AULA 6 - ENERGIA EÓLICA

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ENERGIA EÓLICA
RECURSOS ENERGÉTICOS E 
BIOCOMBUSTÍVEIS
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA 
Michaela Coradi
Pinhalzinho, 2020.
HISTÓRICO
• O uso da energia eólica não é recente.
• Ainda há dúvidas de quando e onde exatamente a energia
eólica começou a ser usada.
• Especula-se que os moinhos de vento foram usados no Egito,
perto de Alexandria, há supostamente 3.000 anos, no entanto,
não há provas convincentes de que povos mais desenvolvidos,
como egípcios, romanos e gregos, realmente conheciam os
moinhos de vento.
HISTÓRICO
• A primeira informação confiável extraída de fontes
históricas é de que os moinhos de vento surgiram
na Pérsia por volta de 200 a.C., onde eram usados
na moagem de grãos e bombeamento d’água.
• Eram moinhos bem primitivos, com baixa eficiência
e de eixo vertical.
• Alguns séculos mais tarde chegaram à Europa
notícias de que chineses já usavam os moinhos de
vento na drenagem dos seus campos de arroz.
• Não se sabe há quanto tempo os chineses
conheciam essa tecnologia, mas o que se tem
conhecimento é de que eram estruturas simples
feitas de bambu, velas de pano e tinham eixo de
rotação vertical.
Trataremos disto no slide 63
HISTÓRICO
• Os tradicionais moinhos de ventos de eixo de
rotação horizontal provavelmente foram inventados
na Europa.
• A primeira informação documentada registra o seu
aparecimento no ano de 1180, em Duchy,
Normandia.
• As máquinas primitivas de eixo vertical persistiram
até o século XII, quando os moinhos de vento de
eixo horizontal do tipo holandês começaram a ser
usados em larga escala em vários países da Europa,
tais como Inglaterra, França e Holanda.
Trataremos disto no slide 66
HISTÓRICO
• Os moinhos na Europa tiveram, sem dúvida, uma forte
e decisiva influência na economia agrícola por vários
séculos substituindo a força humana e animal.
• Com o desenvolvimento tecnológico das pás, do
sistema de controle, dos eixos etc., o uso dos moinhos
de vento propiciou a otimização de várias atividades
que utilizavam a força motriz do vento.
• No século 17, a Holanda foi o país da Europa onde os
moinhos de vento tiveram uma importância maior:
moagem dos grãos e drenagem de terras.
HISTÓRICO
• Outros usos: acionamento de serrarias para
processar madeira e fabricação de papel, entre
outros.
• Com o surgimento da máquina a vapor no século
19, iniciou-se o declínio da energia eólica na
Holanda e em outros países europeus.
• Os moinhos de vento foram finalmente
abandonados quando as áreas rurais começaram
a ser eletrificadas.
• Atualmente encontram-se moinhos de vento –
alguns preservados, outros nem tanto – na
Alemanha (400), Holanda (1.000) e Bélgica (160). Moinho de vento 
do tipo holandês. 
HISTÓRICO
• Mesmo com o declínio no uso desses equipamentos na Europa,
houve uma expansão de seu uso nos Estados Unidos em
função da necessidade de energização de áreas que não
possuíam reservas hídricas.
• Dessa forma, tais equipamentos receberam inúmeros
aperfeiçoamentos, o que proporcionou o desenvolvimento de
equipamentos mais simples, menos pesados, mais eficientes e
menos custosos.
• O equipamento denominado Eclipse, desenvolvido pelo
Reverendo Leonhard R. Wheeler de Wisconsin, bem
semelhante aos cata-ventos utilizados atualmente no
bombeamento de água, tornou-se o modelo padrão da turbina
eólica americana
Exemplo de um cata-vento multipás
utilizado em áreas rurais.
HISTÓRICO
Energia elétrica e aerogeradores
• Quando a energia dos ventos começou a ser transformada em
eletricidade por meio dos aerogeradores na segunda metade
do século XIX, cidades de maior porte de vários países já
recebiam energia elétrica via rede de distribuição gerada por
meio de usinas hidrelétricas e termelétricas, porém, as áreas
rurais eram desprovidas de energia elétrica, pois não era viável
estender a rede até esses locais.
• Assim, nessa época, o moinho de vento (cata-vento) era a
principal tecnologia usada como fonte de energia no meio rural
para bombeamento de água.
HISTÓRICO
Energia elétrica e aerogeradores
• O marco inicial no desenvolvimento das modernas
turbinas eólicas se deu na Dinamarca com Poul La
Cour, professor de um centro educacional para
adultos em Askov.
• Poul La Cour construiu um protótipo de turbina
eólica para realizar seus experimentos em 1891.
Tratava-se de uma turbina eólica acoplada a um
gerador de corrente contínua (CC), cuja energia
gerada era utilizada na eletrólise e no
armazenamento do gás hidrogênio produzido, o qual
foi utilizado em lâmpadas.
HISTÓRICO
Acontecimentos históricos como a Primeira e a Segunda Guerra
Mundial contribuíram para o desenvolvimento da tecnologia.
Turbina eólica Balaklava
desenvolvida em 1931 
na Rússia. 
Aerogerador Jacobs utilizado na 
década de 1930.
Aerogerador Smith-Putnam 
(1941) – primeira turbina de 
grande porte desenvolvida.
HISTÓRICO
Desenvolvimento das turbinas eólicas após A crise do
petróleo (1970)
• O governo americano, por meio de seus órgãos de pesquisa,
iniciou projetos com modelos de eixo horizontal, vertical e de
grande porte, testando e aprimorando várias configurações.
• Diversos materiais foram utilizados e novas concepções
implementadas de forma a obter os melhores resultados de
aproveitamento do vento e de geração de energia.
Turbina eólica Mod-5B instalada na 
Ilha de Oahu-Hawaii, em 1987.
Turbina eólica de eixo vertical 
de 4 MW instalada em 
Quebec, 1990. 
