Cap+¡tulo 3 A Energia E+¦lica

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CURSO DE TECNOLOGIAS ENERGÉTICAS 1 
Prof. Avanir Lessa 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TECNOLOGIAS ENERGÉTICAS 
 
 
 
 
 
 
 
PROFESSOR: AVANIR CARLOS LESSA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tatuapé 
Victor Civita 
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Capítulo 3 A Energia Eólica 
 
3.1 Introdução 
 
Durante todo o século XX a grande oferta de energia fornecida era respectivo a maior facilidade de 
obtenção, ou seja, os combustiveis fósseis (petróleo, carvão e gás), que produzem CO2, um dos gases do 
efeito estufa. Hoje, a visão da geração de energia eletrica ganhou uma outra consciencia, a ecologica. 
Assim, a sociedade constatou-se da necessidade de se criar formas de obteção eletricas sustentável. 
 
O Brasil é um grande exemplo de produtor de energia limpa, ou seja, que não produz gases de 
CO2. Hoje nossa principal fonte de produção de energia eletrica é as usinas hidroelétricas. O nosso 
potencial estimado esta em torno de 250 GW em hidroeletrica, sendo que esse valor 40,1% esta localizado 
nas bacias do rio amazonas. Na regiao norte também tem-se a construção de uma das maiores usinas 
hidroelétricas sendo construidas, a de belo monte que será a terceira maior do mundo e que terá uma 
potencia estimada em torno de 11MW, ou seja, 10% de toda energia requerida no País. 
 
A área total alagada será em torno de 516 m². A usina de Belo Monte tem planejamento de ser 
construida desde o ano de 1975, só que devido a impases a obra se atrasou (e atrasa muito). O custo de 
Belo Monte sempre foi alterado com o passar dos anos (sempre para mais) e hoje chega em torno de 26 
Bilhôes. Um dos maiores problemas da obra é o impacto ambiental que ela irá gerar para a fauna e flora. 
 
O Brasil mantém as hidroelétricass sendo a principal base do setor energetico, o que é um erro um 
paìs manter somente uma fonte principal para o setor de geração. O que nos faz pagar um preço por esse 
erro. O País basea-se atualmente por volta de 70% de toda a energia nas hidroelétricas, o que ocorre é o 
seguinte fator: se não chove os reservatorios das hidroelétricas ficam vazios o que poderá ocasionar crise 
energetica. 
 
