Aula24

UNIVERSIDADE FEDERAL DE

SÃO JOÃO DEL-REI

ENERGIAS RENOVÁVEIS – TE

ENERGIA EÓLICA

Sumário

1. Configurações básicas de sistemas com mini-eólica

2. Sistemas conectados à rede

3. Sistemas isolados com acumulação em baterias

4. Sistemas eólico-diesel

5. Sistemas eólico-água

6. Montagem da Placa de Circuito Impresso

7. AVISOS

Potencial eólico mundial

Configurações básicas de sistemas com mini-eólica

A configuração mais comum de mini-eólica conectada à rede é a apresentada na Figura 1:

Configurações básicas de sistemas com mini-eólica

A conexão elétrica de mini-eólica à rede não representa maiores complicações do ponto de vista técnico do que a

adequação dos parâmetros do inversor com os da rede.

A situação, do ponto de vista normativo e administrativo, é muito distinta, porque depende muito do lugar da instalação. Assim, em alguns locais existem quadros normativos que favorecem claramente a conexão da mini-eólica à rede, como nos EUA, Reino Unido ou Japão, e lugares onde a falta de um quadro normativo dificulta e até chega a impedir a conexão.

Configurações básicas de sistemas com mini-eólica

elétrica

Configurações básicas de sistemas com mini-eólica

O caminho em CC costuma ser típico de sistemas de pequena potência (geralmente sistemas de potência menor do que 10 kW). Estes sistemas costumam utilizar baterias como sistema de armazenamento. Contudo, não é imprescindível a presença de baterias para que um sistema incorpore o caminho em contínua.

Considerando que os aerogeradores de pequena potência geram normalmente em corrente alternada, é necessário um equipamento retificador para os sistemas com caminho em contínua. Do mesmo modo, tendo em vista que a maior parte dos consumos são também em alternada, é

Configurações básicas de sistemas com mini-eólica

Uma vantagem importante do barramento CC é que pode ser utilizado como coletor de distintas tecnologias

(fotovoltaica, vários aerogeradores, ou inclusive outras, como

pilhas de combustível, etc.) de forma simples, já que utilizar

uma frequência nula (corrente contínua) representa a imposição de um único parâmetro: a tensão de trabalho.

Nestes sistemas, a bateria desenvolve um papel fundamental: além do evidente papel que desempenha como sistema de acumulação de energia, atua também como sistema de regulação de tensão.

Configurações básicas de sistemas com mini-eólica

A bateria é uma fonte de tensão estável, que mantém a tensão contínua dentro de uma faixa relativamente pequena (tensão nominal ± 20 %).

Os demais componentes, aerogerador e/ou gerador fotovoltaico, se limitam à tensão imposta pelo balanço energético em bornes da bateria. Não é necessário um controle externo para que se produza o balanço de potência, porque as leis de balanço elétrico, junto com a variação da impedância da bateria, governam o balanço energético o tempo todo.

Contudo, o funcionamento descrito pode ser denominado funcionamento normal, isto é, quando a bateria não está nem muito carregada, nem muito descarregada.

Configurações básicas de sistemas com mini-eólica

O funcionamento nestes dois estados de carga da bateria, que poderíamos denominar funcionamentos especiais, é diferente. Os fabricantes de baterias aconselham que seja

evitado, na medida do possível, que a bateria continue sendo carregada quando já está carregada e que a continue sendo descarregada quando está descarregada. Isto porque se reduz a vida da bateria.

Isto explica a presença dos reguladores eólicos e fotovoltaicos. Sua missão é proteger a bateria diante da situação de sobrecarga. Neste caso, detectado normalmente pelo aparecimento de uma elevada tensão na bateria, os reguladores devem impedir o carregamento ilimitado da bateria.

Configurações básicas de sistemas com mini-eólica

Configurações básicas de sistemas com mini-eólica

Outra opção, ou outro tipo de caminho, é o caminho em alternada; nestes casos, é possível a passagem por contínua da geração ao consumo, inclusive é possível a presença de baterias, mas o acoplamento das distintas tecnologias é feito em alternada, não em contínua, e o armazenamento tem um curto prazo. O caso típico de sistemas com caminho em alternada é o dos sistemas eólico-diesel.

Nestes sistemas a conexão do aerogerador costuma ser diretamente em alternada, e o grupo diesel desempenha um papel essencial no funcionamento do mesmo (diferentemente dos sistemas de pequena potência, que são um elemento de apoio).

Configurações básicas de sistemas com mini-eólica

O objetivo primordial em sistemas isolados é manter a estabilidade elétrica. Neste tipo de sistema a rede é inicialmente estabelecida ao arrancar o grupo diesel. Nesse momento, uma vez arrancado, a rede já está estabelecida, e os

consumos podem ser conectados. Teríamos uma rede

alimentada com um grupo diesel (MODO SOMENTE DIESEL), como muitas das existentes em todo o mundo. A tensão e a frequência da rede elétrica são mantidas pelos controles do

grupo diesel.

