ENERGIA EÓLICA
O que é ENERGIA
EÓLICA?
A energia eólica é a energia obtida pelo movimento do ar (vento).
É uma abundante fonte de energia, renovável, limpa e disponível em todos os lugares.
É também considerada uma "energia limpa" (que respeita ao meio ambiente), já que não requer uma combustão que produza resíduos poluentes nem a destruição de recursos naturais.
O que é um AEROGERADOR?
É um gerador elétrico integrado ao eixo de um cata-vento cuja missão é converter energia eólica em energia elétrica.
Este tipo de gerador tem se popularizado rapidamente devido ao fato de a energia eólica ser um tipo de energia renovável, diferente da queima de combustíveis fósseis.
AEROGERADOR
Um aerogerador 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.
Para selecionar o local ideal à colocação de turbinas eólicas, é preciso observar a existência do vento suficiente que possibilite a extração de energia numa potência desejada.
São observadas as seguintes características básicas:
Intensidade do vento na região; Topografia;
Finalidade da energia gerada; Facilidade de acesso.
Intensidade do vento
No mapa eólico, observam-se regiões onde a potência do vento assume valores consideráveis, de modo a possibilitar a geração econômica de energia, determinada em função da potência do vento dada em w/m² conforme a tabela a seguir.
Fontes de informação
A) carta de isovento ou meteorológica
São cartas meteorológicas que mostram curvas isoventos, que são as linhas de mesma intensidade de velocidade média do vento.
Essas cartas não são suficientes para análise completa do local, necessitando fazer um levantamento no próprio local.
A) carta de isovento ou meteorológica (continuação)
A variação do vento relaciona-se com a variação do clima da região.
No RS, o verão se caracteriza como uma estação de
pouco vento, e o inverno, como uma estação de ocorrência de ventos mais fortes.
Períodos em que a velocidade do vento atinge valores inferiores a 3 m/s são denominados de “períodos de calmaria” e as potências se tornam mais baixas para extração de energia.
Neste caso o sistema pode ficar parado, o que representa um ponto importante a ser levado em conta na fase de projeto da geração de energia.
Para as microcentrais os períodos de calmaria determinarão o tempo necessário para armazenamento de energia.
Locais com alta velocidade do vento apresentam poucos períodos de calmaria, por isso não necessitam de muitos requisitos para armazenamento, mas em locais com ventos apenas moderadamente altos apresentam longos períodos de calmaria.
Já períodos de vento com altas velocidades podem causar problemas estruturais no sistema ou na turbina.
B) análise por visualização:
Se o lugar não for próximo a estações meteorológicas, a avaliação poderá ser feita observando-se as árvores existentes no local.
O seu nível de deformação serve como um bom indicador da velocidade dos ventos na região.
A intensidade do vento aumenta com a altura logo:
árvores de maior envergadura são atingidas por ventos mais intensos.
Pelos níveis de deformação das árvores, classifica-se a intensidade do vento como de:
Escorvar: quando os galhos estão a sotavento (lado para onde vai o vento), especialmente na ausência de folhas, ocorrendo quando os ventos são fracos;
Bandeira: os galhos ficam a sotavento, ficando o tronco estático, na sua posição original, livre ao barlavento, ou seja, lado de onde sopra o vento;
Deitar: o vento é forte o bastante para produzir deformações permanentes no tronco e galhos;
Torquiar: o vento é sempre forte, o ponto de quebrar os galhos, dando a impressão de que foram cortados de maneira uniforme;
Tapete de árvores: a força do vento é tão forte que limita o crescimento das árvores a alguns centímetros do solo, dando a impressão de que formam um tapete de árvores.
Uma alternativa melhorada de estimar-se visualmente a intensidade dos ventos para microaproveitamentos eólicos pode estar baseada na tabela a seguir, que é uma adaptação arredondada da Escala de Beaufort (adotada pelo comitê internacional de meteorologia)
Topografia
Tem grande importância para a escolha do local, principalmente no caso
de serras.
Para lugares de serra, a velocidade do vento aumenta no lado da frente
da serra e diminui no lado oposto.
Em regiões planas, deve-se observar a posição da sombra das árvores
em relação ao vento, o que implica sua proximidade do local escolhido para a instalação da turbina.
Deve haver o máximo espaço livre entre as sombras e a
microcentral, evitando-se, dessa forma, a desaceleração do vento ocasionada por árvores e outros obstáculos.
Com o aumento da altitude, o movimento de uma corrente
de ar toma uma forma mais complexa, ou seja, devido às diferentes formas de terreno, surgem várias e distintas velocidades.
Finalidade para a energia
gerada
Podem ser instaladas turbinas eólicas para:
geração elétrica (a turbina deve ser instalada nos
locais mais elevados ou de máximo vento)
Bombeamento de água ; Moagem de grãos...
Para a geração de energia elétrica em grande escala requer a instalação de várias turbinas.
O número de unidades dependerá dos seguintes fatores: Capacidade total de cada unidade;
Dimensão econômica da turbina (custo pela capacidade em kw);
Efeitos resultantes da interferência entre turbinas.
Finalidade para a energia
gerada
Facilidade de acesso
Para evitar transtornos na instalação, operação e manutenção, o local da turbina deve ter boas condições de acesso.
Deve estar próximo as estradas, rodovias ou ferrovias, pois haverá transporte de carga pesada, e ter condições de segurança contra furto, vandalismo, etc.