Hoje a expectativa de crescimento anual do consumo de energia elétrica no Brasil é em torno 
de 4,3% por ano até 2020, segundo a NOTA TÉCNICA DE 02/11 da Empresa de Pèsquisa energética 
(EPE) para projeção de energia elétrica para os próximos anos. 
Atualmente devido a crise economica que o País esta passando e também o aumento ta tarifa 
energetica, o crescimento do consumo de energia eletrica no ano passado foi um pouco inferior ao 
planejado em torno de 3,6%. 
Visando alterar a matriz energética com o predomínio nas usinas hidroelétricas, uma grande saída 
para o Brasil é a geração de energia 100% limpa. Algo que o Brasil poderia ser um grande produtor deste 
tipo de energia é referente as usinas Eólicas. Tendo em vista que o País jamais poderia também basear-se 
em um único tipo de fonte de produção de energia eletrica, ou seja, o Brasil jamais deveria ter 70% da sua 
produção em hidroelétricas, pois ocorre o seguinte fator, se não chove não terá geração de energia. 
Entretanto, pois também as usinas eólicas tem um problema para o país, se não tiver correntes de ar 
girando as helices acopladas as turbinas eólicas, não haverá geração de energia. 
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 Tendo em vista esses fatores, um país deve possuir em sua matriz energética uma grande gama de 
tipos de geração de energia elétrica, para prevenir possiveis efeitos climáticos que impediria a produção 
necessaria de energia elétrica, sendo formada principalmente por fontes limpas e fósseis, tais como: Solar, 
Eólica, Nuclear e em ultimos caso as fonte de produção de conbustiveis. 
 O Brasil até que possui saidas para enfrenter a crise energética a qual se encontra, que são por 
exemplo a usina citada anteriormente de Belo Monte e até mesmo a usina nuclear de angra 3, porém o 
que ocorre é que essas são obras de longo prozo, que já era para esta prontas seguindo cronograma, porém 
por impecilios a sua finalização ainda irá demorar anos, e o país não pode aguardar uma saida a longo 
prazo, no máximo tem-se que ter resultados a medio prazo, a qual apresentamos a energias eólica que 
cosegue atender esse resultado, gerando uma potencia que mesmo sendo pouca ainda consegue trazer uma 
alteração na matriz energética. 
 Um dos maiores fatores que impusionam o interesse pela produção de energia eólica em 
comparação a solar por exemplo é a capacidade de geração, mesmo sabendo que o Brasil é uma Paìs 
tropical a capacidade de geração eólica ainda é bem superior a solar e bem mais barata. Outro fator 
interesante das eólicas são principalmente o impacto ambiental e as vantagens que ela produz. Bem 
diferente as hidroelétricas que destroem a fauna e flora. 
Outro ponto também interesante é que a construção de uma fazenda de geração de uma usina eólica 
é muito mais barato e extremamente mas rápida, vista também que uma usina hidroeletrica causa um 
enorme impacto ambiental, pois necessita ser construida junta de um grande rio que ira gerar uma 
barragem e alagar uma grande área para construção dessa represa, assim alagando gigantesca áreas e 
envolvendo a fauna, flora e a população local daquela região. 
E o principal fator é o tempo de construção até a geração. Atualmente o tempo médio de construção 
de uma hidroeletrica leva entre 6,7 anos. Já uma fazenda eólica pode ter sua construção finalizada em 
menos da metade deste tempo. O custo tambem para sua construção é considerado baixo, cada torre custa 
em media de R$ 1.000.000,00. 
 O Brasil começou recentemente o investimento em energia eólica, comparando com outros países 
do norte europeu estamos bem atrasados, e comparando como nossos vizinhos da america do sul o país 
incrivelmente representa quase metade a produção eólica no continente. Hoje nos temos 167 usinas 
eólicas que normamente por conta da localização dos ventos são contruidas nos extremos sul e norte do 
País. Porém um número bastante assutador é que hoje dos 167 parque eólicos que o país possui 36 deles 
estão desligados da rede brasileira, ou seja, estão simplismente gerando energia eletrica sem ser 
consumida, a potencia que esses 36 parques desligados gerariam para o Brasil já seriam capazes de 
alimentar sozinhos toda a cidade de Fortaleza-CE. 
E a representação da produção eólica na matriz brasileira é bem insignificante girando em torno de 
2 a 3%. Deve-se lembrar que esses números sempre se alteram devido que tem mês que chove menos e as 
hidroelétricas produzerem menos, assim como tem meses que o vento é menor e a produção eólica 
também diminui. Um fator interesante é que os maiores meses de produçaõ de energia eólica (ou seja que 
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mais ventam) é justamente no inverno o periodo a qual nossos reservatorio estão ficando baixos, ou seja, 
nesse momento a energia eólica poderia ser um grande complemento da falta de água nas hidroelétricas. 
 Tendo em vista tantas vantagens apresentadas pelas usinas eóicas, resta uma duvida, porque o país 
ainda não investe mais pesado neste tipo de geração? A Resposta é simples. A capacidade de geração de 
um campo eólico é inferiomente menor do que uma usina hidroelétrica, ou seja, para um país como o 
Brasil, de momento a única saida para dar conta da demanda de consumo elétrico e continuar investino 
nas hidroelétricas, porém não só nelas, temos que ter uma matriz energetica mista com todas as forma de 
produção eletricas, assim evitaremoscrises energeticas como por motivos que são considerados ridiculos 
como: falta de chuva, de vento de gases e assim por diante. 
E assim garatir uma segurança energetica e diminuir a emissão de CO2 o que nos coloca como um 
paìs que consegue gerar energia limpa. Todavia, tem-se que anualmente nossa produção eólica vem 
crescendo a cada ano com investimento do governo federal. 
 A seguir, gráficos mostrando a atual produção elétrica do Brasil, mostrando as 3 principis fontes: 
Hidroelétricas, Termoeletricas e Eólicas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 1: Geração Eólica 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 2: Geração Termica 
 Figura 2: Térmica 
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 Figura 3: Geração Hirdráulica 
 Fonte: Gráficos obtidos através do operador nacional do sistema elétrico (ONS) 
 Fazendo uma analise do sistema elétrico Brasileiro atual, nota-se que refente a geração de energia 
eólica como foi citado anteriormente no periodo do inverno, a nossa produção eolica começa a aumentar 
e a geração da hidroelétricas voltou a ter um aumento depois dos meses de estiagem e a termoelétrica 
que funciona como um apoio a hidroeletrica é desligada (ou seja a produção diminui), conforme a 
hidrica volta a aumentar. 
3.2 Histórico da Geração Eólica 
 
Acreditasse que os egípcios (2800A.c) iniciaram a utilização dos ventos para realizar serviços, 
obviamente não para eletricidade, mais sim para gerar força mecânica para moer grãos e bombeamento de 
água. E logo após vieram os persas (700Dc) construindo os primeiros moinhos de vento. E os moinhos de 
vento horizontais ganharam muito mais notoriedade com os holandeses. 
A geração de eletricidade pelos moinhos se deu em torno do século XX, com o credito pelos 
dinamarqueses. Durante a década de 30 uma dúzia de empresas americanas produziram esses 
“carregadores de vento” e os vendiam, na maior parte a fazendeiros; na prática essas maquinas poderiam 
produzir até 1 kW de corrente continua (CC) quando havia ventos. 
Durante o passar das décadas muitos países europeus de 50 e 60 os franceses fizeram grandes 
avanços conseguindo criar turbinas que geravam em torno de 100 kW a 300 kW. Logo após vieram os 
alemães que criaram geradores extras para obter mais força, mais devido aos custos de produção e a 
abundância de combustíveis fósseis a força dos ventos começaram a ser deixadas de lado. 
Assim com o passar das décadas os avanços dos equipamentos eólicos foram bastante 
significativos, hoje tem-se geradores que são capazes de produzir 5 MW de potência, bem diferente dos 
100 kW de começo. Até hoje a evolução da energia eólica continua com os geradores verticais e 
horizontais. Assim como os novos parques eólicos construídos no mar. 
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A seguir tem-se um exemplo de moinho de vento, a qual a energia eólica teve a sua base de 
geração: 
 