Um dos requisitos do grupo diesel é que não deve funcionar abaixo de um determinado nível de carga. Doravante assumiu-se que o nível mínimo é zero, mas, se houver um nível mínimo maior, o raciocínio utilizado seria similar.

Configurações básicas de sistemas com mini-eólica

Uma vez que o grupo diesel tenha gerado uma rede estável, o controle geral do sistema pode dar permissão ao controle do aerogerador para que se conecte à rede

(normalmente, quando há vento suficiente durante um determinado tempo). Estaríamos agora diante do MODO

EÓLICO-DIESEL.

A potência gerada a partir do vento é consumida pelas cargas, sempre e quando a potência de consumo seja maior do que a potência eólica. Esta seria a configuração correspondente ao sistema eólico-diesel de baixa penetração eólica, e é a única configuração de sistema eólico-diesel em que não é imprescindível um controle supervisor, pois a estabilidade elétrica (tensão e frequência estáveis) da rede elétrica continua sendo mantida pelos controles do grupo diesel.

Configurações básicas de sistemas com mini-eólica

Considerando que, normalmente, o grupo não será capaz de consumir potência, esse excesso de potência deve ser ou consumido por algum outro componente ou reduzida, regulando a energia eólica. A primeira opção leva à necessidade das cargas de dissipação. Estas cargas podem ser inúteis (cargas resistivas) ou úteis como sistemas de bombeamento ou

dessalinização de água, geralmente.

A regulação do grupo diesel continua sendo responsável por manter a estabilidade elétrica, mas deve existir um controle do sistema que se encarregue de derivar às cargas de dissipação

e/ou cargas controladas, o excesso de energia. Está claro que a

energia gerada pelo aerogerador será traduzida em economia do combustível consumido pelo grupo diesel.

Configurações básicas de sistemas com mini-eólica

A filosofia de funcionamento descrita até aqui é a utilizada pelos sistemas eólico-diesel de penetração eólica média. Neles, o estudo econômico de viabilidade do sistema é determinado a partir da economia de combustível derivado da energia eólica fornecida.

Contudo, o grupo diesel possui um consumo de combustível mínimo significativo, inclusive sem gerar eletricidade (ocioso), em torno de 30% do consumo de combustível da potência nominal. Portanto, seria interessante desconectar o motor do grupo diesel para que a economia de combustível seja ainda maior. Neste caso, se durante um determinado tempo a potência eólica supera a potência consumida, o motor seria desligado.

Configurações básicas de sistemas com mini-eólica

Isto pode ser conseguido de duas maneiras:

desconectando o grupo diesel completamente, caso em que a regulação de tensão e frequência do próprio grupo não seriam mais disponíveis; ou por separação mecânica do gerador síncrono, fornecendo assim poder ao motor (com o que seria

perdida a regulação de frequência do grupo) mantendo ao mesmo tempo o gerador ligado, de modo que a regulação de tensão ainda estaria disponível.

Dessa forma, surge a necessidade de incorporar um sistema de armazenamento de energia para dispor de uma garantia de fornecimento para o tempo transcorrido do momento em que a potência consumida torna-se maior do que a potência eólica, até que o motor comece a funcionar e se una novamente ao gerador síncrono.

Configurações básicas de sistemas com mini-eólica

Este intervalo de tempo dura geralmente alguns segundos, de modo que é necessário um armazenamento de curto prazo (volante de inercia ou baterias, normalmente).

Esta outra filosofia de funcionamento é a que se conhece como sistemas eólico-diesel de alta penetração eólica. Neste modo, denominado MODO SOMENTE EÓLICO, a estabilidade elétrica é conseguida da seguinte forma:

 A frequência é controlada mantendo um balanço de potência

através de: cargas resistivas, controle de energia do sistema de armazenamento, um aerogerador de potência controlável;

 A tensão é controlada mantendo um balanço de potência reativa através de: regulação da tensão do grupo diesel, compensação eletrônica.

Configurações básicas de sistemas com mini-eólica

elétrica ou grupo eletrógeno

Uma desvantagem de usar o vento como fonte de

energia é a considerável variação de sua velocidade. Em muitos casos o armazenamento de energia, para resolver esta desvantagem, é muito caro.

Quando o produto de um processo acionado por energia elétrica pode ser facilmente armazenado, consegue-se um armazenamento mais barato.

Configurações básicas de sistemas com mini-eólica

O fato do recurso eólico não dispor de acumulação de energia elétrica e possuir uma alta variabilidade, significa que esses sistemas não podem alimentar cargas críticas, salvo quando há sistemas de apoio (grupo eletrógeno).

