo, um mecanismo de direção para orientar o rotor em relação ao vento. Este 
modelo é mais utilizado. 
 
 
 
13 
 
Figura 6 – Turbina Upwind e Downwind 
 
 
 Fonte: Marques (2004) 
 
2.2.2 Turbinas de Eixo Vertical 
 
Nas turbinas de eixo vertical, o eixo de rotação está vertical ou 
perpendicular ao solo. São omnidirecionais, significa que possui a mesma propriedade 
em todas direções, ou seja, capazes de captar os ventos de todas direções, não 
necessitando do sistema de controle de direção das pás. Reduzindo o custo e a 
complexidade do projeto. De acordo com o modelo da turbina pode ser movida por 
força de sustentação ou de arrasto. 
Em relação a turbinas de eixo horizontal tendem a ser mais silenciosas e 
baratas e como resultado é menos prejudicial aos seres humanos e às aves. Além disso, 
podem ser instaladas em locais onde o vento é turbulento e possuem baixa velocidades. 
Podem ser colocadas em pequenas alturas, facilitando acessibilidade para a operação de 
manutenção. 
Para uma potência equivalente a altura total da de eixo horizontal (incluindo 
altura da torre) é muito maior do que a de eixo vertical, resultando em mais impacto 
visual. Desta forma, as turbinas de eixo vertical podem ser consideradas mais amigáveis 
ao ambiente. 
Como vantagem as pás oferecem mais longevidade pois as pás das turbinas 
horizontais são mais propensas a fadiga devido as forças gravitacionais durante a 
rotação. 
14 
 
Por estas configurações as turbinas de eixo vertical levam vantagens em 
ambientes urbanos, neste trabalho o modelo adotado foi a Darrieus 
Por outro lado, como desvantagem estas turbinas não são muito eficientes 
como as turbinas de eixo horizontal e por esse motivo as turbinas de eixo vertical são 
usadas para produzir energia em pequenos projetos. Possui deficiência durante a partida 
do rotor, sendo necessária a utilização de motor para partida. 
As turbinas de eixo vertical em geral são classificadas conforme a geometria 
das pás e suas características aerodinâmicas e mecânicas, conforme observado na Figura 
7. Observa-se na literatura 4 grupos: 
 Rotores articulados de pá reta (Giromill). 
 Rotor Savonius, que é o rotor de arrasto mais comum. 
 Rotor de pás de geometria variável, que permite pás de forma helicoidal 
ou semi-curva. 
 Pás curvas fixas nas pontas do eixo chamado de rotor Darrieus 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
15Figura 7 - Turbinas eólicas de eixo vertical: a) Savonius. b) Darrieus. c) 
Pás articuladas retas. d) Geometria variável 
. 
 
 Fonte: Diaz, Diego 
 
2.2.3 Vantagens e Desvantagens das Turbinas de Eixo Vertical e Horizontal 
 
É fato que as turbinas de eixo horizontal têm maiores benefícios em 
comparação as turbinas de eixo vertical para produção de energia. Ainda assim, 
vantagens das turbinas verticais devem ser levadas em consideração para aplicação em 
pequena escala, como o custo de manutenção e de fabricação, etc. A Tabela 1 mostra 
qualitativamente um conjunto de vantagens e desvantagens dos tipos de turbinas 
eólicas. 
 
 
 
 
 
 
 
16 
 
Tabela 1 - Vantagens e desvantagens das turbinas de eixo vertical e horizontal 
 
Turbina de eixo horizontal 
Vantagens Desvantagens 
 Usualmente trabalha com velocidade 
de vento alta, o que encaixa em grande 
em produção em grande escala. 
 Precisa de pequenas áreas no solo, 
pois o rotor é colocada na parte 
superior da torre. 
 Devido ao constante ângulo de ataque, 
as forças aerodinâmicas são 
constantes, o que o torna mais 
eficiente em relação as turbinas de 
eixo vertical. 
 Requer uma caixa de engrenagem na 
parte superior da torre. 
 Alto custo de fabricação e torres 
pesadas. 
 Requer sistema complexo de 
posicionamento com relação à direção 
do vento. 
 Alto índices de ruídos gerados pela 
pás não permitindo a instalação 
próximo a áreas urbanas. 
Turbina de eixo vertical 
Vantagens Desvantagens 
 Não possui necessidade de sistema de 
posicionamento com relação ao vento. 
 Transmissão colocada em solo, 
reduzindo custo de manutenção. 
 Devido a menores dimensões, o custo 
de instalação é menor as turbinas 
eólicas de eixo horizontal. 
 Maior parte do peso representado 
pelos mecanismo está no solo, 
proporcionando uma estrutura mais 
firme. 
 Uma tecnologia que ainda está sendo 
explorada, portanto pode oferecer 
melhorias potenciais no futuro. 
 Possui uma limitação na capacidade 
de conversão de energia, por serem 
instaladas em alturas relativamente 
baixas. 
 Requer uma área maior no solo devido 
aos cabos que suportam a estrutura 
(Darriues), e pelo raio de giro da pá. 
 O torque aerodinâmico não é 
constante, o ângulo de ataque varia 
podendo produzir efeitos secundários 
no rotor, perdendo em eficiência 
 A modelagem do comportamento 
deste tipo é mais complexa. 
 
Fonte: Diaz, Diego 
17 
 
2.3 Turbina Darrieus 
 
A turbina de vento Darrieus é uma turbina de eixo vertical, o que significa 
que o eixo do rotor funciona verticalmente e as pás são arqueadas. A turbina Darrieus 
surgiu em 1931, quando o engenheiro aeronáutico francês Georges Jean Marie Darrieus 
patenteou o design inovador da turbina. 
Dentre as configurações de eixo vertical esta turbina possui configuração 
teórica mais próxima da eficiência das turbinas de eixo horizontal de três pás. Porém na 
pratica, as características aerodinâmicas das turbinas eólicas de eixo vertical são um 
pouco mais complexas do que as configurações das turbinas de eixo horizontal. Estas 
turbinas possuem diversos fatores que diminuem a eficiência teórica como a variação na 
velocidade do vento, regime do vento turbulento devido à instalação próxima ao solo, 
etc. 
Possuindo como vantagens um equipamento que pode ser colocado perto do 
chão, possui baixo nível de ruído sendo assim aplicável em áreas urbanas aproveitando 
o vento turbulentos de qualquer direção sem a necessidade e sistema de orientação. 
Uma restrição desse tipo de turbina é a deficiência durante a partida do 
rotor, fazendo necessário a utilização de motores para partida. Para solucionar este 
problema, normalmente em aplicações conectadas à rede, esse inconivente pode ser 
superado, acoplando um gerador no eixo principal a fim de fornecer o torque de partida 
até o rotor conseguir à velocidade de operação nominal. Em aplicações autônomas, o 
rotor Darrieus pode ser combinado com um rotor Savonius do tamanho apropriado para 
dar-lhe o torque inicial. Na Figura 8 é apresentada a área frontal de um rotor do tipo 
Darrieus. 
 