 Figura 4: Moinho de Vento 
 Fonte: Imagem retirada do site metalúrgicos da terra em 12/09/2015 
3.3 Desenvolvimento da Energia Eólica 
 
O início da geração eólica se dá de uma forma um pouco complexa para se entender, pois os 
moinhos de ventos já existem faz alguns séculos, porém nunca foram utilizados para a finalidade de 
produzir energia elétrica e sim para moer grãos. A geração da energia elétrica foi inicia por volta do 
século XIX. Porém, ficou esquecida durante um tempo e só teve interesse na década de 70, durante a crise 
internacional do petróleo, que obrigou alguns países em busca de desenvolver novas maneiras para 
obtenção de energia elétrica. 
A energia eólica passou a ser um grande investimento no Brasil a partir do ano de 2007, o governo 
federal (muito atrasado em comparações a outros Países) passou a construir e investir neste tipo de 
geração de energia elétrica. Hoje 8 anos depois (2015) O governo federal conseguiu construir 129 parques 
Eólicos, fora os 144 novos parques que estão em construção e os outros que estão sendo planejados. 
Porém mesmo esse incrível número de usinas que foram construídas, não devemos nos animar, 
pois o setor energético brasileiro ainda é CRITICO, pois, a energia eólica gerada no país é o que vale 
2,1% da produção, ou seja, é minúsculo a capacidade de geração de energia elétrica entre uma 
hidroelétrica (que hoje está equivalendo 67% da geração). E para agravar mais ainda nossa situação 
energética, estamos passando na data de 2015 por uma das piores secas dos últimos tempos e, para um 
país cuja a base energética ainda é as hidroelétricas essa seca é PÉSSIMA para o setor de energia elétrica. 
Em todo o mundo (mais especificamente na Europa) países fazem metas para aumentar a 
produção da energia eólica para os próximos anos, curioso disso, é que, as metas são batidas antes das 
datas estipuladas, não só estimular a geração eólica também se investe pesado para o melhoramento das 
técnicas utilizadas e o desempenho das torres na geração. Como o custo de uma torre é relativamente 
“alto”, alguns países na Europa oferecem incentivos para construção das torres tento em vista que é uma 
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fonte de produção rentável e infinita. Dentre todos os países produtores, um grande destaque é para a 
China que atualmente é o maior produtor de energia eólica; ela sozinha vai crescer mais 18.000 MW em 
apenas um ano em energia eólica. Em 2011 na China o total de produção eólica girava em torno de 62 
GW. Além disso, a substituição de combustíveis fósseis desses países por energia limpa gera um grande 
impacto ambiental mundial. São toneladas de gás carbônico a menos lançado na atmosfera. No mundo 
ainda a produção eólica representa em torno de 1% de toda a energia produzida. 
A seguir temos um gráfico mostrando os principais países produtores do mundo em energia eólica: 
 
 Figura 4: Geração Eólica no Mundo 
 Fonte: Gráfico obtido no site evolução da energia Eólica. 
3.3.1 Condições Iniciais. 
Como foi abordado anteriormente a geração da energia eólica se deu por conta da crise do petróleo 
na década de 70. Obviamente como qualquer produto novo houve algumas dificuldades (mais nada tão 
assustador), o crédito pela geração inicial se deu pelos dinamarqueses. 
 
A venda da energia eólica se deu pelos americanos nos anos de 1930, essa energia era gerada por 
uma dúzia de firmas e vendidas para fazendeiros em CC (corrente-continua), a capacidade de geração na 
época era muito baixa chegava em torno de 1000 watts (1kW), com o passar das décadas de 60 e 70 
países europeus se destacaram na construção das usinas eólicas, um grande exemplo foi os franceses que 
nessa época conseguiram gerar em torno dos seus 100 a 300 KW e assim as técnicas foram e estão se 
aprimorando até a data de hoje. 
 
 
 
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3.3.2 Condições Atual 
Após anos e anos de evolução do conhecimento da geração eólica, hoje vê-se dois fatores 
importante que foram ganhos: 
 
 O primeiro fator a ser analisado, é a consciência ambiental que foiganhado nesses últimos 
anos, mesmo sendo infinitamente menor a geração de um campo de energia eólica 
comparado a uma usina hidroelétrica, o impacto ambiental causado por uma eólica é quase 
nulo, ou seja, os países hoje optam por esta energia que causa menor impacto ambiental, o 
que é uma das maiores vantagens da energia eólica. 
 
