ISSN 1678-0701
Número 59, Ano XV.
Março-Maio/2017.
Números anteriores 
Início      Cadastre-se!      Procurar      Submeter artigo      Fazer doação      Contato     Apresentação     Normas de Publicação     Artigos     Dicas e Curiosidades     Reflexão     Para sensibilizar     Dinâmicas e recursos pedagógicos     Entrevistas     Culinária     Arte e ambiente     Divulgação de Eventos     O que fazer para melhorar o meio ambiente     Sugestões bibliográficas     Educação     Plantas medicinais     Práticas de Educação Ambiental     Educação e temas emergentes     Ações e projetos inspiradores     Relatos de Experiências     Notícias
Artigos

10/03/2017PROJETO DE ENERGIA EÓLICA  
Link permanente: http://www.revistaea.org/artigo.php?idartigo=2639 
" data-layout="standard" data-action="like" data-show-faces="true" data-share="true">

PROJETO DE ENERGIA EÓLICA

 

 

 

Autores:

André Sotão

Graduando em Engenharia Mecânica – UNAMA. Email: andresotao@gmail.com

Carlos Moraes

Graduando em Engenharia Sanitária e Ambiental – UNAMA.

Derick Corrêa

Graduando em Engenharia Mecânica – UNAMA. Email:derickcorrea55@gmail.com

Douglas Ferreira

Graduando em Engenharia Mecânica – UNAMA. Email:douglas199831@gmail.com

Marcos Augusto

Graduando em Engenharia Sanitária e Ambiental – UNAMA.

Sávio Quaresma

Graduando em Engenharia Mecânica – UNAMA. Email:savioquaresma@gmail.com

Vinicius Reis

Graduando em Engenharia Mecânica – UNAMA. Email:vinicius.s5@outlook.com

 

 

 

 

 

RESUMO

            O presente artigo apresenta as vantagens do uso de energia limpa, como a de um aerogerador, para a produção de energia elétrica para a utilização em uma sala de aula. O objetivo é apresentar o uso da energia eólica como alternativa de energia limpa e renovável, além de fazer uma comparação, utilizando anemômetro e multiteste, da tensão com a velocidade, e em seguida, da velocidade com a potência e comparar os custos da produção de energia obtida a partir do aerogerador com a da distribuidora de energia elétrica. Mostrar que mesmo tratando-se de uma fonte de energia intermitente sua eficiência é comprovada por vários estudos, além disso, sua instalação se justifica por apresentar retorno em um médio período de tempo.

 

1.    INTRODUÇÃO

O trabalho consiste em mostrar os valores energéticos do erogerador eólico que beneficiam o planeta como energia limpa e renovável e sendo assim esse projeto requer exigências que somente alguns locais são adequados instalação de aerogeradores, nomeadamente aqueles onde a velocidade do vento é suficiente para alimentar as pás dos aerogeradores durante o a maioria do ano.    

Segundo a Agencia Nacional de Energia Elétrica (ANEL;2008), a matriz energética brasileira em funcionamento é composta predominante por hidroelétricas, as quais respondem com 71,04%, seguido das termelétricas com 26,27%, nuclear 1,75%, eólica 0,94% e solar 0%.

Os locais onde se constroem os geradores de energia não devem ser habitados, dado que a rotação das pás interfere com transmissões de televisão, rádio, qualquer falha mecânica com um gerador suas pás podem se soltar de seu eixo provocando acidentes graves e fatais (se a construção do gerador violar as normas) ou danos nos outros geradores.

Existe algum impacto junto do meio natural, nomeadamente resultante da necessidade de abrir clareiras para construir o parque eólico, as suas instalações de apoio e os acessos, e os riscos aos pássaros que podem pertencer a espécies protegidas.

De acordo com Walisiewicz (2008) a força motriz dos ventos vem sendo usada há milênios, desde os moinhos de vento ao barco a velas, o homem tem utilizado a sua energia cinética para executar tarefas, se locomover, conquistar novas terras e desbravarem continentes.

O crescimento da energia retirada dos geradores só vem a aumentar nos últimos anos e entre os países de maior geração eólica, o Brasil é que vem tendo maior fator de capacidade, que aponta o aproveitamento do vento para gerar energia.