HISTÓRICO
Evolução do tamanho das turbinas
• O comércio das turbinas eólicas no mundo se
desenvolveu rapidamente em tecnologia e tamanho
durante os últimos anos.
• As turbinas modernas são mais confiáveis, custam
menos e são mais silenciosas.
• Apesar do nível tecnológico atingido, os
aperfeiçoamentos continuam.
• Ainda é possível diminuir os custos gerados por essa
tecnologia em sítios onshore com menores intensidades
de ventos, mas o desenvolvimento de turbinas para
aplicação offshore ainda não atingiu sua fase madura,
pois esse é um mercado mais recente e que está em
fase acelerada de exploração.
Evolução do tamanho dos aerogeradores nos últimos 
20 anos.
A energia eólica offshore é a fonte de energia limpa e renovável que se 
obtém aproveitando a força do vento que sopra em alto-mar, onde 
este alcança uma velocidade maior e mais constante, devido à 
inexistência de barreiras. Para explorar ao máximo esse recurso, são 
desenvolvidas megaestruturas assentadas sobre o leito marinho e 
dotadas das últimas inovações técnicas.
Trataremos de usinas offshore no slide 73
HISTÓRICO
Turbinas Offshore
• A primeira fazenda offshore a operar
comercialmente foi a Fazenda Eólica de Vindeby,
instalada em 1991 na Dinamarca e projetada pela
concessionária dinamarquesa Elkraft.
• Cada turbina utilizou uma larga fundação de base
cônica pesando aproximadamente 1.000 t no total.
• Cerca da metade do peso da fundação era formada
por cascalho e areia do fundo do mar, o que
melhora consideravelmente sua sustentação.
Vista geral da Fazenda Eólica de Vindeby. 
HISTÓRICO
Turbinas Offshore
• As primeiras centrais offshore comerciais começaram a ser instaladas no
final da década de 1990.
• Hoje, turbinas eólicas na classe de MW estão disponíveis para essa
aplicação e, tendo em vista o aumento da potência com o consequente
aumento no diâmetro das pás, as centrais eólicas estão sendo instaladas em
profundidades maiores.
• Países como Dinamarca, Alemanha, Inglaterra, Suécia e Holanda, entre
outros, possuem planos para instalação de centrais eólicas offshore.
Vista geral da Fazenda Eólica de Vindeby. 
HISTÓRICO
Evolução mundial na oferta de energia eólica
• Nos últimos anos o vento tem sido a fonte primária de energia elétrica de maior ritmo de expansão
no mundo, apresentando incremento exponencial da potência instalada.
Evolução da potência eólica instalada (MW). 
HISTÓRICO
Evolução mundial na oferta de energia eólica
Evolução da capacidade instalada por continente (MW). 
HISTÓRICO
Evolução mundial na oferta de energia eólica
Adições de potência e capacidade instalada em 2008HISTÓRICO
Oferta de energia eólica no Brasil
• A primeira turbina eólica instalada no
país, em 1992, no Arquipélago de
Fernando de Noronha, possuía
gerador com potência de 75 kW, rotor
de 17 m de diâmetro e torre de 23 m
de altura.
Primeira turbina eólica – Arquipélago de Fernando 
de Noronha.
• Outra instalação antiga é a Central
Eólica Experimental no Morro de
Camelinho, instalada na cidade de
Gouveia (MG), em 1994. Com
capacidade nominal de 1 MW, a central
é constituída por quatro turbinas de
250 kW, tem rotor de 29 m de
diâmetro e torre de 30 m de altura.
HISTÓRICO
Oferta de energia eólica no Brasil
Números ABEEólica - Fevereiro de 2019
HISTÓRICO
Oferta de energia eólica no Brasil
Números ABEEólica - Fevereiro de 2019
HISTÓRICO
Oferta de energia eólica no Brasil
Números ABEEólica - Fevereiro de 2019
A geração total das usinas em operação 
comercial e em teste de cada fonte atingiu, 
em dezembro de 2018, 64,4 GW médios, 
sendo que a fonte eólica foi responsável por 
4,9 GW médios dessa geração. 
HISTÓRICO
Oferta de energia eólica no Brasil
Números ABEEólica - Fevereiro de 2019
A curva da capacidade instalada da fonte 
eólica demostra o crescimento virtuoso da 
fonte no decorrer dos anos. 
A composição dos dados é feita através da 
consolidação das capacidades contratadas 
nos ambientes de contratação livre e 
regulado, ACL e ACR, respectivamente. 
Ao final de 2023 serão 19,39 GW instalados 
em território brasileiro. 
HISTÓRICO
Oferta de energia eólica no Brasil
Números ABEEólica - Fevereiro de 2019
Os parques instalados são subdivididos em duas categorias: 
operando em teste e operando comercialmente. A 
capacidade instalada no início de fevereiro foi 14,79 GW.
Os parques em construção são subdivididos em duas 
categorias: em construção e contratados e somaram, no 
mesmo período, 4,59 GW.
HISTÓRICO
Oferta de energia eólica no Brasil
Números ABEEólica - Fevereiro de 2019
Além de ser uma fonte com reduzido impacto ao longo de sua implantação, a eólica não emite CO2 em 
sua operação, substituindo, portanto, outras fontes de geração de energia elétrica com emissão. 
O gráfico mostra a quantidade de emissões de CO2 evitada pela fonte eólica a cada mês. 
Para base de comparação, vale informar que a cidade de São Paulo tem uma frota de mais de 6,2 
milhões de automóveis e o Estado de São Paulo possui mais de 18,9 milhões de automóveis.
* O total de emissões evitadas em 
2018 foi de 20,58 milhões de 
toneladas de CO2, o equivalente à 
emissão anual de cerca de 15,5 
milhões de automóveis.