Trata-se, portanto, de sistemas cujo resultado mais valioso não costuma ser a eletricidade em si, mas algum outro produto que possa ser armazenado de maneira fácil e econômica; geralmente frio/calor ou água (gelo, água dessalinizada, energia potencial).

O fato de não ser a eletricidade gerada o produto principal, representa que são normalmente sistemas de frequência e tensão variáveis, o que permite que o controle seja

Sistemas conectados à rede

As chamadas aplicações eólicas distribuídas

experimentaram um rápido crescimento no mercado em

resposta à escalada crescente dos preços da energia e à demanda cada vez maior pela geração distribuída. Sua estrutura pode conter diversos elementos, como por exemplo:

 Acumulação: depende do quadro normativo

Uma das possibilidades desta configuração é a

eliminação do sistema de armazenamento de energia elétrica a longo prazo (bateria), ao proporcionar tanto a estabilidade elétrica, quanto a capacidade de armazenamento. Portanto, o normal é o sistema de acumulação não ser incluído.

Sistemas conectados à rede

Porém, em alguns países, como os EUA ou a Alemanha, onde o desenvolvimento da geração distribuída de pequena potência é mais avançado, existe a possibilidade (em alguns inclusive se promove) de incluir sistemas de armazenamento distribuído, pois estes permitem ajudar a administrar a rede e podem dar ao usuário a possibilidade de funcionar de maneira independente da rede.

 Controle: do aerogerador

Salvo quando a legislação impõe alguma restrição, o normal é que o controle do próprio aerogerador (retificador + regulador + inversor) seja suficiente para o correto funcionamento do sistema, não requerendo um controle supervisor.

Sistemas conectados à rede

 Consumos: depende da gestão e do quadro de remuneração

Tecnicamente, a conexão à rede funciona independen-temente dos consumos associados. Ocorre que, normalmente, os quadros de remunerações e normativos tentam fazer com que a energia gerada seja consumida de forma local.

O consumo deverá ser considerado em função dos quadros: quando se trata de um balanço anual, será interessante estimar o consumo anual para que a geração se aproxime a ele; quando se trata de um balanço instantâneo, o estudo dos consumos deverá ser muito mais detalhado, para que, em cada momento, a geração se aproxime ao valor do consumo.

Sistemas conectados à rede

 Integração de mini-eólica em meio urbano: níveis de integração

A aplicação de pequenos aerogeradores conectados à rede em meio urbano tem um grande potencial. Entretanto, nem todos os níveis de integração tem o mesmo nível de implantação e de aceitação. Os três níveis de integração

principais, do menor ao maior nível de integração, são:

 modelo residencial;

 montados sobre a cobertura do edifício;  integrados ao edifício.

Sistemas conectados à rede

Aerogeradores no meio urbano: modelo residencial

Neste tipo de instalação, o aerogerador é instalado sobre o solo, geralmente em uma parcela em que exista outro edifício. Este edifício pode ser tanto residencial quanto industrial. Dentre todos os casos de aerogeradores em meio urbano, este é o que

mais se parece ao convencional e, portanto, neste a influência do edifício é menor e o recurso eólico pode ser mais elevado.

Assim, é também a opção proposta com maior frequência como forma de conexão à rede de pequena geração eólica. Os tamanhos de geração podem chegar a até 100 kW.

Esta opção está aberta também aos locais em que, por motivos ambientais e/ou normativos, não está permitida a instalação de um parque eólico.

Sistemas conectados à rede

Aerogeradores no meio urbano: montados sobre a cobertura do edifício

Neste caso o aerogerador está fisicamente unido à estrutura do edifício. Desta forma o edifício é utilizado como torre para o aerogerador, conferindo altura, o que representa uma importante redução do custo total.

O edifício deve ser capaz de suportar o aerogerador, tanto em termos de cargas transmitidas, quanto de vibrações produzidas. Neste caso, o edifício influi de forma notável no recurso eólico pois, além de ser utilizado como torre, é também um obstáculo importante e próximo, de modo que produz uma alteração do fluxo, diminuindo sua capacidade energética e

Sistemas conectados à rede

Esta opção é proposta como forma de produzir energia no local em que será consumida, normalmente de maneira

conjunta a outras formas de geração distribuída (fotovoltaica, principalmente). Assim, as possibilidades seriam grandes em cidades de países desenvolvidos.

Contudo, ainda precisa ser comprovado se o edifício reduz o potencial eólico ou torne o fluxo tão turbulento que os aerogeradores não resistam às condições de trabalho impostas.

Os aerogeradores propostos para esta aplicação são de pequeno tamanho, geralmente com menos de 5 kW. O ruído e as vibrações são especialmente importantes.