Figura 8 - Área frontal de um rotor do tipo Darrieus 
 
 
Fonte: Copper, Paul 
18 
 
2.3.1 Geometria dos Rotores Darrieus 
 
O rotor Darrieus apresenta um grande rendimento em geração de energia 
elétrica dentre as turbinas de eixo vertical do mercado, suas pás utilizam perfis 
aerodinâmicos e a maioria dos modelos existentes atualmente consideram a geometria 
das pás de forma parabólica devido a sua simplicidade na análise do desempenho. 
O engenheiro Darrieus quis desenvolver um rotor cujas pás tem curvas com 
forma de cabo flexível de densidade e seção seccional uniforme fixada em dois pontos, 
tudo com intuito de reduzir as tensões que podem gerar flutuações nas pás. A geometria 
foi chamada de Troposkien, do grego que significa ‘cabo girando’. Um design da 
turbina Darrieus é apresentado na Figura 9. 
 
Figura 9 – Design da turbina Darrieus e representação dos vetores de velocidade 
na turbina 
 
 
Fonte: Copper, Paul 
 
O rotor Darrieus também permite o uso de modificação de pás retas ou 
semi-curvas. Essa variação do rotor foi feito pelo engenheiro Musgrove. Um rotor de 
pás retas permite reduzir o tamanho da turbina com desempenho aceitável. Além do 
mais, uma pá reta possui a fabricação mais fácil com menor custo. Este tipo de pá é 
recomendada para velocidades baixas de vento e rotores de pequena escala. 
A patente da turbina de 1930 cobre praticamente qualquer tipo de arranjo 
possível usando perfis verticais. Um dos tipos mais comuns é o projeto Giromill ou o H-
Darriues, no qual as longas pás do projeto inicial de Darrieus são substituídas por seções 
verticais retas de laminas anexadas à torre central com suportes horizontais. 
19 
 
Na Figura 10 pode-se observar modelos de possíveis variações do rotor 
Darriues convencional. 
 
 
Figura 10 - Geometria de variações do rotor Darriues 
 
 
 Fonte: DIAZ, Diego 
 
As primeiras pesquisas para ordenação de perfis aerodinâmicos foram feitas 
em 1923 pelo Instituto de pesquisa em Aerodinâmica da Alemanha. O Comité Nacional 
de Consultoria para Aerodinâmica dos Estados Unidos (National Advisory Commitee 
for Aeronautics - NACA) padronizou a nomenclatura dos diferentes tipos de perfis. 
A terminologia de perfis de pás é separada em família conforme a NACA. 
Grande parte dos rotores DARRIEUS possuem perfis regulares e as pás são 
NACA0012, NACA0015, NACA 0018 ou NACA 0021, apresentadas nas Figura 11. 
Onde cada digito indica um parâmetro: 
 O primeiro digito indica a razão de curvatura e o comprimento de corda. 
 O segundo digito indica a posição do valor da razão máxima de 
curvatura. 
 O terceiro e quarto digito indicam a posição da sua espessura máxima 
 
 
 
 
 
 
20 
 
 Figura 11 – Perfis das lâminas 
 
 
 Fonte: Beal (2015) 
 
Qualquer modificação pode alterar o rendimento e uma turbina eólica, desde 
modo o perfil aerodinâmico é necessário ser determinado com cautela. 
 
2.4 Aplicação dos Sistemas Eólicos 
 
É necessário verificar a finalidade da eletricidade gerada por um sistema 
eólico, pois se deve determinar a necessidade de utilização de outros equipamentos 
responsáveis pelo armazenamento, controle e regulação. 
21 
 
Os sistemas eólicos para geração de energia elétrica podem ser classificados 
nas seguintes aplicações: em sistemas de apoio (híbrido), sistemas isolados ou 
independentes, sistemas interligados à rede elétrica e sistema off-shore. Os sistemas 
respeitam a uma configuração básica, necessitando de uma unidade de controle de 
potência e em determinados casos de uma unidade de armazenamento, conforme será 
detalhado a seguir. 
 
2.4.1 Sistemas de Apoio (Híbridos) 
 
Os sistemas híbridos, desconectados da rede possuem diversas fontes degeração de energia em conjunto para propor uma eficiência maior do sistema e um 
equilíbrio no fornecimento de energia, combina o uso de turbina eólica com outro 
armazenamento e/ou fontes de geração, como por exemplo geração diesel, módulos 
fotovoltaicos e outras. 
 Se faz necessário a otimização do uso de cada uma das fontes, aumentando 
assim a complexidade do sistema e um controle das fontes utilizadas para que haja 
máxima eficiência. A forma de otimização do sistema torna-se um estudo de modo 
particular em cada caso. 
Os sistemas híbridos são empregados geralmente em sistemas de médio 
porte onde atendem grandes quantidade de usuários. Os híbridos necessitam de 
dispositivo eletrônico que converte a energia contínua (CC) para corrente alternada 
(CA), o inversor. A Figura 12 permite observar a configuração de um sistema hibrido. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
22 
 
Figura 12 - Configuração de um Sistema Hibrido Solar-Eólico-Diesel 
 
 
 Fonte: CRESESB 
 
2.4.2 Sistemas Isolados ou Independentes 
 
São sistemas de pequeno porte, não conectados à rede de energia e utilizam 
alguma forma de armazenamento de energia, como banco de baterias ou 
armazenamento de água para uso posterior. Em sistema de irrigação onde toda água é 
prontamente consumida, não é necessário o armazenamento. 
Em equipamentos de corrente continua (CC), a eletricidade pode ser 
diretamente utilizada com excedentes armazenados em banco de bateria, com a 
utilização de um controlador de carga para evitar a descarga e sobrecarga profunda 
protegendo o sistema de armazenamento. O controlador evita que a bateria se 
sobrecarregue regulando a entrada de corrente do aerogerador para a bateria e a saída de 
corrente da bateria para a carga. 
Em sistemas com equipamentos que operam com corrente alternada (CA) é 
necessário o uso de um inversor de frequência para realizar a conexão com a bateria. 
Este é comumente usado para alimentar eletrodomésticos convencionais. A 
configuração de um sistema eólico isolado é mostrada na Figura 13. 
 
