Gerador

O gerador, em uma turbina eólica, é o componente que transforma energia mecânica em energia elétrica. Existem os geradores do tipo síncronos, que operam em velocidade

constante, e existem os geradores assíncronos, que admitem mudança da velocidade. Esse último tipo de gerador é o mais usado em turbinas eólicas. (DNV; RISO, 2002, p. 151-152).

2.2.2.6.3.1 Geradores Assíncronos ou de Indução

Caracteriza-se pela utilização do gerador de indução e um sistema de multiplicador de velocidade. Necessita de uma fonte externa de excitação assim como uma referência para frequência e tensão. Esse gerador pode ter algumas formas de conexão ao sistema elétrico, como conexão direta ao sistema elétrico, que devido às propriedades do gerador, a flexibilidade no sistema mecânico é quase nula. “Este sistema é muito comum e o gerador demanda o uso de um sistema de compensação de energia reativa. Um dos pontos mais importantes nesta conexão é a robustez e a não emissão de componentes harmônicos de corrente.” (ROSAS; ESTANQUEIRO, 2003, p. 42). Na conexão através de conversores eletrônicos de potência, o gerador/rotor pode acelerar e trabalhar em velocidade variável, devido a uma “separação” entre a rede elétrica e as ações da turbina eólica, a partir dos conversores de frequência. Mas a utilização de conversores pode incluir componentes harmônicos na corrente. Já a conexão através de conversores eletrônicos de frequência pode ter o torque controlado pela eletrônica de potência no circuito do rotor, ou com um circuito de extração de potência pelo rotor.

2.2.2.6.3.2 Geradores Síncronos

Possui excitação própria e sua frequência é proporcional à rotação do seu eixo mecânico. Quando em conexão direta, o gerador é diretamente ligado à rede elétrica, como na conexão direta dos geradores assíncronos. Porém é comumente utilizado em sistemas isolados de pequenas potências. Os geradores síncronos com conexão através de conversores eletrônicos de frequência atuam da mesma forma que os geradores assíncronos. E os geradores com conexão através de conversores eletrônicos de potência não utilizam multiplicador de velocidade, tampouco um circuito de excitação. Podem inserir uma potência reativa variável e programável na rede. (ROSAS; ESTANQUEIRO, 2003, p. 43).

2.2.2.7 Nacele

É a estrutura montada sobre a torre onde ficam alojados o gerador, a caixa de engrenagens, o sistema de controle, a medição do vento e o controle de orientação do rotor. O

propósito dela é proteger os componentes da turbina eólica. Sobre sua estrutura, é instalado um anemômetro para medir a intensidade e a velocidade do vento (SALLES, 2004).

Figura 15: Nacele de uma torre eólica. Fonte: old.weg.net (2017).

2.2.2.8 Torre

A torre é a estrutura que suporta a necele e o rotor, elevando-os a uma altura desejável onde há maior incidência do vento. O tipo de torre mais usado atualmente é a torre tubular de aço, mas também existem as feitas de aço treliçadas, concreto armado e protendido, estaiadas, entre outros.

As torres tubulares são construídas em seguimentos e montadas no local, com formato cônico, diminuindo seu diâmetro conforme a altura. Fadigas (2011) ressalta que as torres tubulares têm como vantagens a proteção para chegar até a nacele em eventuais manutenções, e os pássaros não se alojam na estrutura como acontece na treliçada.

Figura 16: Torre tubular. Fonte: aciona-widpower.com (2017).

Torres treliçadas de aço têm como vantagem uma rigidez e certa altura consumindo pouco material, mas levam um tempo maior para serem montadas e têm maior custo de manutenção. (DNV; RISO, 2002, p. 169).

Torres estaiadas são usadas em torres menores, sustentadas por cabos. Tem um preço reduzido, mas várias desvantagens fazem com que não sejam comumente usadas.

Figura 18: Torre estaiada. Fonte: eolicafacil.com.br (2017).

Outro conceito que vem ganhando espaço no cenário eólico brasileiro são as torres tubulares de concreto protendido. Com alta rigidez e ductibilidade, a protensão traz grandes vantagens não só para torres eólicas, mas também para toda a construção civil. O concreto tem alta resistência à compressão e à baixa a tração. A protensão consiste em cordoalhas de aço que são pré-tensionadas, garantindo uma maior resistência à tração da estrutura. Essas cordoalhas podem ser aplicadas internamente à torre ou na parte externa do concreto, facilitando seu controle (ROCHA, 2016).

A torre deve ser projetada não só para suportar o peso do aerogerador, mas também as diferentes forças atuantes do vento, ondas (quando offshore), vibrações etc.

2.2.2.9 Subestação

São instalações as quais abrangem equipamentos que controlam a transmissão e distribuição da energia elétrica.

Nas subestações dos parques eólicos estão localizados a zona de transformação, na qual situa-se o transformador de potência de média para alta tensão, os equipamentos de interligação com a rede de alta tensão, etc. O transformador tem potência de mesma ordem da potência total instalada no parque eólico. O edifício de comando e supervisão, também localizado na subestação, é onde estão os quadros blindados de média tensão, o transformador de média para baixa tensão, e toda supervisão do parque eólico (NUNES, 2008).

2.2.2.10 Fundações

Antes do projeto e da execução de qualquer tipo de fundação, é necessário uma série de estudos e investigações dos solos (geotecnia), como a sondagem, a percussão SPT (Standard Penetration Test) ou o ensaio de cone CPT (Cone Penetration Test). Também, em alguns casos, são adotados estudos complementares para auxiliar na avaliação do subsolo (BERTUZZI, 2013).

Com as informações geotécnicas bem definidas, parte-se para o dimensionamento e projeto da fundação, sempre visando os tipos de cargas que atuarão sobre ela.

A fundação é necessária para a transmissão de cargas de uma estrutura construída para o solo. É de extrema importância, na fase de projeto, a escolha do tipo de fundação adequada para cada terreno, de modo a suportar a grandeza das cargas recebidas. O que servirá de insumo para essa decisão são as investigações do subsolo realizadas previamente. (BERTUZZI, 2013).

Um dos pontos mais importantes na fase de fundação de qualquer projeto é a execução da mesma, que deve ser minuciosamente correta, acompanhada por um profissional e ter mão de obra qualificada, assegurando, assim, sua estabilidade e vida útil.

2.2.2.10.1 Fundações Onshore

As fundações de torres eólicas onshore podem ser do tipo rasa, através de sapata (figura 20), ou profunda, com estacas (figura 21), sendo as condições do solo o fator determinante da escolha.

Fundações com sapatas são normalmente usadas quando o solo próximo à superfície apresenta resistência para suportar as cargas, não sendo necessário o uso de estacas para transmitir as cargas para maiores profundidades onde o solo apresenta maior resistência, no caso das fundações profundas. (DNV; Riso, 2002, p. 187).

Figura 19: Fundação profunda com estacas. Fonte: Bertuzzi (2013).

Figura 20: Fundação padrão em sapata para torres tubulares de aço ou concreto. Fonte: Pinto (2012).