Sistemas conectados à rede

Aerogeradores integrados ao edifício

Neste caso, o edifício é projetado desde o começo para possuir geração eólica, de modo que pode ter a forma necessária para não somente não diminuir o potencial eólico, mas inclusive aumentá-lo. Pretende-se fazer com que a forma favoreça a captação eólica.

Ainda que não seja uma ideia nova, pois os antigos moinhos já tentavam aproveitar em seu desenho o recurso eólico, são muito poucas as experiências existentes no mundo

de edifícios modernos deste tipo, mas cada vez há mais arquitetos interessados. A geração eólica pode chegar a ser de centenas de quilowatts, como o World Trade Center, no Bahrain (Figura 5).

Sistemas conectados à rede

Sistemas isolados com acumulação em

baterias

Sistemas isolados com acumulação em baterias

A denominação de sistemas isolados com energia eólica passará a ser sistemas isolados com energias renováveis, devido a que já na escolha do sistema devem ser consideradas outras formas de energias renováveis no estudo técnico e de viabilidade do sistema. Sua estrutura pode conter:

 Outras formas de geração renovável

Normalmente, as energias envolvidas em um sistema híbrido são a fotovoltaica e a eólica, por serem as de uso mais universal e amplo mas, ainda assim, existem experiências de eletrificação de sistemas isolados com energia mini-hidráulica.

Sistemas isolados com acumulação em baterias

Atualmente, o tipo de energia renovável que possui um maior nível de desenvolvimento com relação à alimentação de sistemas isolados de pequena potência é, sem dúvida, a energia solar fotovoltaica. A solução fotovoltaica conseguiu transmitir a imagem de confiabilidade e qualidade da instalação e, assim, foi aceita em todos os níveis (profissional, usuário, decisão) como uma solução válida.

Porém, as limitações da fotovoltaica quanto ao fornecimento de quantidades importantes de energia sem

aumento de custo do sistema, podem ser reduzidas com a participação da energia eólica. Ademais, com a inclusão da energia eólica aumenta-se a confiabilidade do fornecimento. Portanto, considerando que uma parte muito importante do sistema é comum a ambas tecnologias, é conveniente aproveitar a infraestrutura para a energia fotovoltaica.

Sistemas isolados com acumulação em baterias

 Acumulação: baterias

A maior parte dos sistemas eólicos isolados utilizam baterias de Chumbo-ácido como sistema de armazenamento para nivelar a dissociação entre a disponibilidade do vento e os requisitos de consumo. Continuam sendo utilizados em sistemas com pouca potência, isolados da rede.

Comparado com qualquer outro elemento do sistema eólico isolado, as baterias são caras, de curta duração (a vida é medida em ciclos, e depende da utilização que é feita da mesma, valores entre 5 e 10 anos são típicos), e não muito eficientes (75%), além de não ser capaz de utilizar a plena capacidade nominal (os fabricantes recomendam não usar mais de uma porcentagem dessa capacidade, com valores típicos entre 70 e 80%); porém, são a solução mais utilizada.

Sistemas isolados com acumulação em baterias

Uma bateria é um dispositivo eletroquímico que armazena energia elétrica em forma de ligações químicas. O bloco construtivo básico de uma bateria é a célula eletroquímica. As células operam a um potencial nominal de poucos watts (a maioria) e, dentro de limites práticos, sua capacidade em amperes-hora e em amperes é proporcional à sua dimensão física. As células estão conectadas em configurações série/ paralelo apropriadas para proporcionar os níveis desejados de tensão e corrente da bateria.

O tipo mais comum é a bateria fixa de chumbo-ácido. Um

segundo tipo menos utilizado é o tipo níquel-cadmio, em casos em que o custo não é um problema. Ocasionalmente se utilizam

pilhas de combustível como sistema de armazenamento nesta configuração, quase sempre associadas a alguma limitação particular ao uso das baterias eletroquímicas.

Sistemas isolados com acumulação em baterias

 Controle: distintas possibilidades

A complexidade dos controles depende do tamanho e da complexidade do sistema e das preferências do cliente. O controlador pode ser programado para ligar e desligar os componentes conforme seja necessário, sem a intervenção do usuário, isto é, pode realizar a gestão de cargas para otimizar a qualidade do fornecimento.

As opções de controle do sistema nesta configuração de sistemas isolados podem ser resumidas em duas: sistemas sem controle supervisor e controle integrado de sistemas híbridos.

Sistemas isolados com acumulação em baterias

 Grupo auxiliar: de apoio

No caso de sistemas de pequena potência, o uso de um

grupo eletrógeno costuma ser considerado como possível grupo auxiliar de apoio, para proporcionar a energia que o sistema de geração renovável (e com a acumulação das baterias) não é capaz de fornecer quando seja necessário.