HISTÓRICO
Oferta de energia eólica no Brasil
CONTRIBUIÇÃO SOCIOAMBIENTAL DA FONTE EÓLICA
https://www.youtube.com/watch?v
=EWBUNhBbH3c&feature=emb_log
o
https://www.youtube.com/watch?v=EWBUNhBbH3c&feature=emb_logo
HISTÓRICO
Oferta de energia eólica no Brasil
CONTRIBUIÇÃO SOCIOAMBIENTAL DA FONTE EÓLICA
HISTÓRICO
Oferta de energia eólica no Brasil
CONTRIBUIÇÃO SOCIOAMBIENTAL DA FONTE EÓLICA
HISTÓRICO
Oferta de energia eólica no Brasil
CONTRIBUIÇÃO SOCIOAMBIENTAL DA FONTE EÓLICA
HISTÓRICO
Oferta de energia eólica no Brasil
CONTRIBUIÇÃO SOCIOAMBIENTAL DA FONTE EÓLICA
HISTÓRICO
Oferta de energia eólica no Brasil
EVOLUÇÃO DA CAPACIDADE INSTALADA DA FONTE EÓLICA
HISTÓRICO
Oferta de energia eólica no Brasil
INVESTIMENTOS NO SETOR EÓLICO
HISTÓRICO
Oferta de energia eólica no Brasil
EVOLUÇÃO DA CAPACIDADE INSTALADA DA FONTE EÓLICA
HISTÓRICO
Oferta de energia eólica no Brasil
HISTÓRICO
Oferta de energia eólica em SC
• A contribuição da geração eólica é ainda pouco representativa na matriz energética catarinense.
• Atualmente, existem parques eólicos em operação na região de Água Doce e Bom Jardim da Serra.
• Dentre as dificuldades consideradas no cenário de desenvolvimento da geração eólica em Santa Catarina,
se destaca o fator de capacidade relativamente baixo dos parques eólicos já em operação, quando
comparados a parques instalados nos Estados do Rio Grande do Sul, Bahia, Piauí, Rio Grande do Norte e
Ceará, por exemplo.
• Esta característica é própria do regime de ventos dominante no Estado.
• Contudo, os parques de Santa Catarina estão mais próximos centros consumidores de carga, o que
justificaria a instalação, pois a geração mais baixa seria compensada por perdas elétricas menores na
transmissão.
• Ainda assim, medições de vento distribuídas sobre o Estado durante um período de 4 anos, apontam para
uma capacidade de produção anual de cerca de 3.700GWh, notadamente no sudeste de Santa Catarina.
HISTÓRICO
Oferta de energia eólica em SC
https://g1.globo.com/sc/santa-catarina/noticia/complexo-eolico-no-oeste-
de-sc-devera-produzir-energia-para-12-milhao-de-pessoas.ghtml
https://g1.globo.com/sc/santa-catarina/noticia/complexo-eolico-no-oeste-de-sc-devera-produzir-energia-para-12-milhao-de-pessoas.ghtml
VOCÊ SABE COMO FUNCIONA 
A ENERGIA EÓLICA?
https://www.youtube.com/watch?v=6Fc
3V0-ZA7k&feature=emb_logo
https://www.youtube.com/watch?v=6Fc3V0-ZA7k&feature=emb_logo
MODELO DE CIRCULAÇÃO DOS VENTOS
• O movimento das massas de ar na atmosfera é percebido como “ventos”,
e sua formação tem como causas o aquecimento da terra, a rotação da
terra e a influência de efeitos térmicos.
• Os ventos que sopram na terra podem ser classificados como ventos de
circulação global e local.
• Os ventos de circulação global são resultantes das variações de pressão,
temperatura e densidade causadas pelo aquecimento desigual da terra
pela radiação solar, que varia em função da distribuição geográfica,
período do dia e sua distribuição anual.
Ventos de circulação global
MODELO DE CIRCULAÇÃO DOS VENTOS
• A utilização dos recursos eólicos para a produção de
energia elétrica depende destes fatores locais, que
permitem predizer a viabilidade econômica e as
características técnicas e operacionais do
empreendimento:
• Velocidade do vento;
• Rugosidade do terreno;
• Altura;
• Direção do vento.
• A velocidade e direção dos ventos locais, que
acontecem próximo à superfície da Terra, sofrem a
influência de diversos parâmetros do local, que
devem ser conhecidos.
MODELO DE CIRCULAÇÃO DOS VENTOS
VELOCIDADE DO VENTO
• O vento apresenta variação em sua velocidade, intensidade e direção,
nas quais são observadas alterações em períodos curtos, médios e longos,
tornando de grande importância o conhecimento do comportamento dos
ventos na região em estudo, ou seja, a caracterização das diferentes
formas de variação da velocidade.
RUGOSIDADE DO TERRENO
• Em geral, quanto mais acentuada a rugosidade do terreno, maior será a
diminuição da velocidade do vento. Dessa forma, a rugosidade do terreno
onde será feito o aproveitamento eólico deve ser baixa, de modo a
diminuir a menores taxas a velocidade do vento na altura do rotor. Baixas
rugosidades também são desejáveis no entorno do terreno, na direção
principal do vento.
MODELO DE CIRCULAÇÃO DOS 
VENTOS
ALTURA
O perfil do vento se modifica de acordo com a altura em que é medido, sendo que
maiores velocidades são verificadas na medida em que se afasta do solo. Tal
consideração é de grande importância quando da especificação de um aerogerador,
isso porque as medidas de velocidade do vento nem sempre são feitas exatamente
na altura do eixo das turbinas, sendo então necessário extrapolar a velocidade do
vento.
DIREÇÃO DO VENTO
Uma vez que os ventos também variam a sua direção ao longo de um determinado
período, é muito importante a determinação desse comportamento como forma de
avaliar a possível conformidade de uma determinada turbina ao comportamento
variável das direções predominantes do vento. A direção do vento é também
imprescindível para o projeto do parque e a definição do layout das máquinas. A
rosa dos ventos permite verificar as informações da distribuição da velocidade do
vento e a frequência da variação de sua direção.