 O segundo fator a analisamos é a capacidade ao longo do tempo que um gerador eólico 
consegue gerar, no início conseguia-se gerar em torno de 100 KW no máximo. Hoje têm 
geradores que geram tranquilamente 4 MW, todavia tem-se que ter noção que isso irá 
depender do local onde ele foi estalado, dentre outros fatores para sua geração. 
 
Um grande incentivador dos campos eólicos é o governo federal, mais especificamente o BNDES 
(Banco Nacional do Desenvolvimento Econômico e Social) que é o principal financiador de esfera federal 
na construção de novos parques eólicos. 
 
 A seguir tem-se um Gráfico mostrando a projeção mundial de energia eólica: 
 
 Figura 4: Evolução Eólica no Mundo 
 Fonte: Gráfico obtido no site evolução da energia Eólica. 
Este gráfico representa a data de 2009, como pode ser observado nele não há uma expectativa 
muito grande no crescimento mundial, claro que ocorrerá um crescimento mais nada tão assustador como 
de começo. 
 
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3.3.3 Impactos e Custos. 
 
O fato da energia eólica ser uma fonte de produção limpa, higiênica, renovável e ecológica, não 
significa que ela seja nula de impactos ambientais. Mas, obviamente comparando a produção da energia 
elétrica gerada por turbinas eólicas com a energia elétrica gerada por fonte fósseis pode-se dizer que é 
incomparável os dois tipos de produção. Entretanto, fazendo uma análise tem-se as vantagens e 
desvantagens desse tipo de produção. 
 
Vantagens: 
 
• Tecnologia Inesgotável. 
• Não emite gases poluentes e seus ruídos são bem baixos. 
• Os parques eólicos podem ser usados também para a agricultura e criação de gado. 
• É uma fonte de produção considerada barata em comparação a tradicional. 
• Suas manutenções são semestrais. 
• Em menos de 6 meses o aero gerador recupera o custo envolvido na sua produção. 
 
 Por mais que sejam quase nulas temos aqui suas desvantagens: 
 
• Sua dependência do vento, como a velocidade do vento não é constante em alguns meses sua 
produção também não o será. 
• Os impactos visuais são grandes devido aos geradores. 
• O ruído que ele gera gira em torno de 43dB, e por esse motivo as casas têm que ser construídas a 
200 metros de distâncias. 
• Pode afetar o comportamento das aves e atingir também seu curso migratório. 
 
Antes de construir qualquer parque eólico é necessário fazer um estudo do local, conhecendo as 
características e os impactos aos quis serão gerados (mesmo que sejam pequenos). Assim pode-se 
prevenir futuros problemas referentes ao uso dessa energia. 
A maioria das fontes de produção requer gigantescos investimentos e baixos custos de 
manutenção. Nesse quesito a energia eólica se encaixa perfeitamente, pois o custo de uma torre pode 
chegar aos milhões e sua manutenção é baixa, já o consumo de combustível é nulo. Para calcular o 
investimento e custo leva-se em conta alguns fatores, como: a produção anual estimada, as taxas de juros, 
custo da manutenção e riscos de queda dos geradores. Sendo a sim os custos de cada usina variam muito 
de usina para usina. 
Nos últimos vinte anos o custo de geração de uma indústria eólica caiu 8 vezes, porém o maior 
problema de investimento são as incertezas do vento. Por isso, como foi abordado é necessário fazer um 
grande estudo da região antes da construção. 
Segundo um fabricante, o valor médio de investimento para as usinas eólicas de meio e grande 
porte (acima de 30MW) gira em torno de 38.000.000,00. Esse valor incluir o aero gerador, infraestrutura 
civil e elétrica, tudo isso analisando caso a caso, obviamente podendo sofrer variações. 
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O tempo de construção médio para uma usina eólica dura em torno de 18 meses, sendo em 
comparação com outras fontes de produção um tempo muito baixo. 
 
A imagem abaixo apresenta uma comparação de custo de diversos tipos de energia: 
 
 
 Figura 5: Custo de Construção de Empreendimentos de Geração 
 
3.4 Equipamentos Utilizados na Geração Eólica. 
 
3.4.1 Hélices. 
As hélices de uma turbina de vento são diferentes das lâminas dos antigos moinhos porque são 
mais aerodinâmicas e eficientes. Elas têm o formato de asas de aviões e usam a mesma aerodinâmica. As 
hélices em movimento ativam um eixo que está ligado à caixa de mudança. Através de uma série de 
engrenagens a velocidade do eixo de rotação aumenta. O eixo de rotação está conectado ao gerador de 
eletricidade que com a rotação em alta velocidade gera energia elétrica. 
 
Um aero gerador consiste num gerador elétrico movido por uma hélice, que por sua vez é movida 
pela força do vento. A hélice pode ser vista como um motor a vento, cuja quantidade de eletricidade que 
pode ser gerada pelo vento depende de quatro fatores: 
 
* Da quantidade de vento que passa pela hélice; 
* Do diâmetro da hélice; 
* Da dimensão do gerador; 
* Do rendimento de todo o sistema. 
 