Normalmente, uma vez que o controle profere a ordem de arranque ao grupo, este carrega a bateria, a fim de que o grupo trabalhe em um ponto próximo à potência nominal. A

influência da presença do grupo auxiliar no dimensionamento do sistema é notável, principalmente com relação ao tamanho

do gerador renovável e da bateria. Normalmente, os critérios econômicos determinam se é conveniente ou não sua inclusão, e o tamanho ideal.

Sistemas isolados com acumulação em baterias

 Experiências de eletrificação rural em sistemas com baterias na América Latina

Brasil: dentro do programa Luz para Todos (iniciado em 2003)

foram definidos os chamados projetos especiais, “Projetos de eletrificação rural para o atendimento de comunidades

isoladas, por meio da geração de energia elétrica

descentralizada, de forma sustentável, priorizando a utilização de fontes renováveis de energia e mitigando o impacto ambiental”, cujas opções tecnológicas incluem os sistemas híbridos. Está concebido para comunidades isoladas, preferivelmente na Amazônia.

Sistemas isolados com acumulação em baterias

Como exemplo, são apresentados a seguir os dados técnicos e o diagrama de blocos do sistema de geração do

Projeto da Ilha dos Lençóis, no município de Cururupu, Estado do Maranhão:

 Geração Solar: 162 Módulos Fotovoltaicos de 130 W_p - P_T=21,06kW;

 Geração Eólica: 3 Turbinas Eólicas de 7,5 kW – P_T= 22,5 kW;

 Geração Diesel: 1 Motor-gerador diesel de 42,4 kW (back-up);

 Distribuição: Rede de distribuição trifásica a tensão de 380/220 V_ca, 60 Hz;

 Iluminação Pública: 4 circuitos com lâmpadas fluorescentes compactas de 20 W;

 Uso Produtivo de Energia: Instalação de uma fábrica de flocos de gelo para atender as necessidades dos pescadores.

Sistemas isolados com acumulação em baterias

O projeto EUROSOLAR: Este projeto possui o objetivo de atender os serviços básicos comunitários, como escolas, postos de saúde e locais comunitários em 600 comunidades em El Salvador, Guatemala, Nicarágua, Honduras, Peru, Paraguai, Bolívia e Equador, com um orçamento total de mais de 36 milhões de dólares, dos quais a Comissão Europeia aportou mais de 8 milhões de dólares.

Os sistemas propostos são sistemas isolados alimentados com energias renováveis, a maior parte dos quais utilizam somente geração fotovoltaica, mas existem 177 instalações atendidas com sistemas híbridos eólico-fotovoltaicos. Nestes casos, os kits híbridos eólico-fotovoltaicos de 1,4 kW cada kit, contém: 1 aerogerador e 6 painéis fotovoltaicos.

Sistemas isolados com acumulação em baterias

Sistemas eólico-diesel

Na medida em que o tamanho do sistema de eletrificação isolado com renováveis aumenta, existem determinados

aspectos que tradicionalmente dificultaram a extrapolação da configuração com armazenamento energético em baterias, dentre os que se destaca a inviabilidade técnica e econômica

que representa um sistema de armazenamento de energia de grande tamanho.

Outro aspecto que influenciou a mudança de configuração foi o alto custo que a tecnologia fotovoltaica

Sistemas eólico-diesel

Ainda que estes fatores tenham sido superados atualmente (principalmente a inviabilidade técnica de grandes baterias e o alto custo da geração fotovoltaica), o que está

possibilitando instalações comerciais com a mesma

configuração de grande tamanho (centos de kWs) e com estabilização elétrica, é o grupo eletrógeno diesel.

Esta configuração baseada em uma rede alimentada por um grupo (ou central) diesel incorporou, tradicionalmente, a geração eólica para constituir a configuração denominada sistemas eólico-diesel, que será analisada a seguir em termos de seus componentes mais comuns.

Sistemas eólico-diesel

 Outras formas de geração renovável: admite, mas não são frequentes

A configuração típica inclui geração eólica, além do grupo diesel; mas também admite outras formas de geração como a fotovoltaica (cada vez mais utilizada em razão da diminuição de custos experimentada nas instalações de grande escala) e a

hidráulica (pouco frequente, ainda que emblemática no projeto da Isla del Hierro).

Sistemas eólico-diesel

Sistemas eólico-diesel

 Acumulação: curto prazo

Já foram descritas algumas das distintas tecnologias existentes de acumulação de energia, e já se adiantou então que, dentre os diferentes tipos de acumulação em função do tempo em que são capazes de proporcionar fornecimento à carga, o tipo utilizado em sistemas eólico-diesel de alta penetração eólica é o de curto prazo (<1 minuto).