MODELO DE CIRCULAÇÃO DOS VENTOS
• Informações sobre as condições de contorno do local podem ser
obtidas através de mapas topográficos, dados de satélites ou visitas ao
local deinstalação.
• A variação da velocidade do vento com a altura em relação ao solo
influencia não apenas a avaliação do recurso eólico como também o
projeto da turbina eólica e, consequentemente, a escolha da turbina
mais adequada ao perfil do vento, considerando-se a velocidade média,
a densidade do ar e o índice de turbulência.
• Em estudos de aproveitamento energético dos ventos, dois modelos ou
“leis” matemáticas são comumente utilizados para representar o perfil
vertical dos ventos: a Lei de Potência e a Lei Logarítmica.
Importância do entendimento dos Fenômenos 
de transporte de movimento, temperatura e 
massa
Perfil de velocidade de escoamento externo
MODELO DE CIRCULAÇÃO DOS VENTOS
• A Lei de Potência representa o modelo mais simples e resultou de estudos da
camada limite sobre uma placa plana. É a mais simples de ser aplicada, porém
sem uma precisão muito apurada. A Lei de Potência é expressa por:
𝑉 = 𝑉𝑟
𝐻
𝐻𝑟
𝑛
Onde:
V = velocidade do vento na altura H;
Vr = velocidade do vento na altura de referência (medida);
H = altura desejada;
Hr = altura de referência;
n = expoente da Lei de Potência–coeficiente de rugosidade.
Cuidados devem ser tomados ao se 
usar a Lei de Potência em locais que 
apresentam orografia elevada, ou seja, 
terrenos com elevações e depressões e 
valores de H maiores que 50 m.
MODELO DE CIRCULAÇÃO DOS VENTOS
MODELO DE CIRCULAÇÃO DOS VENTOS
• O modelo com base na Lei Logarítmica é aplicado a terrenos complexos,
com orografia mais acentuada, e leva em conta que o escoamento na
atmosfera é altamente turbulento.
• Para velocidades elevadas, o perfil vertical do vento segundo a Lei
Logarítmica é calculado pela seguinte equação,
𝑉(𝑧) =
𝑉0
𝐾𝐶
𝑙𝑛
𝑍
𝑍0
Onde:
• V(z) é a velocidade do vento na altura z;
• z0 é o comprimento de rugosidade (caracteriza a rugosidade do terreno);
• Kc é a constante de Von Kármán (Kc = 0,4);
• vo é a velocidade de atrito relacionada com a tensão de cisalhamento na
superfície e a massa específica do ar.
MODELO DE CIRCULAÇÃO DOS VENTOS
ESTIMATIVA DO POTENCIAL EÓLICO
• A potência é definida como a razão pela qual a energia é usada ou
convertida por unidade de tempo, por exemplo, Joules/s. A unidade da
potência é o Watt (W), e um Watt é igual a 1 Joule/s, de acordo com a
unidade do Sistema Internacional (SI).
• A energia contida no vento é a energia cinética, ocasionada pela
movimentação de massas de ar.
Influência da mudança da rugosidade no perfil vertical do vento.
ESTIMATIVA DO POTENCIAL EÓLICO
• A energia cinética do vento (E) é dada pela seguinte equação:
𝐸 =
1
2
𝑚𝑉2(𝐽)
em que:
m = massa de uma partícula de ar, em kg;
V = sua velocidade, em m/s.
• A energia por unidade de tempo é igual à potência. Assim,
𝑃 =
𝐸
∆𝑡
=
1
2
ሶ𝑚𝑉2(𝑊)
Sendo:
ሶ𝑚 = fluxo de massa ou vazão mássica, em kg/s;
P = potência, em watts.
ESTIMATIVA DO POTENCIAL EÓLICO
• Pode-se calcular a energia cinética do vento se, em primeiro lugar, imaginarmos
o ar passando por um anel circular (circundando uma área A em m2), a uma
velocidade “V”.
Considera-se a área do anel circular como a área varrida pelas pás de uma 
turbina eólica do tipo “hélice de eixo horizontal”
ESTIMATIVA DO POTENCIAL EÓLICO
• À medida que o ar se move à velocidade de 10 m/s, um cilindro de ar com um
comprimento de 10 metros vai se formando a cada segundo. Portanto, um
volume de ar de 100 × 10 = 1000 metros cúbicos passará pelo anel a cada
segundo. Multiplicando esse volume pela massa específica do ar, obtemos a
massa de ar movendo-se através do anel a cada segundo. Isto é, a massa de ar
que se move por determinada área na unidade de tempo (fluxo de massa) é
igual à massa específica do ar × volume de ar passando a cada segundo, que é
igual a: massa específica do ar × área × distância percorrida pelo ar a cada
segundo (velocidade do ar), ou seja:
ሶ𝑚 = 𝜌𝐴V
• O produto A·V representa a taxa de fluxo volumétrico de ar passando pelo anel
circular.
sendo D o diâmetro do rotor.
ESTIMATIVA DO POTENCIAL EÓLICO
• Tendo em vista que locais que apresentam a mesma velocidade média dos
ventos podem apresentar diferentes potências eólicas em função da variação na
massa específica do ar, é mais adequado comparar o potencial eólico desses
locais por intermédio da potência por unidade de área ou densidade de
potência (P/A).
• P/A é a potência contida no vento que atinge a parte frontal da turbina.
• Varia linearmente com a massa específica do ar e com o cubo da velocidade do
vento.
• Apenas uma parte dessa potência é aproveitada nas pás do rotor. A parte não
aproveitada é levada pelo ar que deixa as pás movendo-se com velocidade
reduzida.
Pequenas variações da velocidade do 
vento podem ocasionar grandes 
alterações na potência.