Através de uma série de engrenagens a velocidade do eixo de rotação aumenta. O eixo de rotação 
está conectado ao gerador de eletricidade que com a rotação em alta velocidade gera energia elétrica. 
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3.4.2 Turbinas 
 
No início da utilização da energia eólica, surgiram turbinas de vários tipos: eixo horizontal, eixo 
vertical, com apenas uma pá, com duas e três pás, gerador de indução, gerador síncrono etc. Com o passar 
do tempo, consolidou-se o projeto de turbinas eólicas com as seguintes características: eixo de rotação 
horizontal, três pás, alinhamento ativo, gerador de indução e estrutura não flexível. 
 
Quanto à capacidade de geração elétrica, as primeiras turbinas eólicas desenvolvidas em escala 
comercial tinham potências nominais entre 10 kW e 50 kW. No início da década de 1990, a potência das 
máquinas aumentou-se para a faixa de 100 kW a 300 kW. Em 1995, a maioria dos fabricantes de grandes 
turbinas ofereciam modelos de 300 kW a 750 kW. 
 
Em 1997, foram introduzidas comercialmente as turbinas eólicas de 1 MW e 1,5 MW, iniciando a 
geração de máquinas de grande porte. Em 1999 surgiram as primeiras turbinas eólicas de 2 MW e hoje 
existem protótipos de 3,6 MW e 4,5 MW sendo testados na Espanha e Alemanha. A capacidade média 
das turbinas eólicas instaladas na Alemanha em 2002 foi de 1,4 MW e na Espanha de 850 kW. 
 
Quanto ao porte, as turbinas eólicas podem ser classificadas da seguinte forma pequenas, potência 
nominal menor que 500 kW, médias, potência nominal entre 500 kW e 1000 kW e grandes, potência 
nominal maior que 1 MW. 
 
3.4.2 Conjunto da Torre 
 
A turbina eólica para geração de energia elétrica é composta pelos seguintes subconjuntos: 
 Torre - é o elemento que sustenta o sistema de geração e na altura adequada ao funcionamento da 
turbina eólica (esse item estrutural de grande porte é de elevada contribuição no custo inicial do 
sistema); 
 
 Rotor - é o componente que efetua a transformação da energia cinética dos ventos em energia 
mecânica de rotação. No rotor são fixadas as pás da turbina. Todo o conjunto é conectado a um 
eixo que transmite a rotação das pás para o gerador, muitas vezes, através de uma caixa 
multiplicadora; 
 
 Nacele - é o compartimento instalado no alto da torre e que abriga todo o mecanismodo gerador, 
o qual pode incluir: caixa multiplicadora, freios, embreagem, mancais, controle eletrônico, sistema 
hidráulico; 
 
 Caixa de multiplicação (transmissão) – é o mecanismo que transmite a energia mecânica do 
eixo do rotor ao eixo do gerador; 
 
 Gerador – é o componente que tem função de converter a energia mecânica do eixo em energia 
elétrica; 
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 Mecanismos de controle – as turbinas eólicas são projetadas para fornecerem potência nominal 
de acordo com a velocidade do vento prevalecente, ou seja, a velocidade média nominal que 
ocorre com mais frequência durante um determinado período; 
 
 Anemômetro - Mede a intensidade e a velocidade dos ventos, normalmente, de 10 em 10 
minutos; 
 
 Pás do rotor – Captam o vento e convertem sua potência ao centro do rotor; 
 
 Biruta (sensor de direção) – São elas que captam a direção do vento, pois ele deve estar 
perpendicular à torre para se obter um maior rendimento. 
A seguir para facilitar o entendimento dos tópicos abordados a cima, uma imagem que representa: 
 
 Figura 6: Parte Interna após a Torre de Sustentação. 
 
3.4.3 Conversores / Eletrônica de Potência 
 
Um inversor (ou conversor) de frequência nada mais é do que um equipamento eletrônico que é 
capaz de também variar a velocidade de giro de motores elétricos trifásicos. O nome “inversor de 
frequência” é dado pela sua forma de atuação. 
 
O inversor de frequência tem como principal função alterar a frequência da rede que alimenta o 
motor, fazendo com que o motor siga frequências diferentes das fornecidas pela rede, que é sempre 
constante. Desta forma pode-se facilmente alterar a velocidade de rotação do motor de modo muito 
eficiente. 
 
O uso de inversores de frequência é responsável por uma série de vantagens, dependendo dos 
modelos oferecidos pelos fabricantes, são unidades com capacidade de variar a velocidade com controles 
especiais já implantados no equipamento. Esses controles proporcionam além da total flexibilidade de 
controle de velocidade sem grande perda de torque do motor, aceleração suave através de programação, 
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frenagem direta no motor sem a necessidade de freios mecânicos além de diversas formas de controles 
preferenciais e controles externos que podem ser até por meio de redes de comunicação. Tudo isso com 
excelente precisão de movimentos. 
 