Segundo a ANEEL (2005) estudos indicam que o País possui um potencial superior a 60.000 megawatts.

Mas o custo de produção da energia eólica continua representar um desafio significativo para o crescimento da energia renovável, pois seus equipamentos e manutenções são muito sofisticados sendo assim absurdamente caros e escassos no mercado mundial.

 

  1. OBJETIVOS

 

2.1.        Objetivo geral

Apresentar o uso da energia eólica como alternativa de energia limpa e renovável, além de fazer uma comparação com a energia elétrica proveniente de distribuidoras de energia elétrica.

 

2.2.        Objetivos específicos

 

·         Apresentar a energia eólica como uma alternativa de baixo custo e autônoma (relevando gastos com instalação, componentes e manutenção);

·         Mostrar como se comporta sua eficiência, tratando-se de uma fonte de energia intermitente;

·         Levantar dados de variação de potencia em relação à velocidade do vento;

·         Montagem de um protótipo como esquema para simular a atuação do aerogerador.

 

  1. METODOLOGIA DA PESQUISA

Para um melhor entendimento do assunto a metodologia será dividida nas seguintes etapas:

      I.        Pesquisa bibliográfica para um melhor entendimento sobre o assunto de energia renovável e funcionamento de uma turbina eólica;

    II.        Utilizar o simulador de energia eólica disponível online, provido pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), o SIEolica, para destacar os dados de energia transmitida e consumida por uma residência;

   III.        Serão realizados testes no laboratório experimental utilizando um protótipo de aerogerador, dispondo de um anemômetro e um multiteste para indicar a potência eólica;

  IV.        A partir das informações adquiridas da etapa anterior, serão construídas tabelas relacionando potencia, velocidade do vento e tensão contínua. Havendo, posteriormente, uma análise sobre o caso.

 

4.    REFERENCIAL TEÓRICO

 

4.1.        Pesquisa bibliográfica

Diversos estudos realizados nos últimos anos têm apontado as implicações e impactos sócio-ambientais do consumo de energia. As fontes renováveis de energia são apresentadas como a principal alternativa para atender as demandas da sociedade com relação à qualidade e segurança do atendimento da demanda de eletricidade com a redução dos danos ambientais decorrentes do consumo de energia.

Este artigo apresenta uma revisão dos conceitos físicos relacionados ao emprego da energia cinética dos ventos na geração de eletricidade. Inicialmente, o artigo descreve a evolução do aproveitamento da energia eólica, incluindo dados e informações sobre a situação atual do uso desse recurso para geração de energia elétrica.

O artigo apresenta uma descrição dos aspectos dinâmicos dos ventos e circulação atmosférica na Terra, incluindo a descrição dos fatores que influenciam a velocidade e direção dos ventos nas proximidades da superfície de nosso planeta.

A modelagem e previsão dos ventos são discutidas apresentando os principais resultados obtidos com as metodologias empregadas no Brasil. Os aspectos relacionados à estimativa e previsão da potencia eólica são abordados ressaltando a importância de uma base de dados de vento de qualidade para a determinação da confiabilidade dos resultados fornecidos pelos modelos numéricos.

A energia cinética do vento é produzida quando os aquecimentos das camadas de ar criam uma variação de gradientes de pressão na massa de ar.

As turbinas eólicas transformam essa energia cinética em energia mecânica através do movimento de rotação de suas turbinas - por meio de um gerador, ela se transforma em energia elétrica. (REVISTA BRASILEIRA DE ENSINO DE FISICA, v.30,n.1,1304,2008).