Este curto prazo serve, tanto para filtrar as variações mais rápidas do vento, quanto para dotar o sistema de fornecimento durante o tempo que o grupo diesel demorar para

arrancar, ambas quando o sistema funciona em MODO

Sistemas eólico-diesel

Existem sistemas eólico-diesel que utilizam baterias como sistema de acumulação de curto prazo, mas é interessante avaliar a utilização do volante de inércia como acumulação a curto prazo em sistemas eólico-diesel de alta penetração eólica. Existem duas filosofias de utilização de volantes de inércia:

Volantes muito pesados, metálicos, girando a relativamente

baixas rotações, de 3.000 a 5.000 RPM, e não é raro que girem em conjunto com o motor diesel. Não necessitam qualquer controle porque o balanço de potência é mecânico, em função das voltas, mas, por outro lado, a gama de velocidades permitidas é pequena, pois a frequência da rede depende diretamente da velocidade de giro, e a frequência tem um faixa admissível limitada.

Sistemas eólico-diesel

Volantes leves, incluem materiais compostos, girando a altas rotações, de 30.000 a 50.000 RPM, e precisam de um conversor eletrônico para conectar-se à rede elétrica do sistema eólico-diesel, e de um controle

que lhes diga, a cada momento, a potência que o volante deve fornecer ou tomar do sistema.

A gama de velocidades de giro permitida é muito maior (o conversor eletrônico dissocia a velocidade de giro da frequência elétrica da rede), de modo que as possibilidades de utilização da energia acumulada são

maiores. Por outro lado, o controle é mais sofisticado.

Sistemas eólico-diesel

 Controle: supervisor

O controle supervisor varia em sistemas eólico-diesel em função do nível de penetração, assim:

Em sistemas de baixa penetração eólica, o controle do próprio grupo diesel é capaz de manter a estabilidade elétrica da rede, considerando que a geração eólica nunca ultrapassa o consumo mínimo da rede, de modo que a geração eólica se comporta simplesmente como uma redução do consumo que atende o grupo diesel, o que leva a uma economia do combustível consumido. O controle supervisor, como tal, não é imprescindível para estes sistemas.

Sistemas eólico-diesel

Em sistemas de penetração eólica média, o grupo diesel está

sempre funcionando, como nos sistemas de baixa penetração eólica, mas agora a geração eólica pode superar o consumo demandado, de modo que, nesses momentos, o controle do grupo diesel não é capaz de manter a estabilidade elétrica pois é incapaz de consumir potência.

Neste caso, é imprescindível um controle supervisor que mantenha a estabilidade elétrica no sistema nos momentos em que a geração eólica supere a demanda.

São várias as formas de fazê-lo: regulando a geração eólica, conectando cargas reguláveis (bombeamento, dessalini-zação, etc.) ou conectando cargas resistivas.

Sistemas eólico-diesel

Em sistemas de alta penetração eólica, o controle supervisor é

ainda mais imprescindível, pois nestes sistemas se contempla o

modo de funcionamento SOMENTE EÓLICA, com o grupo diesel desligado, o que representa que o controle supervisor responde pela estabilização elétrica do sistema.

Esta tarefa é muito complexa, de modo que costuma-se incluir uma unidade estabilizadora (geralmente composta por um sistema de armazenamento de energia de curto prazo, como os volantes de inercia, e um conversor eletrônico que atua de interface com a rede) para ajudar no controle supervisor neste modo de funcionamento.

Sistemas eólico-diesel

 Consumos: convém incluir cargas reguláveis

São pequenas redes de distribuição, de modo que os consumos são típicos deste tipo de redes. Contudo, é muito

recomendável que os consumos a serem controlados pelo controle supervisor (cargas reguláveis), possam ser administrados por este para uma otimização da gestão energética do sistema.

Dentre estes consumos se encontram: bombeamento de água, plantas dessalinizadoras, plantas de fabricação de gelo, sistemas de pré-aquecimento, etc.

Sistemas eólico-água

Manter a estabilidade elétrica é uma das caraterísticas que mais influem no projeto dos sistemas isolados. Assim, serão vistos os sistemas cuja estabilidade elétrica pode ser mais flexível, abrindo a porta para sistemas de tensão e frequência variáveis, o que pode permitir uma maior simplicidade na solução com relação aos componentes que surgem.

 Acumulação: armazena-se um produto da geração elétrica

Esta configuração pode funcionar com baterias, mas uma das possibilidades desta solução é a eliminação do sistema de armazenamento de energia elétrica a longo prazo (bateria). Neste tipo de sistemas o armazenamento é realizado no produto final (água, gelo, calor).

Sistemas eólico-água

 Controle: imprescindível, mas simples

A ausência da necessidade de manter a estabilidade

elétrica (tensão e frequência) pode permitir a simplificação do controle do sistema, contemplando-se, inclusive, a possibilidade da conexão direta do aerogerador à aplicação (resistência, motor, etc.).

