Sistema de Controlo de Passo das Pás “Pitch”

mecanismo de controlo de potência das turbinas eólicas. Ao alterar o ângulo de ataque das pás do rotor, ajusta aerodinamicamente o regime de funcionamento da turbina de modo a regular o nível de energia eólic

uma variação de 20 a 25 graus no ângulo de passo das p alcançar este objectivo (Hau, 2006)

Figura 23 – Rotação das pás através do sistema de controlo de passo

Este sistema facilita a entrada em funcionamento, regula a estabilidade em operação, mas ainda mais importante, limita a potência fornecida pela turbina eólica para v

à velocidade nominal de vento, permitindo realizar paragens controladas, (i.e. travão aerodinâmico), garantindo assim a segurança em situações de emergência, (e.g., numa situação em que o vento excede os 25 metros po

de um sistema fiável (i.e. recurso de redundâncias) em que a turbina é induzida a uma paragem segura

“O sistema de controlo de passo “Pitch” detém a chave para maximizar e proteger o investimento realizado numa turbina eólica

De acordo com a Wind Energy Association

do custo total da turbina eólica, mas tal como numa política de seguro, este relativo pequeno custo, constitui uma grande diferença quando as condições de operação passam de boas para más. Num estudo realizado em 2007 pela

90% das turbinas eólicas novas incluem sistemas de ontrolo de Passo das Pás “Pitch”

O sistema de controlo de passo “Pitch” encontra-se localizado no cubo do rotor e integra o mecanismo de controlo de potência das turbinas eólicas. Ao alterar o ângulo de ataque das pás do rotor, ajusta aerodinamicamente o regime de funcionamento da turbina de modo a

eólica captada (El-Henaoui, 2008), e.g., Figura 23.

uma variação de 20 a 25 graus no ângulo de passo das pás, é considerada suficiente para , 2006).

Rotação das pás através do sistema de controlo de passo, adaptado (Burton et al, 2001) Este sistema facilita a entrada em funcionamento, regula a estabilidade em operação, mas

limita a potência fornecida pela turbina eólica para v

à velocidade nominal de vento, permitindo realizar paragens controladas, (i.e. travão aerodinâmico), garantindo assim a segurança em situações de emergência, (e.g., numa situação em que o vento excede os 25 metros por segundo [m/s]. A turbina eólica necessita de um sistema fiável (i.e. recurso de redundâncias), de forma a colocar as pás num ângulo

é induzida a uma paragem segura (Hau, 2006).

O sistema de controlo de passo “Pitch” detém a chave para maximizar e proteger o investimento realizado numa turbina eólica” (El-Henaoui, 2008).

Wind Energy Association (WEA), estes sistemas representam cerca de 3%

do custo total da turbina eólica, mas tal como numa política de seguro, este relativo pequeno constitui uma grande diferença quando as condições de operação passam de boas para más. Num estudo realizado em 2007 pela “Intercedent Asia”, foi estimado que cerca de 90% das turbinas eólicas novas incluem sistemas de controlo de passo (El

se localizado no cubo do rotor e integra o mecanismo de controlo de potência das turbinas eólicas. Ao alterar o ângulo de ataque das pás do rotor, ajusta aerodinamicamente o regime de funcionamento da turbina de modo a , e.g., Figura 23. Normalmente, é considerada suficiente para

adaptado (Burton et al, 2001) Este sistema facilita a entrada em funcionamento, regula a estabilidade em operação, mas

limita a potência fornecida pela turbina eólica para valores superiores à velocidade nominal de vento, permitindo realizar paragens controladas, (i.e. travão aerodinâmico), garantindo assim a segurança em situações de emergência, (e.g., numa bina eólica necessita de forma a colocar as pás num ângulo

O sistema de controlo de passo “Pitch” detém a chave para maximizar e proteger o

(WEA), estes sistemas representam cerca de 3% do custo total da turbina eólica, mas tal como numa política de seguro, este relativo pequeno constitui uma grande diferença quando as condições de operação passam de boas foi estimado que cerca de (El-Henaoui, 2008).