 

4.2.        As turbinas eólicas

  • Anemômetro: mede a intensidade e a velocidade do vento. Funciona em média de dez em dez minutos;
  • Biruta (sensor de direção): capta a direção do vento. A direção do vento deve sempre estar perpendicular à torre para o maior aproveitamento;
  • Pás: captam o vento, convertendo sua potência ao centro do rotor;
  • Gerador: item que converte a energia mecânica do eixo em energia elétrica;
  • Mecanismos de controle: adequação da potência nominal à velocidade do vento que ocorre com mais freqüência durante um período determinado;
  • Caixa de multiplicação (transmissão): responsável por transmitir a energia mecânica do eixo do rotor ao eixo do gerador;
  • Rotor: conjunto que é conectado a um eixo que transmite a rotação das pás para o gerador;
  • Nacele: compartimento instalado no alto da torre composto por: caixa multiplicadora, freios, embreagem, mancais, controle eletrônico e sistema hidráulico;
  • Torre: elemento que sustenta o rotor e a nacele na altura apropriada ao funcionamento. A torre é um item de alto custo para o sistema.

 

4.3.        Aproveitamentos Satisfatórios

Denomina-se energia eólica a energia cinética contida nas massas de ar em movimento (vento). Seu aproveitamento ocorre por meio da conversão da energia cinética de translação em energia cinética de rotação, com o emprego de turbinas eólicas, também denominadas aerogeradores, para a geração de eletricidade, ou cata-ventos (e moinhos), para trabalhos mecânicos como bombeamento d’água. Assim como a energia hidráulica, a energia eólica é utilizada há milhares de anos com as mesmas finalidades, a saber: bombeamento de água, moagem de grãos e outras aplicações que envolvem energia mecânica. Para a geração de eletricidade, as primeiras tentativas surgiram no final do século XIX, mas somente um século depois, com a crise internacional do petróleo (década de 1970), é que houve interesse e investimentos suficientes para viabilizar o desenvolvimento e aplicação de equipamentos em escala comercial. A primeira turbina eólica comercial ligada à rede elétrica pública foi instalada em 1976, na Dinamarca. Atualmente, existem mais de 30 mil turbinas eólicas em operação no mundo. Em 1991, a Associação Européia de Energia Eólica estabeleceu como metas a instalação de 4.000 MW de energia eólica na Europa até o ano 2000 e 11.500 MW até o ano 2005.

Essas e outras metas estão sendo cumpridas muito antes do esperado (4.000 MW em 1996, 11.500 MW em 2001). As metas atuais são de 40.000 MW na Europa até 2010. Nos Estados Unidos, o parque eólico existente é da ordem de 4.600 MW instalados e com um crescimento anual em torno de 10%. Estima-se que em 2020 o mundo terá 12% da energia gerada pelo vento, com uma capacidade instalada de mais de 1.200GW. Recentes desenvolvimentos tecnológicos (sistemas avançados de transmissão, melhor aerodinâmica, estratégias de controle e operação das turbinas etc.) têm reduzido custos e melhorado o desempenho e a confiabilidade dos equipamentos.

A primeira turbina de energia eólica do Brasil foi instalada em Fernando de Noronha em 1992. Dez anos depois, o governo criou o Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica (Proinfa) para incentivar a utilização de outras fontes renováveis, como eólica, biomassa e Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCHs). O Brasil realizou o seu primeiro leilão de energia eólica em 2009, em um movimento para diversificar a sua matriz de energia.

Desde a criação do Proinfa, a produção de energia eólica no Brasil aumentou de 22 MW em 2003 para 602 MW em 2009, e cerca de 1000 MW em 2011(quantidade suficiente para abastecer uma cidade de cerca de 400 mil residências). Considerando o potencial eólico instalado e os projetos em construção para entrega até 2013, o país atingirá no final de 2013 a marca dos 4400 MW. Segundo a Atlas do Potencial Eólico Brasileiro, publicado pelo Centro de Pesquisas de Energia Elétrica da Eletrobrás, o território brasileiro tem capacidade para gerar até 140 GW.

 

4.4.        Desenvolvimentos de protótipos

           Um sistema eólico pode ser utilizado em três aplicações distintas: sistemas isolados, sistemas híbridos e sistemas interligados à rede. Os sistemas obedecem a uma configuração básica, necessitam de uma unidade de controle de potência e, em determinados caso, de uma unidade de armazenamento. 