𝑃
𝐴
=
1
2
𝜌𝑽𝟑
ESTIMATIVA DO POTENCIAL EÓLICO
• A massa específica ou densidade do ar ρ varia com a pressão e temperatura,
conforme a seguinte expressão:
𝜌 =
𝑝
𝑅 𝑇
em que:
p = pressão do ar, em kPa;
T = temperatura em escala absoluta, em K;
R = constante particular do gás, em kg/kmol.
Em condições padrão (no nível do mar, 15 °C e 1 atm de pressão), a massa 
específica do ar é de 1,2256 kg/m3.
Como a temperatura do ar e a pressão atmosférica variam 
com a altura, turbinas eólicas instaladas em um mesmo 
local, porém em diferentes alturas, podem captar energia 
com diferentes densidades de potência tendo em vista: 
variação na massa específica e velocidade do ar.
MEDIÇÃO DO VENTO
• No estudo de dimensionamento e viabilidade técnica e econômica de uma
central eólica, é necessário ter conhecimento, com a maior exatidão possível, do
regime de vento do local de interesse.
• Nem sempre esses dados estão disponíveis na forma mais adequada, sendo
estimados por atlas eólicos. Porém não se trata de dados precisos que possam
ser usados em projeto e instalação de usina eólica.
Recordando que a energia gerada por 
uma turbina (P/A) é proporcional ao 
cubo da velocidade do vento.
A partir de dados conhecidos de um ou mais 
locais, se obtêm dados para diversos locais, 
construindo-se, assim, o que se chama de 
mapas ou atlas eólicos. 
MEDIÇÃO DO VENTO
• É imprescindível instalar no local de interesse um sistema de
medição e coletar dados por um período de pelo menos um ano
para que se possam conhecer as variações sazonais da velocidade
do vento.
• Uma torre meteorológica de coleta de dados de vento para
aplicações de energia eólica contém os seguintes tipos de
instrumentos:
➢ anemômetros para medir a velocidade do vento;
➢ lemes para medir a direção do vento;
➢ termômetro para medir a temperatura do ar;
➢ barômetro para medir a pressão do ar;
➢ sistema para aquisição e armazenamento de dados.
Modelo de estação 
meteorológica do tipo 
estaiada.
MEDIÇÃO DO VENTO
Anemômetro do tipo três conchas.
Modelo de sensor de velocidade de vento mais utilizado.
Se constitui de três braços horizontais montados em um pequeno 
eixo vertical, cada braço possuindo na extremidade uma concha de 
metal. Esse sensor tem diâmetro em torno de 15 cm. Sua precisão 
apresenta valores próximos a ± 2 %.
Modelo de sensor de direção da velocidade do vento.
Os sensores de direção da velocidade do vento usualmente 
utilizados têm formato de leme. Um leme é acoplado a um eixo 
vertical. Do lado oposto ao leme coloca-se um contrapeso para 
criar um balanço na junção do leme com o eixo.
CONVERSÃO DA ENERGIA EÓLICA
• A produção de energia em turbinas eólicas depende da interação do
rotor com os ventos.
• Experiências têm mostrado que os principais aspectos relacionados à
eficiência de uma turbina eólica (potência e carga mecânica média) são
determinados pelas forças aerodinâmicas geradas pela velocidade
média dos ventos.
• As diversas forças induzidas nos componentes de uma turbina, sejam
causadas pela velocidade média dos ventos, pela flutuação dos ventos,
pelo modo de operação da turbina e pelos efeitos dinâmicos, são fontes
de fadiga e fatores que contribuem para o pico de carga a que a turbina
estásujeita.
• Esses fatores só são compreendidos quando a aerodinâmica da
operação da turbina no regime estável é compreendida.
CONVERSÃO DA ENERGIA EÓLICA
Energia mecânica extraída do vento por uma turbina eólica
• A Equação que define a potência eólica, que é função da massa
específica do ar, área de captação e velocidade do vento ao cubo, se
refere ao vento não perturbado, ou seja, perfil de velocidade do vento
antes de atingir as pás do rotor.
• Esse vento, ao encontrar um obstáculo ao seu fluxo (no caso as pás da
turbina), terá seu perfil modificado.
• Nessa passagem pela turbina eólica, parte da potência será
transformada em potência mecânica no eixo da turbina, em função do
torque e da rotação resultantes.
CONVERSÃO DA ENERGIA EÓLICA
Energia mecânica extraída do vento por uma turbina eólica
• A lei de continuidade de fluxo estabelece que o fluxo de massa é sempre o
mesmo, porém a velocidade do vento atrás do conversor eólico deve
decrescer. O decréscimo na velocidade do vento significa que,
simultaneamente, um fluido ocupará uma seção transversal maior, para
que a mesma quantidade de massa por unidade de tempo passe por ele.
Perfil do vento em função da extração da energia mecânica
V1 = velocidade do vento não perturbado;
V = velocidade do vento no ponto de
extração da energia mecânica;
V2 = velocidade do vento atrás do
conversor eólico.
Sendo V1 > V > V2.
CONVERSÃO DA ENERGIA EÓLICA
Energia mecânica extraída do vento por uma turbina eólica
• Pela lei da continuidade de fluxo:
𝜌 1𝐴1𝑉1 = 𝜌 2𝐴2𝑉2
• Ou seja, todo fluxo de massa de ar que chega até o conversor eólico é igual ao que
sai do mesmo. Se a velocidade do ar é menor na saída, esse ar ocupará uma seção
transversal maior.
• A potência mecânica que o conversor extrai do fluxo de ar corresponde à diferença
entre a potência do fluxo de ar antes e após sua passagem pelo conversor:
𝑃𝑚 =
1
2
𝜌𝐴1𝑉1
3 −
1
2
𝜌𝐴2𝑉2
3
𝑃𝑚 =
1
2
ሶ𝑚(𝑉1
2 − 𝑉2
2)
em que:
𝑃𝑚 = potência mecânica extraída pelo conversor eólico;
ሶ𝑚 = massa de ar por segundo (fluxo)
CONVERSÃO DA ENERGIA 
EÓLICA
• Os sistemas eólicos de conversão de
energia são classificados em dois tipos, a
saber: aqueles que utilizam a força de
arrasto e os que utilizam a força de
sustentação.