 
23 
 
Figura 13 – Configuração de um sistema Eólico Isolado 
 
 
 Fonte: CRESESB 
 
2.4.3 Sistemas Interligados à Rede Elétrica 
 
Em sistemas interligados, como toda geração é entregue à rede elétrica, não 
ocorre a necessidade de dispositivo de armazenamento de energia. São interligados de 
duas formas: de forma direta usando gerador de indução ou de forma indireta por meio 
de inversores acoplados a geradores CC. Geralmente são sistemas de grande porte. 
Os sistemas interligados à rede elétrica com vários aerogeradores, onde 
estes injetam toda energia gerada na rede de distribuição, funcionam como uma usina 
eólica. 
Necessita de um sistema de sincronização com à rede elétrica, para adequar 
os valores de frequência e de tensão, satisfazendo, assim, a exigências de qualidade e 
segurança, sem afetá-la. Representa uma fonte complementar ao sistema elétrico ao qual 
estão interligados. Um exemplo de parque eólico conectado a rede é visto na Figura 14. 
 
 
 
 
 
24 
 
Figura 14 - Parque Eólico conectado à rede – Parque Eólico de Prainha- 
CE 
 
 Fonte: CRESESB 
 
2.4.4 Sistemas Off-Shore 
 
As instalações em off-shore (Figura 15) representam o novo limiar na 
geração de energia eólica. Embora possua um grande custo em instalação, transporte e 
manutenção, a instalação vem crescendo em diversos países, para aproveitar a energia 
dos ventos encontrados nos oceanos. 
Ventos em off-shore tendem a soprar mais forte e mais uniforme do que em 
terra. E em escala comercial as instalações eólicas off-shore são semelhantes às 
instalações eólicas on-shore. Incluem modificações para evitar a corrosão e é concebida 
para suportar o ambiente do oceano que inclui ondas de tempestades, ventos com força 
de furacão e até mesmo fluxo de gelo. Além das modificações tecnológicas os projetos 
necessitam de estratégias especiais para transporte, instalação e operação. O projeto é 
desenvolvido para que haja coordenação para utilizar os períodos onde são 
proporcionadas boas condições marítimas para o deslocamento e instalação com 
segurança. 
 
 
 
 
 
25 
 
 
 
Figura 15 - Parque Eólico instalado no mar norte 
 
 Fonte: CRESESB 
 
2.5 Parâmetros para Obtenção da Energia Eólica 
 
2.5.1 Energia e Potência do Vento 
 
A energia eólica é gerada da energia solar uma vez que os ventos são quase 
inteiramente causados pelos efeitos do sol que a cada hora proporciona milhões de 
Watts de energia para a Terra. Esta energia aquece a superfície do planeta de forma 
desigual criando mudança de pressão na atmosfera, e esse aquecimento não uniforme 
gera os ventos. Um percentual pequeno da energia solar é convertido em energia 
cinética e este percentual, embora pequeno, gera uma grande potência anual nas centrais 
elétricas do mundo. 
Nas turbinas um gerador transforma em energia elétrica a energia mecânica 
que é gerada pelo giro das hélices do rotor, esta energia mecânica é convertida através 
da energia cinética contida nas massas de ar em movimento (vento), através das turbinas 
eólicas denominadas aerogeradores. 
Ou seja, a energia cinética presente na massa de ar m, com uma velocidade 
cinética V é dada por: 
 
𝐸 = 0,5 ∙ 𝑚 ∙ 𝑉2 (1) 
 
26 
 
A massa de ar m pode ser representada pelo produto do seu volume pela 
densidade do ar (ρ). Ao declarar uma massa de ar com velocidade fixa através de uma 
área do rotor A (m²) de forma circular com raio R, o volume do ar será dado pela área A 
multiplicada pelo comprimento do deslocamento (l) da massa de ar, conforme percebido 
na Figura 16. 
 
Figura 16 - Volume do ar com superfície S=πR² e comprimento l 
 
 
 Fonte: Adaptado de CRESESB 
 
 
Desta forma a Equação 1 pode ser reescrita conforme a Equação 2: 
 
𝐸 = 0,5 ∗ 𝐴 ∗ 𝑙 ∗ 𝜌 ∗ 𝑉2 (2) 
 
Sendo a potência dada pela derivada da energia em relação ao tempo: 
 
𝑃 =
𝑑𝐸
𝑑𝑡
=
1
2
𝑚𝑣2 (3) 
 
𝑃 =
1
2
∙
∆𝑚
∆𝑡
∙ 𝑣² (4) 
 
Onde t representa o tempo, o fluxo de massa de ar que atravessa as pás do 
rotor é dado por: 
 
∆𝑚
∆𝑡
= 𝜌 ∙ 𝐴 ∙ 𝑣 (5) 
27 
 
 
Substituindo a Equação 5 na Equação 4, obtém se a potência disponível que 
é dada pela seguinte equação: 
 
𝑃𝑑 = 0,5 ∙ 𝜌 ∙ 𝐴 ∙ 𝑉³ (6) 
Onde: 
Pd = potência disponível em Watts (W); 
ρ= densidade do ar = 1,255 kg/m³; 
A= área de varrida pelo rotor; 
V= velocidade média do vento (m/s). 
 
2.5.2 Coeficiente de Potência 
 
A potência eólica de uma região requer análise de dados sobre velocidade e 
regime dos ventos. 
Como visto, o potencial eólico extraído por uma turbina eólica possui uma 
densidade do ar usual de 1,255kg/m³, esse vento flui perpendicular com certa 
velocidade frontal V (m/s) através da área do rotor A. 
Contudo, a potência disponível no vento não é totalmente recuperada pelo 
rotor. Existe uma parte que é extraída e quantificada pelo coeficiente de potência. 
O coeficiente de potência (cp) é uma fração da potência disponível no vento 
aproveitada pelas turbinas, sem serem considerados as perdas aerodinâmicas do gerador. 
É expresso por: 
 
𝑐𝑝 =
𝜔𝜏
1
2
𝜌𝑉∞
3 𝐴
 (7) 
 
Onde, ω é a velocidade angular do rotor, τ é o torque que foi gerado pelo 
rotor, ρ densidade do ar usual de 1,255kg/m³, V é a velocidade gerada pelo ar e A é a 
área varrida pelo rotor. 
Em resumo, o coeficiente de potência, que caracteriza o nível de 
rendimento, e é uma medida adimensionalque pode ser definido pela razão: 
 
𝑐𝑝 =
𝑃𝑡
𝑃𝑣
=
𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑥𝑡𝑟𝑎𝑖𝑑𝑎 𝑝𝑒𝑙𝑎𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎
𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛í𝑣𝑒𝑙 𝑛𝑜 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑜
 (8) 
28 
 