Os sistemas isolados, em geral, utilizam alguma forma de armazenamento de energia. Este armazenamento pode ser feito através de baterias. Os sistemas híbridos são aqueles que, desconectados da rede convencional, apresentam várias fontes de geração de energia como, por exemplo, turbinas eólicas, geração diesel, módulos fotovoltaicos, entre outras. Os sistemas interligados à rede utilizam um grande número de aerogeradores e não necessitam de sistemas de armazenamento de energia, pois toda a geração é entregue diretamente à rede elétrica.

 

  1. ESTUDO DO CASO

5.1.        Simulação com uso de protótipo de aerogerador

Usando um protótipo de aerogerador e uma fonte de vento (ventilador), foi possível realizar teste de velocidade e tensão com o uso de um anemômetro e multímetro. A potencia eólica, a qual depende da velocidade do vento, é calculada pela equação (1).

P = ½ ρAv3            (1)

            Onde:

P é a potencia (em Watts) gerada pela turbina eólica em função do vento;

ρ é a densidade do ar atmosférico, algo em torno de 1,2922 Kg/m3;

A é a área(m2) varrida pelas pás do rotor;

v é a velocidade do vento (em m/s).

 

            A tabela (a) a seguir mostra os valores de tensão contínua e potencia em função da velocidade do vento:

 

Velocidade (m/s)

Tensão (Volts)

Potencia (Watts)

3,9

2,6

10,84

5,8

3,9

35,64

8,6

6

116,2

9,4

6,5

151,73

9,6

6,1

161,62

Tabela (a)

 

            Os resultados da tabela (a) foram adquiridos do protótipo de aerogerador constituído de material PVC suportando um motor DC, apoiado por duas cantoneiras de ferro com base em material compensado. As pás possuem um diâmetro de aproximadamente 60 cm, resultando em uma varredura de, aproximadamente, 0,2827m2.

            Os gráficos (a) e (b) representam os dados de velocidade x tensão e velocidade x potencia eólica:

 

 

Gráfico (a) – tensão (volts) x velocidade (m/s)

 

 

Gráfico (b)–velocidade(m/s) x potência eólica(Watts)

 

 

            Durante o experimento foi notada a seguinte situação, apesar do gráfico (b) apresentar um comportamento crescente, o gráfico (a) dispõe de uma queda de tensão, apresentando no fim das contas um limite para velocidade. Limite este que indica até onde se pode ter um rendimento de uma turbina eólica.

5.2.        Simulação utilizando o SIEolica

Foi utilizado o simulador eólico, SIEolica, disponível no site www.ufrgs.br da Universidade do Rio Grande do Sul, para levantar informações à cerca da carga elétrica consumida, carga demandada, consumo médio/mensal e dados da conta de luz. Para teste, foi elaborada a situação de uma sala de aula contendo os seguintes itens listados na tabela(b), em uma região onde a média de velocidade do vento é de 6 m/s.

 

Aparelhos

 

Tempo de uso (horas/dia)

Quantidade

Carga elétrica Unitária (Watts)

Carga Elétrica Total (Watts)

Computador

8

1

350

350

Ventilador

8

4

200

800

Televisão

8

1

200

200

Lâmpadas

4

6

32

132

Tabela(b)

            Uma vez inserido os dados, o simulador faz o calculo para carga elétrica consumida, demandada, consumo e conta de luz (utilizando energia proveniente de redes elétricas), mostrados na tabela(c). Logo após, é informado o tipo de aerogerador necessário ou disponível para tal situação, relevando o diâmetro das pás, a área de varredura das mesmas e os valores de consumo no mercado.

Carga Instalada (KWh)

Carga Demandada (KVA)

Carga de Uso Real/Mês (KWh)

Consumo/Mês (R$)

1,542

0,51

347

286,84

Tabela(c)

 

6.    Análise dos Resultados

Realizados os testes, tanto no laboratório experimental quanto pelo SIEolica, foram notadas situações que impactariam na decisão da construção de uma torre eólica.

Primeiramente, durante a análise do comportamento do protótipo de aerogerador, foi constatada uma diminuição da tensão para certo valor de velocidade (gráfico a). A potencia, por outro lado, permaneceu em ascensão à medida que a velocidade do vento aumentava. Potencia esta que é fornecida pela rotação do rotor, chamada potencia eólica.

