Tecnologia de Aerogeradores

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Características e descrição da 
tecnologia de aerogeradores
Prof. Dr. Eduardo Verri Liberado
1Engenharia de Energia
Retirado de: Milton, 2013.
Aula anterior
• Aerodinâmica da turbina
• Classificação das turbinas eólicas
– Turbinas de eixo vertical
– Turbinas de eixo horizontal
• Conversão de energia no sistema eólico
– Conversão da energia cinética do vento (eólica) 
em energia cinética de rotação (mecânica)
• Potência mecânica e torque
– Efeito do “sombreamento”
• Número de pás em turbinas de eixo horizontal
• Variação do coeficiente de potência
• Curva de potência
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Nesta aula
• Curva de potência
• Alinhamento do rotor com a direção do vento 
(controle yaw)
• Controle do ângulo de passo das pás (controle 
pitch)
• Controle por estol das pás
• Comparação entre os controles de passo, estol 
passivo e estol ativo
• Componentes do aerogerador com rotor de eixo 
horizontal
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Bibliografia
• Milton Oliveira Pinto, Fundamentos de energia eólica, LTC, 
2013. (Milton, 2013)
• Eliane A. Fadigas, Energia Eólica, Manole, 2011. (Fadigas, 
2011)
• Ahmad Hemami, Wind Turbine Technology, CENGAGE 
Learning, 2012. ISBN: 978-1-4354-8646-1
• Ricardo Dutra (CRESESB), Energia Eólica: Princípios e 
Tecnologias, 2008 (Tutorial, 2008).
• Selênio Rocha Silva, Notas de aula da disciplina “Impacto de 
GD às redes elétricas”, UFMG, 2014.
• José Antenor Pomilio, Apostila da disciplina “Eletrônica de 
potência para geração, transmissão e distribuição de energia 
elétrica”, UNICAMP, 2012.
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Curva de potência
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Retirado de: Milton, 2013.
Fonte: Selênio, 2014;
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Alinhamento do rotor com a 
direção do vento (controle yaw)
• Turbina gira em torno de um 
eixo vertical de forma a 
manter o rotor girando 
perpendicularmente ao vento 
incidente
• Maximização da potência 
captada em caso de mudança 
na direção do vento
• Utiliza um sensor de direção 
do vento 
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Fonte: National Instruments Tutorial on Wind Turbine Control Methods, 
http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/8189
Engenharia de Energia
Alinhamento do rotor com a 
direção do vento (controle yaw)
• A partir da direção 
indicada pelo sensor, 
o sistema de controle 
aciona um motor que 
realiza o giro suave da 
turbina
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Retirado de: Fadigas, 2011.
Controle do ângulo de passo das 
pás (controle pitch)
• Cada pá gira em torno de seu 
eixo longitudinal
• Dependendo do valor da 
velocidade do vento, medida 
por um sensor, auxilia nos 
processos de partida e parada 
do rotor, bem como maximiza 
ou limita a captação de 
potência do vento
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Fonte: National Instruments Tutorial on Wind Turbine Control Methods, 
http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/8189
Controle do ângulo de passo das 
pás (controle pitch)
• Para velocidades menores que a nominal, o sistema de controle 
muda o ângulo de passo β para obter o máximo coeficiente de 
potência
• Se a potência nominal do gerador é ultrapassada, o sistema de 
controle muda o β para reduzir o ângulo de ataque α, o que 
diminui as forças aerodinâmicas e a extração de potência do 
vento, a qual é limitada ao valor nominal
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Controle por estol das pás
• Ângulo de estol (inglês: stall): valor do ângulo de 
ataque α no qual:
– O vento apresenta um efeito turbulento ao passar pelas pás
– A força de sustentação diminui e a força de arrasto aumenta, 
enquanto o torque no rotor diminui
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Retirado de: Fadigas, 2011.