Além destas vantagens, os inversores ainda possuem excelente custo-benefício, pois proporcionam 
economia de energia elétrica, maior durabilidade de engrenagens, polias e outras transmissões mecânicas 
por acelerar suavemente a velocidade. A possibilidade de eliminar reduções mecânicas do projeto 
também é possível, assim mais economia será possível. 
 
Tal aplicação em uma usina eólica é vital, pois como a velocidade do vento não é constante ocorre 
variações na geração de eletricidade, então nessas variações que entra em ação os inversores de 
frequência. 
 
3.4 Tipos de Conexões em Sistemas Elétricos para Geração Eólica 
3.4.1 Sistemas Isolados 
Esse sistema é desconectado da rede elétrica, ou seja, não possui nenhuma ligação com a rede e 
funciona independente das intervenções que venham ocorrer no sistema elétrico brasileiro. A forma de 
funcionamento desse sistema é muito simples, eles armazenam energia gerada pelo gerador em baterias 
que assim permite consumir energia quando não tiver vento gerando. 
 
Porém, um problema é que a bateria armazena energia em corrente continua, ou seja, não 
compatível para o consumo no nosso dia a dia. E para resolver esse problema é necessária a instalação de 
um conversor de frequência para corrente alternada na frequência da rede elétrica, que no Brasil é 60 Hz. 
 
Na a seguir abaixo tem-se exemplo desse sistema: 
 
 
 Figura 7: Sistema isolado de geração eólica. 
 
 
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3.4.2 Sistema Híbrido 
 
Este tipo de sistema ainda possui uma característica parecida com o anterior, pois ele ainda é 
desconectado da rede. 
 
O que faz ele ser diferencial é que não é os geradores eólicos que produzem energia elétrica e, 
sim todo um conjunto que pode operar junto também com as placas voltaicas e fazendo o mesmo 
processo anterior usando baterias e conversores de energia. 
 
Na figura a seguir está apresentado um exemplo desse sistema: 
 
 
 Figura 8: Rede isolada de geração eólica e geração eólica. 
 Fonte: https://evolucaoenergiaeolica.files.wordpress.com/2012/06/eolica03.jpg 
 
3.4.3 Sistemas de Injeção 
 
Este sistema possui características mais interessantes. Pois ele está diretamente conectado à rede e, 
por conta disso todo o processo para o seu funcionamento necessita da maior atenção possível. 
 
Estes tipos de sistemas, os aerogeradores estão diretamente conectados a rede, normalmente são as 
fazendas eólicas ou geradores de alta tensão. 
 
 
 
 
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Na figura a seguir está apresentado um exemplo desse sistema: 
 
 
 Figura 9: Parte Interna após a Torre de Sustentação. 
Fonte:https://evolucaoenergiaeolica.files.wordpress.com/2012/06/grundlagen_wind_03_xxl.j
pg 
 
3.4.4 Conclusões do sistema 
 
De forma geral, a maior parte da eletricidade gerada pela fonte eólica sofrem os seguintes 
procedimentos: 
 
 O aero gerador gera energia elétrica da forma alternada que é convertida para CC (corrente 
continua) e armazenada em baterias. 
 
 Logo após passa por um inversor de frequência que à torna alternada e na frequência 
utilizada no país (60 HZ). 
Também existe alguns casos específicos que a forma gerada em CC não é convertida, ou seja, 
equipamentos que consomem a própria corrente continua, como por exemplo a iluminação. 
 
E por fim também existe (poucos) casos de geração em corrente alternada sem sofrer alteração, ou 
seja, ela é gerada alternada e continua assim, porém um grande empecilho para isso é que, isso irá 
depender muito da rotação do aero gerador e neste caso, será necessário um aparelho chamado inversor 
síncrono para tentar deixar a frequência sempre constante. 
 
 
 
 
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3.5 Tipos de Geradores Usados em Energia Eólica 
 
3.5.1 Geradores Verticais 
 
Os Aerogeradores de Eixos Verticais (AEVs) não são tão eficientes como os mais comuns 
aerogeradores de eixo horizontal, mas tem o benefício de ter uma velocidade de arranque mais baixa o 
que lhes dá vantagem em condições de vento reduzido. Também tendem a ser mais seguros, mais fáceis 
de construir, podem ser montados mais perto do solo e lidam muito melhor com condições de turbulência. 
 
Eles são muito difíceis de encontrar à venda isto porque apesar de terem vantagens em algumas 
circunstâncias perdem claramente em rentabilidade quando as condições de vento são boas, é por isso que 
nunca verá um parque eólico com AEVs, resumindo-se o seu uso a pequenos projetos e a algumas 
instalações em ambiente urbano. 
 