            Com o uso do SIEolico, foram informados os valores de carga total, demandada, bem como o valor da possível conta de energia elétrica utilizando a rede elétrica. Dos itens listados na figura b, as lâmpadas fluorescentes consumiram uma taxa de aproximadamente 7% e a televisão 14%, enquanto a maior parte ficaria para o computador e ventiladores de teto, consumindo 24% e 55% da energia total, respectivamente.

            Segundo o site, a área varrida pelas pás de uma torre eólica é de 6,15 m2, com um rotor de diâmetro 2,8 m. Analisando as turbinas disponíveis no mercado, nos foram dadas opções de uma turbina com diâmetro entre 2 m e 3 m. Suprimindo toda a demanda de energia, com um custo de R$ 20.000,00. Ao investir esse valor, o usuário terá seu retorno financeiro em cinco anos. Passado esse tempo, não se pagará mais consumo de luz.

 

7.    Conclusão

Com o estudo feito, foi possível perceber que a energia eólica aborda aspectos interessantes para quem busca extrair energia da natureza de forma sustentável e renovável, de forma a reduzir a emissão de gases nocivos. No caso citado, a turbina evitaria uma emissão de 48 Kg/ mês de CO2, segundo o SIEolica.

O uso de uma turbina eólica, construída com as especificações citadas anteriormente, demanda um investimento de R$ 20.000,00, e após cinco anos, o usuário deixará de pagar pela energia consumida. Ao que durante esse período, pagando pelo preço da energia elétrica, haverá um custo relativamente menor ( algo em torno de R$ 17.210,40), porém este valor aumentará ao longo dos anos.

 

8.    REFERÊNCIAS

Plano Decenal de Expansão de Energia. Disponível em: <http://epe.gov.br/PDEE/Forms/EPEEstudo.aspx> Acesso em 09 de set. 2016.

Atlas do Potencial Eólico brasileiro, 2001. Disponível em: <http://www.cresesb.cepel.br/publicacoes/index.php?task=livro&cid=1>

Matriz de insumo-produto: Brasil 2000/2005. Disponível em: <http://www.ibge.gov.br/home/estatistica/economia/matrizinsumo_produto/default.shtm>Acesso em 09 de set. 2016

SANTOS, A. A.; RAMOS, D. S., Projeto de Geração de EnergiaEólica, 2006.Disponívelem: < http://cursos.unisanta.br/mecanica/polari/energiaeolica-tcc.pdf>Acessoem 10 de set. 2016

MARTINS, F. R.; GUARNIERI, R. A.; PEREIRA, E. B., O aproveitamento da energiaeólica, 2007.Disponívelem: <http://www.sbfisica.org.br/rbef/pdf/301304.pdf>Acessoem 25 de set. 2016.

OLIVEIRA, T. F. F.; SANTOS, H. I., Uso da Energia Eólica como Alternativa para Mitigar o Agravamento do EfeitoEstufa, 2008. Disponível em: <http://ucg.br/ucg/prope/cpgss/ArquivosUpload/36/file/USO%20DA%20ENERGIA%20E%C3%93LICA%20COMO%20ALTERNATIVA%20PARA%20MITIGAR%20O%20AGRAVAMENTO%20DE%20EFEITO%20ESTUFA.pdf>Acessoem 25 de set. 2016.

Sistema de InformaçõesparaGeração de EnergiaEólica, SIEolica.Disponívelem: <www.ufrgs.br>Acessoem 14 denov. 2016.

 



" data-layout="standard" data-action="like" data-show-faces="true" data-share="true">
 
Início      Cadastre-se!      Procurar      Submeter artigo      Fazer doação      Contato     Apresentação     Normas de Publicação     Artigos     Dicas e Curiosidades     Reflexão     Para sensibilizar     Dinâmicas e recursos pedagógicos     Entrevistas     Culinária     Arte e ambiente     Divulgação de Eventos     O que fazer para melhorar o meio ambiente     Sugestões bibliográficas     Educação     Plantas medicinais     Práticas de Educação Ambiental     Educação e temas emergentes     Ações e projetos inspiradores     Relatos de Experiências     Notícias