• As turbinas modernas utilizam
preferencialmente a concepção
da sustentação. Nelas são usados
aerofólios que interagem com o vento.
• As turbinas eólicas que utilizam a
concepção da força de sustentação podem
ser divididas, de acordo com a orientação
do seu eixo de giro, em turbinas de eixo
vertical ou de eixo horizontal.
CONVERSÃO DA
ENERGIA EÓLICA
TURBINAS EÓLICAS DE EIXO
VERTICAL (TEEV)
• As turbinas de eixo vertical são
comumente denominadas
Darrieus e fazem uso de aerofólios
simétricos e ligeiramente curvados
em forma de “C”, movidos por
forças de sustentação e com as
duas pontas atadas ao eixo
vertical.
CONVERSÃO DA ENERGIA EÓLICA
TURBINAS EÓLICAS DE EIXO VERTICAL (TEEV)
Vantagens:
• Operam independentemente da direção do vento
(sistema de direção de pás de fluxo principal);
• E também por terem a parte eletromecânica (rotor –
caixa de transmissão e gerador) alocadas no nível do
solo, reduzindo, portanto, os custos de instalação e
manutenção.
CONVERSÃO DA ENERGIA EÓLICA
TURBINAS EÓLICAS DE EIXO VERTICAL (TEEV)
Desvantagens:
• Elevados níveis de flutuação no torque em cada giro;
• Falta de capacidade de autopartida, requerendo um sistema de partida para
acionamento em baixas velocidades;
• Capacidade limitada de regulação em altas velocidades;
• Menor capacidade de produção de energia devido às baixas velocidades do
vento no solo;
• A fabricação das pás de alumínio tem custo elevado e apresenta problemas
por fadiga. Portanto, modelos de segunda geração utilizam pás de poliéster e
fibra de vidro;
• A natureza do escoamento nas pás é muito mais complexa que nas turbinas
eólicas de eixo horizontal, havendo dificuldades na obtenção de um adequado
modelamento das forças aerodinâmicas.
CONVERSÃO DA ENERGIA EÓLICA
TURBINAS EÓLICAS DE EIXO HORIZONTAL (TEEH)
• Todos os aerogeradores hoje conectados à rede elétrica
são construídos com turbinas de eixo horizontal.
• Para a orientação do rotor na direção do vento, os
aerogeradores de eixo horizontal fazem uso de diferentes
tecnologias:
• rotor multipás, que é mais utilizado para o
bombeamento de água, podendo chegar a 20 ou
mais pás e funcionando bem a baixas velocidades;
• rotor de duas ou três pás, em sua grande maioria
usado para a geração de energia elétrica.
“O número de pás a serem utilizadas é inversamente
proporcional à velocidade no eixo do rotor e diretamente
relacionada ao torque gerado; dessa forma, quanto menor
o número de pás, mais rápido o eixo gira”
CONVERSÃO DA ENERGIA EÓLICA
TURBINAS EÓLICAS DE EIXO HORIZONTAL (TEEH)
Como Funcionam As Turbinas Eólicas?
https://www.youtube.com/watch
?v=V6lyCuw7VfU&feature=emb_l
ogo
https://www.youtube.com/watch?v=V6lyCuw7VfU&feature=emb_logo
CONVERSÃO DA ENERGIA EÓLICA
TURBINAS EÓLICAS DE EIXO HORIZONTAL (TEEH)
Os principais componentes de um aerogerador de Eixo
Horizontal:
• Torre: geralmente de estrutura tubular, sustenta a
nacele e o rotor acima do solo para capturar melhor a
energia contida nos ventos onde a rugosidade é menor.
• Nacele: contém os principais componentes da turbina:
caixa de engrenagens, controlador de freio e o gerador
elétrico. Protege os componentes de elementos
externos.
• Pás do rotor: captam o vento e convertem sua potência
ao centro do rotor.
• Rotor: sistema de captação de energia cinética dos
ventos a qual converte em energia mecânica no seu eixo.
CONVERSÃO DA ENERGIA EÓLICA
TURBINAS EÓLICAS DE EIXO HORIZONTAL (TEEH)
• Transmissão: transmite a energia mecânica do eixo do
rotor para o gerador.
• Caixa multiplicadora: “Tradicionalmente é colocada
uma caixa de transmissão entre o rotor e o gerador, de
forma a adaptar a baixa velocidade do rotor à
velocidade mais elevada dos geradores convencionais,
pois a velocidade angular dos rotores varia de 20 a 150
RPM, enquanto os geradores trabalham a rotações mais
elevadas, na faixa de 1220 a 1800 RPM”. No entanto,
alguns fabricantes, utilizando geradores multipolos de
baixa velocidade e grandes dimensões, conseguiram
abandonar a utilização da caixa de transmissão.
CARACTERÍSTICAS TECNOLÓGICAS
TURBINAS EÓLICAS DE EIXO HORIZONTAL (TEEH)
• Gerador de eletricidade: converte a energia mecânica em
energia elétrica, ou seja, converte o torque do giro do rotor
em eletricidade. É uma bobina girando em um campo
magnético.
• Mecanismos de controle: usam sensores para o bom
funcionamento e a segurança do sistema, para melhor
aproveitar o vento.
• Controle de potência: visa evitar o sobrecarregamento
elétrico e do sistema de transmissão quando ocorre o
aumento do fluxo de ar e o consequente aumento das
forças de sustentação aerodinâmicas, causando o aumento
na energia extraída da turbina. Para isso, deve-se reduzir as
forças motrizes que atuam em cada pá do rotor, bem como
a carga total que atua na estrutura da turbina. Esse
controle pode ser do tipo Estol (Stall), Controle de Passo
(Pitch) ou Controle Ativo de Estol.
• Anemômetro: mede a intensidade e a velocidade dos
ventos, normalmente de 10 em 10 minutos.