 
 Ocorre uma variação que se deve ao fato das pás do rotor da turbina 
alterarem sua eficiência aerodinâmica em função da variação da velocidade do vento 
incidente. Em condições ideais, o valor de cp é de 0,593 (ou 59,30%) e é chamado de 
Coeficiente de Betz (mostrada por Albert Betz em 1928), que nos indica o máximo de 
aproveitamento da energia do vento. 
A potência disponível considerando o coeficiente de potência é dada por: 
 
𝑃𝑑 = 0,5 ∙ 𝜌 ∙ 𝑐𝑝 ∙ 𝐴 ∙ 𝑉³ (9) 
 
Matte (2014), cita que outra condição levada em consideração é o 
rendimento da turbina, que é constituído pelo rendimento da aerodinâmica das pás, do 
gerador e outros. Assim, considerando o rendimento e as perdas mecânicas (η), a 
potencia é dada por: 
 
𝑃𝑑 = 0,5 ∙ 𝜌 ∙ 𝑐𝑝 ∙ 𝜂 ∙ 𝐴 ∙ 𝑉3 (10) 
 
Pois, a potência deve considerar as perdas mecânicas da operação. Com isso 
o valor da potência extraída do vento é menor. 
 
2.5.3 Velocidade Específica 
 
A velocidade especifica é definida por λ, onde esta é a relação entre a 
velocidade linear da extremidade da pá (v) e a velocidade do vento (V). Também 
conhecida como Tip Speed Ratio ou TSR, expressa como: 
 
𝜆 =
𝑣
𝑉
 (11) 
 
Sendo a velocidade de rotação da pá dada pelo produto do comprimento r da 
mesma pela velocidade angular, pode-se reescrever a Equação 11, como: 
 
𝜆 =
𝜔𝑟
𝑉
 (12) 
 
29 
 
Onde ω é a velocidade angular do rotor em rad/s, r é o raio do rotor em 
metros e V a velocidade do fluxo do vento e m /s. 
 Para cada tipo de turbina existe uma curva cp versus λ. A variação do 
coeficiente de desempenho cp com relação a velocidade λ é mostrada na Figura 17 para 
alguns tipos de rotores. 
 
Figura 17 - Relação entre o coeficiente de potência e a razão da velocidade 
 
 Fonte: Adaptado de Silva, Menezes. 
 
Assim, para o aproveitamento máximo da variação de energia, os geradores 
precisam operar com a velocidade de rotação que mantem o coeficiente de potência em 
um valor máximo, independente da velocidade do vento. 
Analisando a curva da turbina Darrieus na Figura 17, observa-se que existe 
uma determinada velocidade de vento que fornece eficiência máxima. A partir desse 
valor, a eficiência inicia sua queda, tendo em vista que a turbina não consegue retirar 
mais potência do vento. 
 
30 
 
 
2.6 Componentes das Turbinas Eólicas de Eixo Vertical 
 
As turbinas de eixo vertical e as de eixo horizontal tem os mesmos 
componentes básicos. Na Figura 18 mostrada a seguir, observam-se os componentes 
principais que constituem as turbinas de eixo vertical e eixo horizontal. 
 
Figura 18 - Componentes principais das turbinas eólicas: a) Turbina eólica de eixo 
horizontal tipo hélice. b) Turbina eólica de eixo vertical Darrieus. 
 
 
Fonte: Adaptado de Diaz 
 
Fundamentalmente, um sistema eólico é constituído por: 
 Turbina Eólica 
 Multiplicador Mecânico 
 Gerador Elétrico 
 Sistema de Conexão Elétrica 
 Controle 
 Torre 
 
31 
 
A turbina eólica é constituída por cubo do rotor (hub) e pelas pás. A turbina 
eólica é responsável pela conversão da energia cinética contida nos ventos em energia 
mecânica. 
O multiplicador mecânico de rotações é responsável por harmonizar as 
rotações do gerador elétrico com a da turbina eólica. Pois, na maioria dos aerogeradores, 
a turbina eólica opera com baixas rotações e os geradores elétricos operam com rotações 
mais altas. Com isso, a responsabilidade do multiplicador é a conversão do torque e 
velocidades, onde permite que a energia mecânica gerada seja entregue ao gerador 
elétrico na rotação e torque correto. 
Em alguns modelos, este componente não existe, nestes casos o gerador é 
acoplado diretamente na turbina, ou seja, no mesmo eixo e com isso o gerador gira com 
a mesma rotação da turbina eólica. Em outros casos, o multiplicador vem sendo 
substituído por componentes eletrônicos de potência, que adequam a frequência do rotor 
para ser entregue ao gerador, com rendimento elevado (na ordem de 90%). 
O gerador elétrico, por sua vez, transforma a energia mecânica de rotação 
em energia elétrica com um alto rendimento também (de mesma ordem do 
multiplicador). 
Em resumo, um sistema eólico tem diferentes elementos que o compõem, 
variando de acordo com sua aplicação, estes devem trabalhar em harmonia para 
proporcionar um alto rendimento final. Para efeito de estudo global deve possuir o 
suporte, sistema de captação, sistema de orientação, sistema de regulação, sistema de 
transmissão, sistema de geração, acessórios. 
1. Suportes: responsável pela sustentação e posicionamento adequado do 
rotor em altura conveniente. 
O aerogeradores devem estar sobre suportes que sejam capazes de 
suportar eventuais vibrações que possam acontecer. Os suportes são a 
torre e a fundação. 
2. Sistema de captação: responsável pela transformação da energia cinética 
do vento em energia mecânica de rotação. O rotor é o elemento principal. 
3. Sistema de orientação: responsável pela orientação do rotor. 
Em sistema de eixo horizontal se faz necessário um sistema que oriente o 
rotor, ou seja, que encontre a orientação do vento e oriente o rotor na 
mesma direção. Em sistemas de pequeno e media potência (<50kW), a 
cauda, costuma ser o dispositivo mais adequado. 
32 
 