3.5.2 Geradores Horizontais 
 
Aerogeradores de Eixo Horizontal (AEH) tem uma maior eficiência do que os aerogeradores de 
eixo vertical (AEV) no entanto a direção do vento não é relevante para um AEV e por isso não se perde 
tempo (e energia) a "perseguir" o vento. Em condições de turbulência com mudanças rápidas de direção 
mais eletricidade é gerada por um AEV apesar da sua menor eficiência. 
 
3.5.3Geradores – Síncronos e Assíncronos 
 
Síncronos e assíncronos são dois tipos de máquinas elétricas em corrente alternada, que funcionam 
como geradores e motores elétricos. De forma geral o motor síncrono trabalha com a sua rotação fixa, ou 
seja, a sua rotação e sua frequência trabalham em sincronismo. 
 
Já o assíncrono tem sua funcionalidade inversa, ou seja, sua rotação não tem sincronismo com a 
frequência gerada, causando uma perca ou escorregamento. 
 
3.6 Equações da Energia Eólica 
 
Para a construção de uma fazenda ou até mesmo um pequeno projeto residencial de energia eólica 
é necessário fazer algumas observações. Primeiramente verificar se o local venta o suficientemente para 
fazer as hélices funcionarem, normalmente esses valores variam no mínimo de 2,5 m/s a 4,0m/s. 
 
Com o aumento da velocidade a potência gerada também aumenta, que pode chegar até 9,5m/s a 
15,0 m/s. Lembrando que quando o giro passa desse valor máximo a turbina é automaticamente retirada 
para evitar possíveis problemas. 
 
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3.6.1 Calculo de Potência 
 
Será realizado um exemplo de cálculo para potência: 
 
 Calcular a potencia de um cata-vento 
Sua pá tem 40m de raio; 
Velocidade do vento seja 10m/s; 
Eficiência global seja de 15%. 
 
 Solução: 
 
A área da seção reta da hélice é dada por: A= π x r² = π(40)² = 5,0 x 10³m². Se puder 
aproveitar 100 da energia do vento, a potencia do cata-vento seria de: Pmáx= 1/2p x A x V³ = 
(1,2Kg/m³)x(5, x 10³m²) x (10m/s)³ = 3,0 X 10³+³W= 3,0 MW. 
 
Podendo-se usar apenas 15% da energia do cata-vento, a potência seria de: 
 
P = 0,15 x Pmáx= 0.45 MW. Comparando com um gerador eólico com uma turbina a vapor, a 
turbina a vapor tem uma potencia de ordem de 16 W, para produzir esta mesma potência com 
gerador eólicos, seriam necessários aproximadamente 2.200 deles, o que desvaloriza a produção 
de geradores eólicos. 
 
3.6.2 Força Eólica 
 
O vento é constituído por moléculas de ar em movimento que têm massa. Qualquer objeto em 
movimento com massa transporta Energia Cinética numa quantidade que se traduz pela equação: 
 Energia Cinética = 0,5 x Massa x Velocidade2 
 
Onde a Massa é medida em kg, a Velocidade em m/s e a Energia Cinética é dada em joules. 
O ar tem uma densidade conhecida (cerca de 1,23 kg/m3 ao nível do mar), assim, a massa de ar 
que atinge a turbina eólica (que varre uma área conhecida) a cada segundo é calculada através da seguinte 
equação: 
Massa/seg (kg/s) = Velocidade (m/s) x Área (m2) x Densidade (kg/m3) 
 
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Assim, a força (ou seja, a energia por segundo) do vento que atinge a turbina eólica com uma 
determinada área varrida é calculada através da simples inserção do cálculo Massa/seg, na equação 
padrão de energia cinética facultada acima, resultando na seguinte equação essencial: 
Força = 0.5 x Área Varrida x Densidade do Ar x Velocidade3 
 
Onde a Força é medida em watts (ou seja, joules/segundo), a Área Varrida em metros quadrados, a 
Densidade do Ar em quilogramas por metro cúbico e a Velocidade em metros por segundo. 
 3.6.3 Densidade do Ar 
A avaliação da densidade do ar é essencial para as medições de vento, pois a densidade do ar varia 
bastante em diferentes níveis e graus. A diferença de pressão atmosférica entre - 10 graus Celsius e + 30 
graus Celsius é de 0,177 kg/m3. 
A densidade do ar ρ é: 
 
em kg/m3; Pressão atmosférica = p, Constante dos gases perfeitos R, Temperatura em Kelvin = T 
3.6.4 Cálculo da Potência / Nível de Rendimento 
 
A potência do vento que passa perpendicularmente através de uma área circular 
 
 P = 1/2 (rv3 pr2) 
 
Onde: 
P: potência média do vento em Watts [W]; 
r(rho): densidade do ar seco = 1,225 kg/m3 (PTN); 
v: velocidade média do vento [m/s]; 
r: raio do rotor em m [metros] 
 
 
3.7 Potência das Fazendas Eólicas 
 
Este item aborda de uma forma mais ampla sobre o funcionamento das fazendas eólicas. 
Mostrando mais especifico sua capacidade de geração, explicando o motivo da construção em 
determinados locais. 
 