Não obstante, inclusive, esta conexão tão simples

necessita de um mínimo controle para proteger o sistema ante situações de ventos muito altos e/ou consumos muito baixos. Por esta razão, existem soluções que contam com um controle mais sofisticado para conseguir um melhor funcionamento do sistema.

Sistemas eólico-água

 Grupo eletrógeno: pode existir

A outra grande vantagem desta configuração é a

possibilidade de abdicar do grupo eletrógeno, pois o sistema pode funcionar quando exista recurso renovável suficiente e não fazê-lo em caso contrário.

Contudo, pode ser necessária uma garantia do produto, situação em que a inclusão de um grupo eletrógeno garante o fornecimento do produto, seja qual for a relação entre o recurso renovável e o consumo do produto final.

Sistemas eólico-água

 Consumos: cargas reguláveis, não dedicadas

Desde logo, esta configuração é especialmente apropriada para cargas reguláveis, aquelas que podem atuar de forma independente do consumo do produto final.

Não são apropriados, portanto, em aplicações de cargas principais, em que o consumo elétrico se produz quando o usuário o deseje.

GUIA PARA MONTAGEM DA PLACA DE

CIRCUITO IMPRESSO

MONTAGEM DA PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO

Fig. E1 – Caneta para retroprojetor.

Desenhe o lay-out do circuito utilizando um software de circuitos eletrônicos, como o KiCAD ou Eagle, por exemplo (vide tutorial no arquivo do Material de Apoio).

Outra possibilidade é fazer o desenho do circuito utilizando uma caneta para retroprojetor, Figura E1.

MONTAGEM DA PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO

Após finalizar o desenho do circuito, é interessante fazer uma impressão teste, verificando se a distância entre os pinos e a posição dos mesmos está de acordo com o projeto (em alguns

softwares é necessário espelhar a impressão do desenho).

Uma alternativa interessante, para verificar o posicionamento dos componentes (evitando que a pinagem de um CI fique invertida, por exemplo), é pegar o desenho impresso

e posicioná-lo na face do cobre da placa, verificando se, ao passar para a placa, os pinos do circuito estarão no local projetado.

MONTAGEM DA PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO

Estando o circuito finalizado e a pinagem verificada, faça a impressão do desenho em uma impressora laser (que utilize toner para impressão), utilizando papel fotográfico ou

transparência para retroprojetor.

MONTAGEM DA PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO

Prepare a placa limpando a superfície de cobre de sujeira, oxidação e gordura. Utilize uma bucha ou, se preferir, passe lã de aço (Bom-Bril), até que a mesma fique brilhosa e sem nenhuma marca. A sujeira que estiver na placa irá atrapalhar a fixação do desenho na etapa de transferência. Coloque o papel com a face impressa sobre a placa já cortada no tamanho exato, conforme mostra a Figura E3.

MONTAGEM DA PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO

Com um ferro de passar roupas quente (temperatura média/alta), pressione o papel sobre a placa. Não é necessário friccionar, apenas faça pressão por cerca de 5 a 10 minutos. Escolha bem a superfície onde vai apoiar a placa, evitando estragá-la com o calor do ferro. Cuidado também para não exagerar ao fazer pressão e acabar danificando o ferro de passar roupas.

MONTAGEM DA PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO

Feito isso, o toner impresso no papel estará preso no cobre da placa. Não puxe o papel nesse momento. Prepare uma pequena vasilha com água quente e um pouco de detergente, quantidade suficiente para cobrir a placa. Mergulhe a placa na água e aguarde cerca de 30 minutos. Isso irá amolecer o papel e facilitar sua retirada.

MONTAGEM DA PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO

Para a retirada do papel, friccione as pontas dos dedos

sobre ele - não é preciso muita força -, pois o papel molhado sairá facilmente. Se for preciso, molhe algumas vezes a placa na água da panela e vá fazendo o movimento com os dedos até retirar todo o papel.

MONTAGEM DA PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO

Para fazer a corrosão do cobre que ficou desprotegido pelo toner, utilize uma solução de água com percloreto de ferro. Existem duas opções, comprar a solução já pronta ou diluir o percloreto em pó na água.

IMPORTANTE: DEVE-SE DILUIR O PERCLORETO EM PÓ EM UMA VASILHA CHEIA DE ÁGUA, NA QUANTIDADE RECOMENDADA NA EMBALAGEM DO PRODUTO. CASO SEJA FEITO O CONTRÁRIO, JOGANDO ÁGUA SOBRE O PÓ, A REAÇÃO QUÍMICA IRÁ LIBERAR UM CALOR EXCESSIVO, PODENDO DERRETER A VASILHA ONDE ESTÁ SENDO FEITA A DILUIÇÃO. UTILIZE APENAS VASILHAMES PLÁSTICOS E COM PAREDE MAIS ESPESSA, COMO UMA LIXEIRA PLÁSTICA OU VASO DE FLORES PLÁSTICO.