4. Sistema de regulação: responsável por controle de qualidade. 
Controla a velocidade do vento para evitar flutuações produzidas pelas 
velocidades dos ventos. 
Um sistema de frenagem evita rotações muito elevadas, provocadas por 
ventos fortes, que poderiam colocar em perigo a integridade da máquina. 
Ventos muitos fortes contribuem muito pouco com a energia gerada, para 
capta-los um projeto se tornaria economicamente inviável, os elevados 
carregamentos nas pás e as grandes potências de pico acrescentariam 
custos extras ao custo e dariam um aumento na geração de energia muito 
pequeno. Este custo é diminuído ao regular a potência do aerogerador 
para ventos fortes. 
Controle de estol é sistema passivo que reage de acordo com a 
velocidade do vento. 
Controle de passo, por sua vez, é um sistema ativo que gira a pás em 
torno do eixo longitudinal, quando a potência nominal do gerador é 
ultrapassada, devido ao aumento de velocidade. O controle de passo 
serve não só para eliminar excesso de energia quando a velocidade do 
vento está acima da nominal, mas também para otimizar o 
aproveitamento da energia abaixo da velocidade nominal do vento, 
explorando a aerodinâmicas das lâminas. 
Quando a turbina tem controle de passo, ela possui uma curva Cp x λ. 
5. Sistema de transmissão: responsável por transmitir a energia mecânica 
entregue pelo eixo do rotor até o eixo do gerador. 
É utilizada transmissão por engrenagens, óleo, hidráulico. 
6. Sistema de Geração: responsável pela transmissão da energia mecânica 
entregue pelo eixo do rotor até o eixo do gerador. 
A transformação de energia mecânica de rotação em energia elétrica 
através de equipamentos de conversão eletromecânica é uma tecnologia 
dominada. O tipo de gerador influencia o comportamento e a operação 
do aerogerador e suas interações. 
Para aplicação em sistema isolados, onde geralmente o objetivo é 
carregar baterias, é utilizado gerador de corrente contínua. Este gerador 
não possui a necessidade de controle da velocidade do rotor e a tensão é 
independente da velocidade. 
33 
 
7. Acessórios: sistema de armazenamento, inversor, controle de carga. 
Sistemas de armazenamento se faz necessário pois em muitoscasos, a 
curva de demanda não coincide com a eletricidade gerada em sistemas 
eólicos. O controlador de carga é utilizado em sistemas com o intuito de 
proteger o sistema de armazenamento. Uma das funções do controlador 
de carga é impedir que eventual corrente possa ser conduzida das baterias 
até um aerogerador nos períodos em que não há eletricidade gerada. O 
inversor fica responsável pela conversão da corrente contínua em 
alternada. 
 
2.7 Análise da Eficiência de um Sistema Eólico Isolado 
 
Fisicamente só é viável retirar o máximo de 45% da potência eólica e além 
disso tem que se retirar outras perdas como aerodinâmicas, elétricas, resistivas e 
qualidade do vento. 
A análise da eficiência energética e da produção de eletricidade a partir da 
energia eólica, não é simples de ser estipuladas, pois é necessária a medição exata de 
velocidade do vento e das características geográficas do local no qual será instalado o 
aerogerador. 
O rotor que possui a responsabilidade de transformar a energia cinética 
presente nos ventos em energia mecânica, é o primeiro passo para a conversão da 
energia do vento em eletricidade sendo que os outros são a transmissão, que regula a 
velocidade de rotação e o gerador, que faz a conversão da energia mecânica em energia 
elétrica. A média da eficiência de conversão de aerogeradores segundo Terciote (2017) 
é mostrada na Tabela 2. 
 
Tabela 2 - Valores da eficiência de conversão durante os estagio do aerogerador 
 
Estágio de conversão Eficiência 
Rotor 40% 
Transmissão 95% 
Gerador 95% 
Rajadas de vento e orientação da turbina 95% 
34 
 
Média geral 35% 
Fonte: Terciote, Ricardo 
 
Frequentemente, o padrão dos aerogeradores utilizados é de duas ou três 
pás. Devido a relação da potência extraída pela varredura do rotor com a velocidade. 
Rotores com mais de três pás, são utilizados quando é necessário um grande 
torque de partida, o que é o caso de bombeamento de água. Mas no quesito 
aerodinâmico grandes números de pá implicam em menor eficiência. 
Para maximizar a eficiência aerodinâmica, depende-se das características 
geométricas das pás; do tamanho que é determinado pela potência desejada, do perfil 
que está relacionada com o desenho da borda da pá; do ângulo de ataque que é 
determinado ao escolher o perfil e a velocidade típica do rotor, nos permitindo obter a 
potência ótima; também pode ser utilizado no sistema de regulação, a espessura que não 
intervém na potência de saída da turbina eólica, mais pás mais estreitas e finas permitem 
conseguir uma velocidade de rotação maior. 
Desta forma, a construção das pás deve ser o resultado da adaptação destes 
fatores. 
 
2.7.1 Fatores que Influenciam no Desempenho do Aerogerador 
 
Para que a produção de eletricidade a partir do movimento do ar seja 
possível e atraente, tanto técnica quanto economicamente, alguns fatores são 
determinantes. 
 A velocidade dos ventos é o fator mais crucial para determinar a energia 
que pode ser obtida de um aerogerador. Além deste, outros fatores como altura, altitude 
e superfície também são importantes. 
O posicionamento da torre para geração de eletricidade deve considerar 
como aspectos na escolha definitiva do local a topografia, barreiras e superfícies. 
A altitude é um fator que altera a velocidade dos ventos. Como 
característica, existe um aumento de 5% a 10% na velocidade a cada 100 metros acima 
do nível do mar. 
Conforme citado existem vários fatores que influenciam no desempenho do 
aerogerador para a geração de energia e o projeto eólico deve ser realizado de forma a 
35 
 
conquistar as vantagens técnicas e econômicas de aerogeradores, de acordo com o local 
da instalação. 
 
2.8 Normas para Utilização da Energia Eólica 
 
A norma é o produto da atividade geral da elaboração de documentos 
contento conhecimento técnico em forma de regras e diretrizes ordenadas destinadas ao 
uso comum e recorrente, deve ser estabelecida por consenso e aprovada por órgãos 
reconhecidos. 
As normas técnicas internacionais de energia eólica englobam requisitos de 
segurança, medições e procedimentos de testes de equipamentos. Foram publicadas, a 
partir dos anos 80, várias recomendações técnicas pela Agência Internacional de 
Energia (International Energy Agency-IEA), que tiveram grande influência em normas 
e práticas desenvolvidas posteriormente. 
Atualmente, as normas internacionais para utilização da energia eólica são 
desenvolvidas pelo Comitê Técnico 88 da Comissão Eletrotécnica Internacional 
(International Electrotechnical Commision - IEC). Um total de 25 países integram este 
comitê, onde 13 são países observadores. O Brasil é um país observador, representado 
pelo Comitê Brasileiro de Eletricidade, Eletrônica, Iluminação e Telecomunicação 
(COBEI) através de um acordo com a ABNT. 
As normas e especificações técnicas (TS) atualmente em vigor são: 
IEC 61400-1:2008 Requisitos de projeto (Design requirements): é a principal norma, 
nos define os requisitos de projeto para aerogeradores de grande porte. 
 
IEC 61400-2:2013 Requisitos de projeto para turbinas eólicas de pequeno porte (Small 
Wind Turbines): equivalente a norma anterior apresentada, porém voltada a 
aerogeradores de pequeno porte, com raio do rotor inferior a 8 metros e nível de tensão 
inferior a 1000V em corrente alternada ou 1500 V em corrente contínua. 
 