A Danish Wind Industry Association (DWIA), escreveu recentemente que o “design” destes sistemas requer elevados esforços de engenharia de modo a que as pás do rotor rodem exactamente o necessário, sendo que, a maior parte dos fabricantes, com excepção da

Enercon e da Vestas, não desenvolvem os seus próprios sistemas. Os sistemas de controlo

“Pitch” com maior utilização baseiam-se em sistemas: • Eléctricos

• Hidráulicos

Existem vantagens e desvantagens inerentes a cada um destes sistemas. Com os sistemas eléctricos não existe o risco de derrame do fluido hidráulico, assim, estes sistemas representam menores riscos ambientais, os quais podem surgir com um sistema hidráulico que depende de óleo sob alta pressão. Existe igualmente um menor consumo de energia com esta solução, os sistemas hidráulicos requerem uma bomba eléctrica em permanente funcionamento, a fim de assegurar que o óleo do sistema seja mantido sob alta pressão para assegurar uma rápida e eficiente resposta do sistema. Pese embora as relativas vantagens destes sistemas, as suas redundâncias são formadas por grupos de baterias ou condensadores que constituem a sua fraqueza dada que a sua vida útil é de dois ou três anos. Passado este período, estes componentes têm obrigatoriamente de ser substituídos, o que não é uma acção fácil dado o seu peso e dimensão. Imagine-se os esforços despendidos, a instalar estes componentes no cubo do rotor de uma turbina eólica de 2 [MW], de dois em dois anos.

Peter Baldwin, um investigador da “Intercedent Asia”, refere que os defensores de cada tipo

de sistema, tentam sempre reivindicar as vantagens da “sua” tecnologia. Por um lado, há um forte apelo aos sistemas eléctricos, devido a questões ambientais e vantagens em climas frios onde existem perdas de viscosidade do óleo nos sistemas hidráulicos; por outro lado, a velocidade de resposta e a fiabilidade dos sistemas hidráulicos é superior. A manutenção e a detecção de falhas, são igualmente mais fáceis nos sistemas hidráulicos e apesar do aumento do custo dos óleos este sistema é fechado onde todo o óleo é reciclado.

Como alternativa, surge no horizonte uma terceira opção de natureza híbrida para os sistemas de controlo “Pitch”. Em operação, as pás do rotor são movidas electricamente, mas como redundância, um sistema hidráulico é apresentado. O risco de um derrame, é mitigado pelo baixo número de ciclos associados aos sistemas redundantes, e os custos de energia são de igual forma diminuídos, eliminando o uso de baterias ou condensadores (El-Henaoui, 2008).

3.5.5 “Nacelle”

A “nacelle” compreende duas funções principais no seu “design”:

• Através do chassis, tem a cargo suportar os principais componentes da turbina eólica e transferir as cargas para a torre por via do rolamento do sistema de “yaw”;

• Alojar, proteger e isolar os componentes da turbina do meio exterior, através da sua cabina.

As dimensões da “nacelle” desempenham um papel nos custos de produção que não deve ser subestimado. Um “design” compacto com “caminhos curtos” para a transferência de carga do rotor para a torre reduz o peso da turbina e consequentemente os custos (Hau, 2006).

O chassis da “nacelle” pode ser fabricado através de construção soldada composta por feixes longitudinais e transversais, ou forjado a partir de uma liga especial de ferro fundido, (e.g. EN-GJS-400-18U-LT), de modo a apresentar melhor comportamento à fadiga. Embora se possam usar os métodos de análise convencionais, para projectar o chassis a cargas extremas, a sua geometria complexa torna a análise por elementos finitos, a ferramenta ideal para a concepção e cálculos de concentração de cargas à fadiga. A cabina da “nacelle” é actualmente construída a partir de materiais compósitos de fibra de vidro reforçados. A cabina deve ser concebida de modo a fornecer isolamento contra a temperatura, humidade, propagação do som e os agentes do meio ambiente. Actualmente, as cabinas são dimensionadas de modo a facultar o espaço mínimo necessário para a instalação, acessibilidades e realização de acções de manutenção (Burton et al 2001).

A aparência externa da turbina é determinada, até certa extensão, pela forma da “nacelle”. A sua forma tem pouca influência na acção do vento, dada a sua posição em relação ao rotor, sendo que, a circulação do fluxo à sua volta apenas poderá influenciar o anemómetro. Apesar da “nacelle” não requerer formas aerodinâmicas para a turbina operar eficientemente, recentemente, foram feitos esforços por parte dos fabricantes para as tornar esteticamente mais atractivas (Hau, 2006).

A “nacelle” aloja no seu interior vários componentes da turbina eólica responsáveis pelo processo electromecânico, entre eles podem destacar-se: sistema de transmissão mecânico, caixa de engrenagens, (quando existe(12)_{), gerador, sistema de controlo, sistema}

de “yaw”, entre outros.