MONTAGEM DA PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO

MUITO CUIDADO AO MANUSEAR A SOLUÇÃO, POIS A MESMA É CORROSIVA. A SOLUÇÃO É CAPAZ DE FURAR ROUPAS E OXIDAR METAIS (INCLUINDO RALOS E PIAS METÁLICAS).

Armazene a solução em uma garrafa PET para utilizá-la posteriormente. Recomenda-se que os grupos se organizem para dividir a compra do percloreto, tendo em vista que uma solução é suficiente para corroer diversas placas.

MONTAGEM DA PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO

Com a solução pronta, proceda a corrosão do cobre não protegido pelo toner. Monitore o processo, tomando cuidado para não sujar a chão com o percloreto. Observe que, com o passar do tempo, o cobre vai sendo corroído da placa e a parte protegida se mantém. O tempo médio de corrosão é de 30 minutos, mas pode chegar até a 2 horas, dependendo da qualidade do percloreto.

MONTAGEM DA PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO

Fig. E10 – Placa de circuito impresso finalizada.

Cuidado para não deixar a placa por muito tempo na solução e o percloreto começar a corroer, inclusive, a parte protegida. Após a corrosão, retire a tinta do toner com o auxílio, mais uma vez, da lã de aço. Proceda com a perfuração da placa, utilizando um perfurador de placas, e realize a soldagem dos componentes.

AVISOS

Para reservar horário no laboratório, será possível fazê-lo através do novo sistema on-line de reservas, através do seguinte link:

https://ufsj.edu.br/depel/laboratorios_-_agendas.php

O aluno deverá verificar a agenda do laboratório e, havendo horário disponível, fazer a solicitação através do formulário.

IMPORTANTE: O PREENCHIMENTO DO FORMULÁRIO NÃO É GARANTIA DE RESERVA. A RESERVA ESTARÁ CONFIRMADA SOMENTE APÓS O TÉCNICO RESPONSÁVEL PELO LABORATÓRIO ENVIAR UM E-MAIL DE CONFIRMAÇÃO.

TRABALHO FINAL

Ao montar o conversor CC-CC, lembrem-se de deixar os terminais para conexão da carga externos à caixa, permitindo medir a corrente de saída do conversor.

Além disso, verifiquem as orientações para escrita do relatório final, onde é solicitado que seja inserida uma imagem da indutância medida através da ponte LCR.

Planejamento das aulas

As próximas aulas da disciplina seguirão o seguinte cronograma:

 05/11 – AULA 25 – ENERGIA EÓLICA

 07/11 – AULA 26 – BIOGÁS / BIOMASSA

 12/11 – AULA 27 – BIOGÁS / BIOMASSA

 14/11 – HORÁRIO LIVRE NO LABORATÓRIO / ENTREGA DO RELATÓRIO DO TRABALHO FINAL

 19/11 – APRESENTAÇÃO TRABALHO FINAL EM LABORATÓRIO  21/11 – APRESENTAÇÃO TRABALHO FINAL (SALA DE AULA)  26/11 – AULA 28 – REVISÃO PARA A PROVA 2

 28/11 – PROVA 2

 03/12 – PROVA SUBSTITUTIVA

Bibliografia

1. Cádiz Deleito J.C. “Historia de las Máquinas Eólicas”. Endesa. Madrid 1992.

2. Varios Autores, 2010. “Principios de Conversión de la Energía Eólica”. Serie Ponencias. Editorial CIEMAT Madrid

3. Varios Autores, 2002. “Desarrollo Tecnológico de Sistemas Aislados con Energía Eólica”. Serie Ponencias. Editorial CIEMAT Madrid

4. Varios autores, 2000. “Fundamentos, Dimensionado y Aplicaciones de la Energía Solar Fotovoltaica”. Serie Ponencias. Editorial CIEMAT. Madrid 5. Rodríguez J.L., Burgos J.C., Arnalte S., 2003 “Sistemas Eólicos de

Producción de Energía Eléctrica”. Editorial Rueda S.L Madrid

6. I. Cruz, L. Arribas “Wind Energy THE FACTS”. Ed. 2009. Capítulo 6 de Tecnología: “Small Wind Turbines”. ISBN: 978184407710

7. “AWEA, 2002. ROADMAP. A 20-year industry plan for small wind turbine technology”.

UNIVERSIDADE FEDERAL DE

SÃO JOÃO DEL-REI

ENERGIAS RENOVÁVEIS – TE

ENERGIA EÓLICA