IEC 61400-3:2009 Requisitos de projeto para turbina eólicas offshore (Design 
requirements for offshore Wind turbines): também equivalente a primeira norma 
apresentada, porém voltada para aerogeradores offshore. 
 
36 
 
IEC 61400-11:2012 Técnicas de medição de ruído acústico (Acoustic noise 
measurement Techniques): define a metodologia para medir a emissão de ruídos 
acústicos dos aerogeradores. Permite realizar uma avaliação prévia do impacto causado 
por uma central eólica instalada próxima de comunidades. 
 
IEC 61400-12-1:2012 Medições de desempenho de geração (Power performance 
measurements of eletricity producing wind turbines): define as técnicas para medição da 
potência de geração da turbina eólica cujo objetivo é registrar uma curva de potência 
medição e a produção anual de energia prevista para o tipo de turbina eólica. 
 
IEC/TS 61400-13:2001 Medição de carregamentos mecânicos (Measurement of 
mechanical loads): especificação técnica apresenta os procedimentos para medição dos 
carregamentos mecânicos com a finalidade de efetuar a validação dos cálculos do 
projeto. As medições devem ser feitas em regime permanente e eventos transientes. E 
além dos esforços mecânicos, também devem ser medidos as condições do vento e os 
parâmetros operacionais do aerogerador. 
 
IEC/TS 61400-14:2005 Declaração do nível de potência sonora aparente e dos valores 
de tonalidade (Declaration of apparent sound power level and tonality values): 
especificações técnicas que define os métodos para a declaração do nível de potência 
sonora e os valores das componentes tonais audíveis emitidos pelos aerogeradores. 
 
IEC 61400-21:2010 Medição e avaliação das características de qualidade de energia de 
aerogeradores conectados à rede (Measurement and assessment of power quality 
characteristics of grid connected wind turbin): define os métodos para medir a 
qualidade do sinal elétrico produzido por turbinas eólicas. Devido a variabilidade dos 
ventos e a característica dinâmica do aerogerador, a geração eólica pode ocasionar 
distúrbio na rede elétrica, que poderá ser sentido até mesmo pelo cintilar de uma 
lâmpada, fenômeno chamado de Flicking. 
 
IEC 61400-22:2010 Ensaios de conformidade e certificação (Conformity testing and 
certification): define as regras e procedimentos para a certificação do tipo de turbina e 
dos projetos de parque eólico instalado em terra ou no mar. Pois para que um 
37 
 
aerogerador seja comercializado internacionalmente é necessário que ele possua 
certificados de conformidade.IEC/TS 61400-23:2001 Testes estruturais das pás do rotor em escala real (Full-scale 
structural testing of rotor blades): cada novo tipo de pá fabricado deve ser testado em 
escala real. Os testes têm como objetivo verificar se a pá resiste às tensões estáticas e de 
fadiga definidas em seu projeto. 
 
IEC/TR 61400-24:2010 Proteção contra raios (Lightning protection): este relatório 
técnico da IEC traz aspectos sobre a proteção contra descargas atmosféricas em turbinas 
eólicas. Tendo como base o histórico de casos de equipamentos atingidos por raios. 
 
IEC 61400-25-1 a 6:2006: Comunicação para monitoramento e controle de usinas 
eólicas (Communications for monitoring and control of wind power plant): um conjunto 
com 6 normas definem os protocolos de comunicação. Dentre eles destaca-se: 
IEC/TS 61400-26-1:2011 Disponibilidade baseada no tempo dos aerogeradores (Time-
based availability for wind turbine generating systems): especificações técnicas recentes 
define termos genéricos para descrever a disponibilidade do aerogerador e seus 
componentes, a expectativa de vida, reparos e critérios para determinar os intervalos de 
manutenção. 
O COBEI criou, em 2005, uma comissão técnica para elaborar normas 
brasileiras e aumentar a participação brasileira no segmento. 
Atualmente 3 normas do TC88 foram traduzidas para o português e 
adotadas pela ABNT, são: ABNT NBR 61400-1:2008, ABNT NBR IEC 61400-21:2010 
e ABNT NBR IEC 61400-12-1:2012. 
Os equipamentos precisam ser fabricados conforme as normas técnicas 
para terem requisitos de desempenho compatível com as necessidades brasileiras de 
produção de energia. O Inmetro exige a avaliação de conformidade desses produtos, 
segundo Portaria n.º168, de 23 de março de 2015, estabelece se os critérios para o 
programa de avaliação da conformidade para aerogeradores com foco desempenho, 
através de mecanismo de certificação, atendo aos requisitos especificados nas normas: 
ABNT NBR 61400-1:2008, ABNT NBR IEC 61400-21:2010 e ABNT NBR IEC 
61400-12-1:2012. 
38 
 
3 METODOLOGIA 
 
A metodologia utilizada neste trabalho monográfico é explicativa e 
descritiva, o que permite considerar etapas, forma de obtenção de dados etc. 
Neste trabalho pretende-se estudar todo o processo do dimensionamento 
eólico. A elaboração do dimensionamento do aerogerador de eixo vertical foi realizado 
a partir de dados disponíveis da área urbana do município de São Luís/ MA. 
Na execução da metodologia de dimensionamento eólico foi efetuado uma 
segmentação do processo com uso de softwares e análise de dados fornecidos por 
órgãos especializados. O modo como foram realizadas a coletas de dados, os cálculos, 
os resultados obtidos através deles, as análises serão abordadas no próximo capitulo. 
O dimensionamento dos componentes do sistema eólico considera o estudo 
do relevo, o estudo da rugosidade, estudo dos ventos, potência da turbina do 
aerogerador, potência e tipo do aerogerador e o dimensionamento do banco de baterias. 
O estudo do relevo foi feito com o auxílio do programa Google Earth. Os 
dados da velocidade e direção do vento foram obtidos através do site Clima Tempo, 
para verificar a quantidade de horas que terá ventos satisfatórios. O estudo estático do 
vento foi feito pelo software WRPLOT VIEW 
Um fluxograma para o desenvolvimento do projeto é apresentado na Figura 
19. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
39 
 
Figura 19 – Fluxograma 
 
 
Fonte: A Autora 
 
40 
 
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 
4.1 Estudo do Relevo/Rugosidade 
 
