Técnico em Eletroeletrônica
Fontes Renováeis e Energias
Alternativas
Eólica
O vento é um recurso natural abundante, gratuito e limpo. Observe que o vento é formado a partir da diferença de temperatura em locais diferentes. A diferença de temperatura é causada pelo aquecimento de forma desigual. Uma floresta, por exemplo, tem temperatura menor pois as plantas utilizam parte da luz para transformar em açúcares. Uma savana, por outro lado, tende a aquecer mais dado que o sol incide sobre o solo e um percentual maior da luz vira calor. Caso tenhamos estes dois ambientes relativamente próximos um do outro teremos a situação a seguir
Eólica
Normalmente locais próximos a grandes
volumes de água, tais como oceanos, mares,
grandes lagos ou grandes rios têm vento
abundante ao longo de todo o ano. Também
em muitas regiões do planeta locais em
altitudes mais elevadas. Estes ventos são
localizados, afetam apenas algumas dezenas
de quilômetros.
Eólica
Temos também os ventos em escala global. A rotação
da terra que faz o vento nos trópicos soprar de
nordeste no hemisfério norte e de sudeste no
hemisfério sul. São os chamados ventos Alísios.
Observe que em ambos os casos o vento sopra em
direção a oeste, já que a terra gira em direção a leste.
Este comportamento predomina até aproximadamente
o paralelo 30º. Do paralelo 30º ao 60º temos o
chamado vento do oeste. São ventos que sopram de
sudoeste no hemisfério norte e de noroeste no
hemisfério sul. São mais fortes que os Alísios
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Como Funciona
Existem dois tipos básicos de turbinas eólicas, também chamados de aerogeradores, as com eixo horizontal e as com eixo vertical. Aqui mostraremos uma turbina com eixo vertical para exemplificar.
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● 1 – Hélice. Ela quem capta o vento e transformaem movimento giratório. Normalmente tem três pás, mas há modelos com quantidades diferentes dependendo das condições de uso.
● 2 – Cubo. Ele dá aerodinâmica ao aerogerador e
ajuda a ter a direção correta para melhor aproveitar o vento.
● 3 – Eixo. Ele transmite o movimento giratório da
hélice ao gerador ou à caixa de câmbio (em osso caso, é o segundo).
● 4 – Caixa de câmbio. Tipicamente ela aumenta a
rotação do eixo para maximizar a eficiência do gerador elétrico. Note que no caso de haver uma caixa de câmbio o eixo não é inteiriço, tendo uma velocidade angular antes e outra depois da caixa de câmbio. Modelos mais simples não têm caixa de câmbio.
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● 5 – Gerador. É a máquina elétrica que
converte o movimento giratório em eletricidade. Há três tipos que
discutiremos adiante, Gerador CC com escovas, Gerador AC com imã
permanente ou Gerador AC de indução.
● 6 – Leme. Em alguns modelos de
aerogerador, especialmente os menores, há a presença do leme que ajuda a
manter a turbina na direção ideal. Em alguns casos ele pode ser utilizado para deixar a hélice perpendicular ao vento em caso deste estar com velocidade acima do máximo permitido evitando danos ao equipamento.
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Gerador CC
● Quando temos uma bobina girando em uma região de campo
magnético uniforme, ela terá uma força eletromotriz induzida variável no tempo. Com um comutador esta FEM passa a ser contínua, conforme figura abaixo. Em geradores reais o
comutador tem várias espiras para aproveitar sempre a que está com a maior FEM induzida. O campo magnético uniforme pode se gerado por ímãs permanentes ou por bobinas de
campo que tendem a produzir um campo magnético mais forte que o ímã permanente.
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Gerador Síncrono
O gerador síncrono é eletricamente o inverso do gerador CC. Neste caso o campo magnético fica no rotor em vez do estator. Aqui pode-se utilizar uma bobina de campo ou ímãs permanentes para gerar este campo magnético. Note que o campo magnético deixa de ser contínuo e passa a ser girante. As bobinas no estator passam a receber um campo magnético variável no tempo
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Gerador Síncrono
Para o gerador síncrono, a saída é em corrente alternada. Assim a velocidade de rotação do rotor determina não só a tensão induzida, como também a frequência da corrente de saída.
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Medição de velocidade do Vento
Antes de pensar em um sistema eólico deve-se considerar se a principal matéria-prima está disponível, que é o vento. Existem mapas de recursos de vento disponibilizados por diversos institutos. No caso do Brasil, por exemplo, o “Atlas do Potencial Eólico Brasileiro” tem essas informações de forma simples e fácil. Embora não seja suficiente, ele já
mostra de forma bastante fácil os locais com maior potencial e a justificativa.
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Medição de velocidade do Vento
A medição da velocidade instantânea do vento é feita com um instrumento chamado anemômetro. Para a gravação desta velocidade ao longo de um tempo maior há um
instrumento chamado anemógrafo. Neste caso o
instrumento vai registrar a velocidade do vento em cada instante e registrar as variações ao longo de um
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Medição de velocidade do Vento
Para uma avaliação de viabilidade é recomendado medir durante pelo menos um ano o local desejado. Se possível mais de um local possível para se escolher o mais
adequado entre os pontos avaliados.
Observe também que o anemógrafo deve estar em posição tão parecida quanto for o modelo de aerogerador escolhido, por exemplo, caso um aerogerador de 30m de altura seja a opção viável, é nesta altura que deve-se instalar o
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Potência Teórica
P = 0,5 x d x A x V³ Onde: P – Potência instantânea. d – densidade do ar.A – área da hélice do aerogerador (diâmetro ao quadrado vezes pi dividido por 4).
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Convertendo a energia
●Onde:
●1 – Retificador
●2 – Controlador de carga
●3 – Banco de baterias
4 – Inversor de frequência.
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Planejando um Sistema de Pequeno Porte
● Caso o interesse seja em construir um sistema eólico de pequeno
porte, para complementar ou substituir fontes externas de energia elétrica há algumas coisas a serem levadas em consideração.
● Medição da velocidade do vento ao longo de pelo menos um ano. ● Custo do sistema eólico planejado.
● Tipo de turbina.
● Característica de consumo da unidade consumidora e característica
de fornecimento do(s) aerogerador(es).
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Especificações de um Aerogerador
Modelo do aerogerador Potência Nominal 2,5kW Potência Máxima 3,5kW Tensão de saída 48/96V Quantidade de pás 3 Diâmetro da hélice 5mVelocidade mínima do ar para partida 2,5m/s
Velocidade do ar para potência nominal 15m/s
Velocidade máxima do ar para operação 50m/s
Gerador Síncrono trifásico com imãs permanentes
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Especificações de um Aerogerador
Observe que para a escolha de um equipamento adequado precisa-se conhecer suas especificações técnicas. Veja que o aerogerador acima tem potência nominal de 2,5kW, mas que ele só entrega esta potência quando o vento está com velocidade de 15m/s. Ou seja, se o local fica na maior parte do tempo em velocidades muito inferiores a este valor a potência disponível será menor que isso na maior parte do tempo. Outro dado importante é a velocidade mínima para a partida. Neste caso é de 2,5m/s, ou seja, se o vento cair muito e a turbina parar de girar ela precisará de uma velocidade do ar de no mínimo 2,5m/s para voltar a operar.