CONVERSÃO DA ENERGIA EÓLICA
TURBINAS EÓLICAS DE EIXO HORIZONTAL (TEEH)
Outros fatores determinantes para a escolha do tipo de turbina
eólica podem ser:
Tipo de projeto: três tendências de construção são as que
predominam no mercado:
i. Turbinas projetadas para suportarem elevadas cargas. São
turbinas que possuem três ou mais pás, de alta resistência e
controle de passo não otimizado. São turbinas de confiabilidade
otimizada.
ii. Turbinas projetadas para se ajustar à carga e também liberá-la.
São turbinas com pás de baixa resistência e controle de passo
otimizado, possuindo elevada relação de velocidade. Seu
desempenho é otimizado.
iii. Turbinas projetadas para gerenciar o controle de carga de forma
mecânica e/ou elétrica. São turbinas comduas ou três pás, com
moderada relação de velocidade e com diversas inovações
mecânicas e elétricas, como geradores de velocidade variáveis,
controles no movimento das pás etc. Essas turbinas possuem o
controle otimizado.
APLICAÇÕES DA ENERGIA EÓLICA
Um sistema eólico pode ser utilizado em três aplicações distintas: sistemas
isolados, sistemas híbridos e sistemas interligados à rede de energia elétrica.
• Os sistemas isolados são em geral de pequeno porte e utilizam alguma
forma de armazenamento de energia, como baterias ou energia
gravitacional (armazenamento de água em reservatórios). Existem, porém,
algumas aplicações que não necessitam desse armazenamento de
energia, como nos casos dos sistemas de irrigação, em que a energia
eólica é utilizada para bombear a água.
• Os sistemas híbridos apresentam, além da energia eólica, outras fontes
de energia, aumentando a complexidade do sistema como um todo. Esses
sistemas são, em geral, de médio porte e atendem a um número maior de
usuários que os sistemas isolados.
• Os sistemas interligados fornecem energia de forma complementar ao
sistema de grande porte ao qual estão conectados, não sendo
necessários, portanto, sistemas de armazenamento de energia.
APROVEITAMENTOS 
OFFSHORE
• O aproveitamento dos recursos
eólicos offshore no mundo se deu inicialmente
em território europeu. Estes projetos estão hoje
localizados, em sua quase totalidade, no norte da
Europa, onde terras com boas condições para o
aproveitamento eólico são mais escassas que em
outras regiões do globo, como nos EUA ou na
China.
• Estes aproveitamentos se situam entre 1 e 30
km da costa, a uma profundidade de
aproximadamente 10 m.
• A condição de existência de baixa profundidade
e proximidade da costa, em
áreas offshore potencialmente aproveitáveis em
termos de disponibilidade de vento, são
fundamentais para a viabilização do projeto, face
aos custos vinculados a estas variáveis.
APROVEITAMENTOS OFFSHORE
• Segundo a IEA (2008), a tecnologia offshore se encontra menos madura e
ainda é 50% mais cara que a onshore, apesar de que, devido a melhores
condições dos ventos, os geradores offshore geram até 50% a mais de
energia.
• Devido aos efeitos combinados das diferentes cargas nas partes da turbina eólica, assim como na sua
fundação, uma nova geração de turbinas mais robustas deve ser desenvolvida, projetada desde o princípio
para o ambiente offshore. O projeto dessas turbinas “dedicadas” deve ser baseado em condições de
operação offshore específicas (IEA, 2008; IEA 2009).
• Embora diversas companhias estejam testando e fabricando aerogeradores construídos para o
ambiente offshore, a maioria dessas turbinas são apenas turbinas onshore modificadas. Isto acontece
porque as necessidades reais dessas turbinas em condições offshore são insuficientemente entendidas, e,
assim, suas características ainda não estão satisfatoriamente otimizadas (IEA, 2009).
ASPECTOS ECONÔMICOS
Estrutura de custos de uma central eólica
ASPECTOS ECONÔMICOS
ASPECTOS AMBIENTAIS
• O aproveitamento da energia cinética dos ventos como fonte de geração
de eletricidade é um dos mais interessantes e promissores em nível
mundial.
• Embora seja uma fonte de energia renovável, de maneira não diversa das
demais fontes, a energia eólica também apresenta impactos ambientais
negativos, oriundos das fases de preparação do sítio eólico e instalação
das turbinas.
• Contudo, é entendida como alternativa limpa tendo em vista que, de
forma direta, não causa impactos nocivos ao meio ambiente, tais como
emissões de poluentes na atmosfera.
• Em geral, os benefícios ambientais da energia eólica são calculados em
função das emissões que se deixa de produzir quando essa substitui as
outras fontes de energia poluidoras, a exemplo das centrais
termoelétricas que usam combustíveis fósseis.
ASPECTOS AMBIENTAIS
• A implantação de parques eólicos pressupõe que todos os projetos sejam
precedidos de estudos ambientais, cujas características, em profundidade
e abrangência, devem depender das especificidades de cada projeto e dos
efeitos resultantes de sua localização.
• A realização de estudos de impacto ambiental decorre da aplicação da
legislação ambiental vigente.
• Na fase do estudo de viabilidade se obtém as primeiras informações do
local, e estudos são feitos para se verificar a melhor forma de mitigar os
impactos. A obtenção de licenças ambientais é um dos requisitos
fundamentais para que os projetos sejam aprovados. São três as licenças
ambientais necessárias: licença prévia, licença de instalação e licença de
operação.
• Os impactos positivos e negativos da energia eólica ocorrem na fase de
construção e operação dos parques.