Potência eólica
De toda potência do vento, apenas parte dela pode ser extraída para geração de energia, e essa parte é quantificada pelo coeficiente de potência Cp, isto é, a relação entre a potência possível de se extrair do vento e a quantidade total de potência nele contida.
em kgf/s
Cp= 0,5926 1 kgf/s = 9,81 W
Onde:
ρ= densidade especifica do ar (1,2929 kg/m³ a 0ºC e o nível do mar) S= superfície varrida pelas hélices ou pás (m²)
O valor de ρ, pode ser corrigido da seguinte forma:
Onde:
Pr= pressão atmosférica (mm de mercúrio) T= temperatura Kelvin absoluta.
Nas condições normais:
T=296 K ; Pr = 760 mmHG e ρ=1,192 kg/m³
A densidade do ar varia com a temperatura, e a temperatura em graus centigrados varia com a elevação acima do nível do mar.
Onde:
h=elevação em m acima do nível do mar.
Se apenas a altitude, z (m), for conhecida, a densidade do ar pode ser estimada por:
Torque da turbina:
Em que o coeficiente de torque é:
Se ρ=1,192 kg/m³, o potencial máximo de vento pode ser obtido a partir da equação abaixo (sem levar em conta as perdas aerodinâmicas no rotor, as variações de velocidade do vento nos vários pontos da área de captação, o tipo do rotor...) como sendo:
Onde:
P/S= densidade de potência eólica (w/m²);
V=velocidade do vento (m/s)
A potência eólica de um local é diretamente proporcional à distribuição da ocorrência das velocidades, de maneira que locais distintos, com a mesma velocidade média anual, podem apresentar valores de potência do vento bem diferentes.
Construções e árvores nas cercanias da microcentral eólica podem ocasionar um fator de perda de velocidade e por conseqüência, de potência do vento.
Árvores, barreiras de vento e florestas são obstáculos porosos em relação ao vento.
Porosidade: relação entre a área aberta e o total da área perpendicular à direção do fluxo do ar.
Pela porosidade da cobertura do terreno, deve-se selecionar a altura da torre de sustentação da turbina.
Na prática, a altura da torre varia de 4x o diâmetro do rotor para turbinas de poucos kw até pouco mais do que um diâmetro para turbinas de muitos kw.
Para estimar a velocidade do vento a uma altura H, acima das plantações e árvores, usa-se os coeficientes de atrito:
Onde: α=coeficiente de atrito;
V0= veloc. do vento a uma altura H0
V=veloc. Estimada do vento a uma altura H
Características do terreno Coef. De atrito α
Terreno firme, águas calmas 0,10 Grama alta em terreno plano 0,15 Plantações e arbustos altos 0,20 Florestas e muitas arvores 0,25 Vilas com arvores e arbustos 0,30
Turbinas eólicas
São máquinas que extraem energia dos ventos, transformando a energia cinética em energia mecânica.
A energia mecânica pode ser usada diretamente ou transformada em energia elétrica, tanto para uso imediato como para armazenamento.
Para transformar em energia elétrica, além das turbinas, necessita-s de equipamentos adicionais, como:
Sistema de alinhamento com a direção de máxima
intensidade de vento;
Torre de sustentação que suporte o sistema de
captação e de geração;
Multiplicador de velocidade, necessário as baixas
rotações de funcionamento;
Sistema de controle de tensão e freqüência ou rotação; Transformadores elevadores e rebaixadores de tensão
para compatibilizar as tensões de geração, transmissão e distribuição com as dos níveis de consumo(127/220 v ou 220/380v);
Redes elétrica de distribuição de energia para os
consumidores;
Sistema de proteção para sobrecorrente,
sobrevelocidades e sobretensão.
Turbinas eólicas e sua
classificação
A potência de um aerogerador varia de acordo com a V³ do vento, isto é, se a velocidade dobrar a potência aumentará 8x.
A velocidade do vento está diretamente relacionada com o rendimento do aerogerador, que depende do projeto do rotor e da rotação.
A rotação é em função da velocidade da ponta da á para a velocidade do vento.
As turbinas podem ser divididas em dois grupos: As de eixo horizontal;
As de eixo vertical.
Turbinas com eixo horizontal:
Tipo hélice com 1, 2 ou 3 pás;
Tipo múltiplas pás, fazenda ou raiada, as quais podem trabalhar com vento incidindo pela frente ou por trás, havendo variações como o multirrotor;
Tipo duplas pás opostas, podendo-se usar velas no lugar das pás.
Turbinas eólicas e sua
classificação
Turbinas tipo hélice
Turbinas eólicas de eixo horizontal: podem ser de 1, 2, 3, quatro pás ou multipás.
A de 1 pá requer um contrapeso para eliminar a vibração.
As de 2pás são mais usadas por serem fortes, simples e mais baratas do que as de 3 pás.
As de 3 pás, no entanto, distribui as tensões melhor quando a máquina gira durante as mudanças de direção do vento.
Turbinas com eixo vertical, é subdividida em relação ao principio de funcionamento:
Que usam o arraste ou atrito;
Que usam a sustentação ou levantamento.
Turbinas eólicas e sua
classificação
Turbinas tipo arraste:
São máquinas cuja superfície efetiva move-se na direção do vento, funcionam com a força de arraste do vento incidindo sobre elas. Destacam-se:
Tipo Savonius: simples ou múltiplas pás, com ou sem
excentricidade (quando o centro de rotação é ou não deslocado em relação ao eixo que contem o seu centro de gravidade);
Tipo pás, hélices ou remos; Tipo copo;
Turbinas tipo sustentação
São máquinas onde o movimento do rotor ocorre em planos perpendiculares à direção do vento e trabalham movidas pela sustentação do vento.
São elas:
Tipo Darrieus Troposkien; Tipo Darrieus Giromill;
Tipo Darrieus Triangular; Tipo turbina