 
 
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 A seguir tem-se um gráfico mostrando os principais estados geradores eólicos: 
 
 
 Figura 10: Potência instalada em usinas eólicas. 
 
Observa-se no gráfico acima que o maior estado gerador de potência eólica é o Ceará localizado na 
região nordeste, e logo após vem o Rio Grande Do Norte, também localizado no nordeste brasileiro. Os 
estados do sul do país (como o Rio Grande do Sul) também tem uma grande força, como destacado 
anteriormente, as outras regiões do brasil (sudeste, centro oeste e norte) não possui um grande potencial 
de geração eólica devido as condições do vento. 
 
3.8 Fazendas Eólicas no Brasil 
 
Como já abordado anteriormente nos outros capítulos, à produção de energia eólica no Brasil é 
algo extremamente baixo em comparação a nossa matriz energética e a outros países, a nossa produção 
representa em torno de 3% da nossa geração atual. 
 
Atualmente o País possui 167 parques (fazendas) eólicos (as) em funcionamento, porem uma 
notícia bastante lamentável é que desses 167 parques em funcionamento 36 deles estão desconectados a 
rede elétrica, ou seja, toda a energia em potencial que ele poderia está distribuindo para o sistema elétrico 
está sendo desperdiçado por falta de linhas de transmissão. 
 
Uma realidade que gera um peso enorme negativo, é que sendo mais especifico desses 36 parques 
que não estão contribuindo para o sistema elétrico sozinho conseguiriam abastecer uma cidade do 
tamanho de Fortaleza. 
 
Por outro lado, a energia eólica também teve grandes avanços no país, utilizando números entre 
2006 e 2013 a energia eólica teve um avanço de 829%, sendo o estado do Rio Grande do Norte um dos 
mais beneficiados deixando de sempre depender dos outros estados para produção de energia elétrica e 
passando a produzir agora mais do que consome. 
 
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Hoje o maior campo de produção de energia eólica do País é um complexo do chui, localizado no 
extremo sul do país (RS) que é formado por 3 grandes parques eólicos (Geribatu, Santa Vitoria do Palmar, 
Hermenegildo). O investimento para a construção desse parque gira em torno de r$3,5 Bilhões de reais. 
 
A capacidade de geração desse parque gira em torno de 583MW (megawatts), no total dos três 
parques serão 302 torres de geração. 
 
A seguir temos alguns gráficos sobre as perspectivas do futuro e as condições atuais do Brasil no 
seguimento da energia eólica: 
 
 
 Figura 11: Investimentos em usinas eólicas. 
 
3.9 Condições de Localização das Fazendas Eólicas 
 
Antes de instalar qual quer fonte de produção de energia elétrica é necessário fazer diversos 
estudos sobre a localidade daquela região, ou seja, no caso de uma hidroelétrica o impacto ambiental a 
qual é ira causar será enorme, e também será necessário analisar se esse impacto irá compensar, tendo em 
vista a capacidade de geração. 
 
E nas fontes eólicas também não é diferente, é necessário analisar e ver se aquela região a geração 
ira compensar o investimento, a seguir nesse tópico iremos explicar os melhores locais para a instalação 
eólica no país.Nesta primeira imagem temos o mapa do Brasil, as cores em mais destaques (vermelho) se 
localizam especificamente nas regiões nordeste e sul, essas cores representam os melhores locais para 
instalação das fazendas eólicas, ou seja, o local mais apropriado devido ao vento. 
 
Como dito anteriormente precisa-se fazer um longo estudo antes de implementar uma fonte de 
produção eólica, um dos principais fatores é a velocidade do vento, no caso o valor mínimo para o ideal é 
me torno de 8,5m/s que normalmente atinge esse valor nos extremos do nosso território brasileiro, como a 
costa do extremo sul, nordeste e uma parte do Norte. 
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 Figura 12: Regiões com maiores incidência de vento. 
 
Foi realizado um levantamento de todo o potencial eólico que o brasil tem, a seguir temos o mapa 
mostrando a capacidade de geração máxima de cada estado. 
 
 
 Figura 13: Potencial de produção. 
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3.10 Parques Eólicos Marítimos 
 
O parque eólico em alto mar vem se tornando tendência em vários países do mundo 
(principalmente na Europa), os motivos da construção desses parques em alto mar são diversos, como: 
 
•. Não ter limitações referente a utilização do solo. 
•. Nem problemas de impactos visuais e sonoros devido que a sua localização é longe da costa. 
• A superfície do mar tem baixa Rugosidade. 
•. No mar as turbulências do vento são menores, devido à falta de barreiras, por isso o desgaste das 
turbinas é menor aumentando a sua vida útil. 
• E um dos principais fatores para a Europa construir muitos parques eólicos no mar é que seu 
território dos seus países é bem pequeno e um campo eólico ocuparia muito espaço, e a construção 
no mar é ideal para eles. 
 
A seguir um exemplo da construção em alto mar: 
 
 
 Figura 14: Contrução de parque eólico no mar.