ASPECTOS AMBIENTAIS
• Os principais impactos ambientais que ocorrem na fase de
instalação e operação nesse tipo de empreendimento podem
ser divididos em:
• Paisagem
• Ecologia: fauna e flora
• Ruído
• Solo
• Recursos hídricos
• Qualidade do ar
• Socioeconômico
• Patrimônio arqueológico, arquitetônico, etnológico
ASPECTOS AMBIENTAIS
Paisagem
Fase de construção:
• alteração da forma da paisagem;
• desordem visual resultante da execução de obras de construção civil,
fundação de torres dos aerogeradores, edifício de comando e
subestações;
• destruição da cobertura vegetal;
• presença, movimentação e circulação de máquinas pesadas;
• emissão de poeiras associadas à execução de obras.
Fase de operação:
A presença de aerogeradores, subestações, edifício de comando e estradas
pode causar impacto sobre a estrutura biofísica da paisagem. Do ponto de
vista paisagístico, os aerogeradores são elementos de apreciação subjetiva,
sendo a magnitude de seus impactos dependente da maior ou menor
visibilidade do parque eólico, da frequência e número de observadores a
partir dos locais adjacentes (aglomerados populacionais e vias de acesso).
ASPECTOS AMBIENTAIS
Ecologia: fauna e flora
Fase de construção:
• Flora: destruição da cobertura vegetal por conta da necessária movimentação
de terras e dos desmatamentos associados às intervenções indicadas.
• Fauna: perturbação dos locais de repouso, alimentação e reprodução de todas
as espécies, esmagamentos ou ferimento de vários animais, como répteis,
anfíbios e pequenos mamíferos.
Fase de operação:
• Flora: facilitação da circulação de veículos e pessoas na zona do parque eólico,
que geralmente corresponde a locais poucos frequentados (cumes de serras),
podendo ocorrer pisoteio até mesmo de espécies protegidas.
• Fauna: facilitação da circulação de veículos e pessoas na zona do parque
eólico, que geralmente corresponde a locais pouco frequentados (cumes de
serras), podendo afetar as populações existentes; possibilidade de colisão de
aves contra aerogeradores e redes elétricas; perturbações causadas às aves
que utilizam a zona para alimentação, repouso e reprodução.
ASPECTOS AMBIENTAIS
Ruído
Fase de construção:
Aumento dos níveis de ruído contínuo e pontual devido à utilização de
maquinários pesados e tráfego de veículos para transporte de pessoas,
materiais e equipamentos; utilização eventual de explosivos para abertura
de cavidades para a fundação das torres, subestações, edifícios de
comando e caminhos.
Fase de operação:
Ruído gerado pelas turbinas eólicas, ou seja, ruído aerodinâmico e ruído
mecânico.
ASPECTOS AMBIENTAIS
Solo
Fase de construção:
Ocupação e utilização definitiva de zonas de implantação das obras, como:
fundações das torres, subestações, edifício de comando, caminhos, valas
para cabos elétricos; restrição aos usos preexistentes; rejeição de diversos
tipos de resíduos; movimentação de terras e terraplanagem; exposição do
solo a fenômenos erosivos; ocorrência de derrames de óleos e
combustíveis resultantes da utilização de máquinas e veículos.
Fase de operação:
Eventuais despejos de óleos e produtos afins nas operações de
manutenção e reparo; rejeição eventual de produtos sólidos; restrição aos
potenciais usos da terra.
ASPECTOS AMBIENTAIS
Recursos hídricos
Fase de construção:
Impactos nas redes de água/córregos,por conta de efluentes de estaleiro;
eventuais derramamentos de óleos, combustíveis e produtos semelhantes;
águas residuais resultantes da lavagem das betoneiras; sedimentos
arrastados pelas chuvas.
Fase de operação:
Eventuais despejos de óleos e produtos afins nas operações de
manutenção e reparo.
ASPECTOS AMBIENTAIS
Qualidade do ar
Fase de construção:
Deve-se à utilização de maquinário pesado e aumento do tráfego de
veículos pesados que contribuem para a emissão de gases, como: CO, CO2,
NOx, partículas sólidas, entre outras.
Fase de operação:
Não há impactos negativos decorrentes da exploração de um parque eólico
sobre a qualidade do ar.
ASPECTOS AMBIENTAIS
Socioeconômico
Fase de construção:
Receitas locais resultantes dos contratos de arrendamento dos terrenos;
utilização de mão de obra local para as obras de construção civil
(pavimentação e abertura de estradas, construção de subestações, edifício
de comando e fundação da torre); a montagem das torres, dos
aerogeradores e das redes elétricas requer mão de obra especializada, que,
em geral, corresponde a pessoas de fora da região; incentivo ao
desenvolvimento do comércio de localidades vizinhas e de atividades
hoteleiras pela presença de trabalhadores na obra.
Fase de operação:
Receitas locais resultantes dos contratos de arrendamento dos terrenos;
criação de postos de trabalho para operação e manutenção dos parques
eólicos; produção de energia elétrica a partir de uma fonte de energia
renovável, sem emissão de poluentes atmosféricos, beneficiando na
qualidade de vida da população em geral.
ASPECTOS AMBIENTAIS
Patrimônio arqueológico, arquitetônico, etnológico
Fase de construção:
Eventuais danos aos elementos patrimoniais existentes na zona de
implantação do parque eólico.
Fase de operação:
Divulgação do patrimônio existente, que deverá ser documentado,
sinalizado e conservado; eventuais danos aos elementos patrimoniais na
zona de implantação do parque eólico.
Referências:
• ENERGIAS renováveis, geração distribuida e eficiência
energética. Rio de Janeiro LTC 2017 1 recurso online ISBN 
9788521633785.
• FADIGAS, Eliane A. Faria Amaral. Energia eólica. São Paulo 
Manole 2011 1 recurso online ISBN 9788520446539.
• FONTES de energia nova e renovável. Rio de Janeiro LTC 
2013 1 recurso online ISBN 978-85-216-2474-5.
• JIM PIPE. Energia eólica. Callis 33 ISBN 9788574168906
• PINTO, Milton de Oliveira. Fundamentos de energia
eólica. Rio de Janeiro LTC 2012 1 recurso online ISBN 978-85-
216-2193-5.