Controle por estol das pás
• Estol passivo 
– Projeto aerodinâmico das pás de forma a provocar o 
estol, especialmente quando a velocidade do vento 
supera a velocidade nominal (contribui para a 
limitação de potência nessa condição)
– As pás possuem uma torção longitudinal que leva a 
uma variação no desenvolvimento do estol ao longo 
da pá
• Estol ativo
– Ângulo de passo é controlado ativamente de forma a 
aumentar o ângulo de ataque para provocar o estol
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Comparação entre os controles de 
passo, estol passivo e estol ativo
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Componentes do aerogerador 
com rotor de eixo horizontal
• Aerogerador: sistema que converte energia 
eólica em energia elétrica
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Retirado de: 
Tutorial, 2008;
Principais configurações 
de aerogeradores com 
rotor de eixo horizontal:
Componentes do aerogerador 
com rotor de eixo horizontal
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Retirado de: 
Tutorial, 2008;
Nacele: estrutura montada
sobre a torre, acomoda os 
elementos principais do 
aerogerador
Componentes do aerogerador 
com rotor de eixo horizontal
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Retirado de: 
Tutorial, 2008;
Componentes do aerogerador 
com rotor de eixo horizontal
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Tutorial, 2008;
Componentes do aerogerador 
com rotor de eixo horizontal
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Retirado de: 
Tutorial, 2008;
Pás: perfis aerodinâmicos 
responsáveis pela interação com 
o vento, atualmente fabricadas 
utilizando fibra de vidro e epóxi.
Componentes do aerogerador 
com rotor de eixo horizontal
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https://en.wikipedia.org/wiki/File:WindPropBlade.jpg
Componentes do aerogerador 
com rotor de eixo horizontal
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Os aerofólios assimétricos são 
projetados para produzir maior 
força de sustentação quando o 
lado inferior do aerofólio está 
mais próximo da direção para 
onde o ar está fluindo.
Retirado de: Fadigas, 2011.
Componentes do aerogerador 
com rotor de eixo horizontal
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Retirado de: Fadigas, 2011.
Componentes do aerogerador 
com rotor de eixo horizontal
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Retirado de: 
Tutorial, 2008;
Cubo: estrutura construída em 
aço ou liga de alta resistência 
onde são fixadas as pás, através 
de flanges.
Componentes do aerogerador 
com rotor de eixo horizontal
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Retirado de: 
Tutorial, 2008;
• Um dos componentes do 
aerogerador mais sujeito a 
estresses mecânicos
• Os atuadores eletromecânicos 
do controle de passo são 
montados no cubo
Componentes do aerogerador 
com rotor de eixo horizontal
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Retirado de: 
Tutorial, 2008;
O eixo é o responsável pelo 
acoplamento do cubo ao gerador, 
fazendo a transferência da energia 
mecânica da turbina. É construído em 
aço ou liga metálica de alta resistência
Componentes do aerogerador 
com rotor de eixo horizontal
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Retirado de: 
Tutorial, 2008;
Transmissão mecânica (multiplicador): 
transmite a energia mecânica do rotor 
até o gerador. É composta por eixos, 
mancais, engrenagens de transmissão, 
acoplamentos e o sistema de freio 
mecânico
Componentes do aerogerador 
com rotor de eixo horizontal
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Retirado de: Fadigas, 2011.
Componentes do aerogerador 
com rotor de eixo horizontal
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Obs.: K = rigidez mecânica;
J = momento de inércia;
C = coeficiente de amortecimento;
Ω: velocidade angular
Retirado de: Milton, 2013.
Componentes do aerogerador 
com rotor de eixo horizontal
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Retirado de: 
Tutorial, 2008;
A torre sustenta e posiciona o 
aerogerador a uma altura conveniente 
para o seu funcionamento. Tem-se 
utilizado torres de metal tubular ou de 
concreto que podem ser sustentadas ou 
não por cabos tensores
Atividades
• Vídeos relacionados a esta aula:
– https://www.youtube.com/watch?v=qSWm_nprfqE
– https://www.youtube.com/watch?v=x3AfhSHAcqg
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https://www.youtube.com/watch?v=qSWm_nprfqE
https://www.youtube.com/watch?v=x3AfhSHAcqg
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aerogeradores
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