No presente trabalho foi estudado o terreno ao redor do local a ser 
implantado o gerador eólico. A velocidade dos ventos varia de um local para outro e é 
influenciada pela topologia do local. Além disso, para um mesmo local a velocidade 
também varia com a altura. É necessário estimar a altitude e a rugosidade típica nas 
proximidades do local. A rugosidade do terreno é caracterizada pelo tipo de solo, 
vegetação, utilização da terra e construções. 
Caracteristicamente, existe um aumento de 5% a 10% nas velocidades do 
vento a cada 100 metros acima do nível do mar. Entretanto com a elevação da altitude, 
acontece a perda da densidade do ar, diminuindo a energia nos ventos para uma escala 
menor, para sustentar a mesma energia, a velocidade deve elevar-se em volta de 3% a 
cada 1000 metros. 
As informações sobre as condições regionais foram obtidas a partir de 
mapas topográficos. Neste trabalho foi usado o programa Google Earth para poder 
identificar a altitude do terreno a ser estudado. 
Na Figura 20 apresenta-se a altitude da superfície que será implantada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
41 
 
Figura 20 – Altitude do Terreno 
 
 
Fonte: Google Earth, 2017 
 
Observa se que na região em que será implantada a turbina tem 19 metros 
de altitude em relação ao nível do mar. 
A Tabela 3 nos mostra as características do terreno e seus respectivos 
coeficientes de atrito. 
Tabela 3 – Coeficiente de atrito 
 
Característica do terreno Coeficiente de atrito (α) 
Terreno firme águas calmas 0,10 
Terreno plano com Grama alta 0,15 
Vegetação alta 0,20 
Florestas e muitas arvores 0,25 
Vila com arvores e arbustos 0,30 
Grandes cidades 0,40 
Fonte: Farret (2010) 
 
Pode-se perceber o efeito exponencial da superfície na velocidade dos 
ventos na Figura 21. Duplicando-se a altura, tem se um aumento aproximado de 10% na 
42 
 
velocidade dos ventos, para um valor de α igual a 0,3, o qual foi escolhido devido as 
características do terreno apresentado na Figura 20. 
 
Figura 21 - Aumento da velocidade dos ventos com a altura (para α =3) 
 
 
 Fonte: DWTMA 
 
4.2 Estudos dos Ventos 
 
No dimensionamento de sistemas eólicos é de vital importância a realização 
de um estudo das velocidades do vento no local em que será aplicado o aerogerador. 
Com o apoio da ANEEL e do Ministério de Ciência e Tecnologia – MCT, o 
Centro Brasileiro de Energia Eólica – CBEE da Universidade Federal de Pernambuco – 
UFPE publicou em 1998 a primeira versão do Atlas Eólico da Região Nordeste. 
Os ventos circulam em escala global e os de pequena escala recebem 
influência de vários aspectos, como altura, a rugosidade (coeficiente de atrito), relevo, 
dentre outros. 
Segundo o Jervell (2008), ventos de regular a forte ocorrem em média a 10 
km da superfície terrestre. Mas o espaço viabilizado para colocação dos aerogeradores 
se restringe a dezenas de metros de altura e nestas alturas o vento é diretamente 
prejudicado por forças de atrito que diminui drasticamente a força do vento. 
Em implementação de central eólica onde possui inviabilidade para 
determinar-se a velocidade do vento, dentre as opções é possível determinar a 
43 
 
intensidade do vento através da Escala de Beaufort. A Tabela 4, abaixo apresentada, foi 
criada pelo meteorologista Francis Beaufort, estabelece as características do vento a 
partir da velocidade e do poder de destruição. 
 
Tabela 4 - Escala Beaufort 
Grau Classificação Efeito do vento na natureza 
Velocidade 
(m/s) 
0 Calmaria Tudo parado. A fumaça sobe verticalmente 0-0,30 
1 Quase 
calmaria 
A fumaça se dispersa. Cata-vento parado. 
Não se sente o vento no rosto 
0,30-1,40 
2 Brisa Sente-se o vento no rosto. Ouve se o ruído 
das folhas. Cata-vento move-se 
1,40-3,00 
3 Vento fresco As folhas e os pequenos ramos de arvores 
agitam-se constantemente 
3,00-5,50 
4 Vento 
moderado 
O vento levanta poeira e papel do chão. 
Pequenos galhos agitam-se. 
5,50-8,00 
5 Vento regular Pequenas árvores com folhas começam a 
balançar. 
8,00-11,00 
6 Vento meio 
forte 
Grandes galhos movem-se. Começa a ficar 
difícil andar contra o vento 
11,00-
14,00 
7 Vento forte Arvores inteiras agitam-se 14,00-
17,00 
8 Vento muito 
forte 
Galhos de arvores são arrancados. 17,00-
21,00 
9 Ventania Há destelhamento 
 
21,00-
25,0010 Vendaval Arvores são derrubadas. Há danos em 
construções 
25,00-
28,00 
11 Tempestade O vento assume características de um 
furacão, raramente acontece longe das costas 
28,00-
33,00 
12 Furacão O ar fica cheio de espuma e gotas de água. O 
mar fica inteiramente esbranquiçado 
33,00-
39,00 
Fonte: Ferrat (2010) 
44 
 
 
No presente trabalho foi desenvolvido o estudo do vento através da coleta 
de medições mais detalhadas da velocidade do vento através do site do Instituto 
Nacional de Meteorologia (INMET), foram reunidos dados (velocidade e direção dos 
ventos) de hora em hora no período de janeiro a dezembro de 2016 em São Luís, em 
uma altitude de cerca de 50,86 metros, coletados em uma estação anemométrica. 
A velocidade dos ventos é medida com base em médias anuais dos ventos, 
pois a energia eólica é sazonal, o estudo é feito analisando dados anuais devido ele não 
ser contínuo. 
Após a coleta dos dados foi efetuado um tratamento estático dos mesmos. 
Construído um histograma contento as frequências de ocorrência das velocidades do 
vento. 
Os dados coletados foram armazenados em uma planilha EXCEL e com o 
auxílio do software WRPLOT VIEW, gerou se um gráfico Rosa dos Ventos mostrado 
na Figura 22. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
45 
 
Figura 22 - Ventos em São Luís – MA 
 
 
Fonte: WRPLOT View 
 
Na figura acima observa-se que ao longo do período estudado os ventos 
foram de predominância Norte-Nordeste da Ilha. As maiores porcentagens de 
velocidade do vento ocorrem na faixa de 3,6 m/s a 5,7 m/s a 50,86 metros em relação ao 
solo. 
Abaixo é apresentado, na Gráfico 1, o histograma contendo a frequência de 
ocorrência das velocidades dos ventos. 
 
 
 
 
 
46 
 
 
Gráfico 1 - Histograma de frequência da velocidade do vento 
 
 
Fonte: Adaptado de WRPLOT View 
 
Ao dispor da distribuição estatística da velocidade do vento no local, é feito 
o cálculo da velocidade média do vento com a metodologia da média ponderada, 
conforme mostrada na Equação 13. 
 
𝑽 =
𝟏
𝒏
∑ 𝒗𝒊 ∙ 𝒏𝒊
𝒏
𝒊 (13) 
 
 
A média da velocidade do vento durante o período avaliado foi cerca de 4,5 
m/s. 
A força do vento de pequenas escalas diminui devido as obstruções 
existentes em solo, como casas, árvores, prédios. A Tabela 4, nos apresentou as 
características do terreno e seus respectivos coeficientes de atrito. 
Através de cálculos, se pode determinar a velocidade do vento em função de 
sua altura. A altura do rotor da turbina é um fator importante, conhecendo a velocidade 
do vento em determinada altitude de medição é possível determinar a velocidade do 
vento na altura estimada da implementação dos aerogeradores usando o coeficiente de 
atrito (α). 
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
calmaria 0,5 1 2 3 4 5 6 7
fr
eq
u
en
ci
a 
re
la
ti
va
 (
%
)
Velocidade do vento (M/s)
47 
 
Devido às características do terreno, adotou-se o coeficiente de atrito de 0,3, 
apresentado na Tabela 4, para descobrir a velocidade do vento a 19 metros altura da 
região em que será implantada a turbina. A extrapolação da velocidade será dada pela 
equação: 
 
𝑽 = 𝑽𝟎 (
𝑯
𝑯𝟎
)
𝜶
 (14) 
 
 
𝑽 = 𝟒, 𝟓 (
𝟏𝟗
𝟓𝟎
)
𝟎,𝟑
= 𝟑, 𝟑𝟔 𝒎/𝒔 (15) 
 
Onde V0 e H0 são respectivamente a velocidade e altura conhecidas, 
fornecidas pelo site do INMET. E V nos mostra a velocidade na altura de H, que são os 
valores pretendidos. Em síntese a 19 metros a velocidade do vento será de 3,36 metros 
por segundo. 
 
4.3 Levantamento das Cargas Residenciais 
 
Para estimar a energia demandada pelas cargas foi construído um quadro 
contendo cargas hipotéticas que serão alimentadas pelo sistema com as suas respectivas 
características elétricas, como mostrado na Tabela 5 a seguir. 
 
Tabela 5 - Cargas com suas características elétricas 
 
Cargas Tensão (V) Potência (W) 
Tempo de uso 
(h) 
Consumo diário 
(Wh) 
4 lâmpadas 
LED (12W cada) 
220 48 8 384 
Geladeira 220 200 24 4800 
Televisão 21’’ 220 90 5 450 
Computador 220 200 3 600 
Ventilador 220 65 8 520 
Fonte: A Autora 
 
De acordo com o quadro de cargas o consumo diário total de energia será de 
6754 Wh. 
48 
 
Estimou-se que alguns aparelhos terão elevado consumo de energia, 
permanecerão ligados por 24 horas por dia. E deve-se ter cuidado especial com o 
consumo durante seu tempo de funcionamento, pois a energia procedente dos ventos 
nem sempre está à disposição. Com isso, será indispensável a utilização de baterias para 
armazenamento de energia necessária para alimentar esse tipo de carga. 
A seguir é apresentado na Tabela 6 o consumo de energia ao longo do dia e 
a sua representação no Gráfico 2. 
 
Tabela 6 - Consumo de energia ao longo do dia 
 
Hora do dia Tipo de carga Potência da carga Tempo de uso 
00:00~03:00 Geladeira + 
ventilador 
265 W 3 horas 
03:01~06:00 Geladeira 200 W 3 horas 
06:01~09:00 Geladeira 200 W 3 horas 
09:01~12:00 Geladeira 200 W 3 horas 
12:01~15:00 Geladeira + 
televisão 
290 W 3 horas 
15:01~18:00 Geladeira 200 W 3 horas 
18:01~21:00 Geladeira + 4 
lâmpadas + 
televisão 
computador + 
ventilador 
603 W 3 horas 
21:01~23:59 Geladeira + 2 
lâmpadas + 
televisão + 
ventilador 
 387 W 3 horas 
Fonte: A Autora 
 
 
 
 
 
 
 
49 
 
Gráfico 2 - Consumo de energia ao longo dia 
 
Fonte: A Autora 
 
O Gráfico 2 mostrou a representação da carga elétrica em relação ao seu 
tempo de uso ao longo do dia. 
Com base no consumo aferido, determinar-se a potência que o sistema 
eólico deverá ter para ser capaz de fornecer a demanda de energia. Essa potência 
contínua é a potência média que o sistema eólico deverá fornecer continuamente nas 
horas em que possui ventos satisfatório no dia para atender à solicitação. 
De acordo com os dados aferidos da velocidade do vento local, observou-se 
que o pior caso de ocorrência seria de 6 horas diárias sem vento satisfatório para atender 
a demanda de energia das cargas. O cálculo da potência contínua, foi feita considerando 
que terá durante 18 horas ventos satisfatórios para atender a demanda de energia. 
 
4.4 Dimensionamento e Instalação da Turbina e Gerador 
 
4.4.1 Escolha do Tipo da Turbina 
 
Ao escolher o tipo do aerogerador foi analisado a velocidade mínima de 
vento para funcionamento do microgerador eólico, a velocidade de vento em que o 
microgerador eólico alcança a potência nominal e a velocidade (máxima) de vento em 
0
100
200
300
400
500
600
700
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1
0
1
1
1
2
1
3
1
4
1
5
1
6
1
7
1
8
1
9
2
0
2
1
2
2
2
3
2
3
:5
9
P
o
tê
n
ci
a 
el
ét
ri
ca
 (
W
)
Hora do dia
50 
 
que o microgerador eólico desliga. A partir destes dados básicos determinamos o tipo de 
aerogerador, para áreas urbanas a turbina escolhida é uma turbina de eixo vertical. 
Dentro dos modelos de aerogeradores verticais, optou-se pelo modelo 
Darrieus, essa turbina apresenta uma construção simples e de baixo custo. Possui grande 
eficiência viabilizando a sua utilização para geração de energia elétrica. 
A quantidade de pás está diretamente relacionada com a estabilidade, 
geração de ruído e solidez. Com o aumento de número de pás o custo se eleva, os 
aerogeradores com muitas pás possuem alta solidez e interagem com ventos com 
velocidade reduzida. Para geração de eletricidade o ideal é aerogeradores com baixa 
solidez, ou seja, turbinas de duas, três ou cinco pás. 
Por ser mais silenciosa, comparada com uma turbina de duas pás, e ter o 
funcionamento mais estável será adotada uma turbina de três pás nesse projeto. 
 
4.4.2 Determinação da Potência e Dimensões da turbina 
 
Para os devidos cálculos foram utilizados como referência turbinas já 
existentes comercialmente. 
Os cálculos da dimensão da turbina