Circuito De Interface Para Ligação De Um Gerador Eólico à Rede

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

UM ESTUDO DA VIABILIDADE DE PEQUENOS AEROGERADORES NA PRODUÇÃO DE ENERGIA ELETRICA

GILBERTO MARTINS DE MELO

RECIFE, DEZEMBRO DE 2009

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

UM ESTUDO DA VIABILIDADE DE PEQUENOS AEROGERADORES NA PRODUÇÃO DE ENERGIA ELETRICA

Dissertação submetida à Universidade Federal de Pernambuco para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Autor: Gilberto Martins de Melo Orientador: Prof. Dr. Alex Mauricio Araujo.

RECIFE, DEZEMBRO DE 2009

UM ESTUDO DA VIABILIDADE DE PEQUENOS AEROGERADORES NA PRODUÇÃO DE ENERGIA ELETRICA

GILBERTO MARTINS DE MELO

ESTA DISSERTAÇÃO FOI JULGADA ADEQUADA PARA A OBTENÇÃO DO TÍTULO DE MESTRE EM ENGENHARIA MECÂNICA

_______________________________________________ Prof. Dr. ALEX MAURICIO ARAUJO ORIENT ADOR/PRESIDENTE

________________________________________________ Prof. Dr. SEVERINO LEOPOLDINO URTIGA FILHO COORDENADOR DO CURSO

BANCA EXAMINADORA:

____________________________________________________________ Prof. Dr. ALEX MAURICIO ARAUJO (UFPE)

____________________________________________________________ Prof. Dr. MAURILIO JOSE DOS SANTOS (UFPE)

____________________________________________________________ Prof. Dr. ARMANDO LUCIO RAMOS DE MEDEIROS (UFPE)

____________________________________________________________ Profa. Dra. OLGA DE CASTRO VILELA (UFPE)

Resumo

Este trabalho propõe o desenvolvimento de um aplicativo e discute ambos os resultados econômicos e técnicos obtidos com um procedimento chamado PEL - perfil de energia local. Esta ferramenta é a elaboração de metodologia alternativa para a estimativa de energia elétrica obtida a partir de energia eólica disponível usando turbinas de pequeno eixo horizontal. Os dados necessários para este procedimento são registrados como série simultânea anual da temperatura de ar e velocidade do vento. A utilização do PEL, associado com o coeficiente de potência de turbinas, simplifica a tarefa de selecionar o equipamento adequado, pois PEL leva em conta a variação da massa específica do ar, altitude local e as velocidades de partida e corte do equipamento. O procedimento introduzido foi testado para o padrão anual de velocidade de vento e de temperatura medida no litoral cidade de Olinda/BR usando dados técnicos de pequenos aerogeradores comercialmente fornecidos por fabricantes nacionais e internacionais.

Os resultados econômicos obtidos com simulações utilizando turbinas pequenas indicam um cenário positivo para o uso deste equipamento como um recurso de geração de renda. Diversas possibilidades de simulações de estudos de caso e análise de resultados indicam as potencialidades deste procedimento.

O procedimento ajudará o usuário selecionando máquinas e desenvolver estudos de viabilidade técnica e econômica, com vista a uma melhor utilização da tecnologia de aerogeradores como um meio de fornecer uma fonte complementar de energia limpas e renováveis para a região.

PALAVRAS CHAVE: perfil energético local (PEL), energia eólica, turbinas de pequeno porte, regime de ventos, coeficiente de potência, financiamento, empreendedor eólico, investidor eólico.

Abstract

This work proposes the development of an application and discusses both economical and technical results achieved with a procedure called LEP - Local Energy Profile. This tool facilitates the elaboration of alternative pictures of the estimate electrical energy obtained from available wind energy using small horizontal axis turbines. The data required for this procedure are registered as annual simultaneous series of wind velocity and air temperature. The use of LEP, associated with the turbine power coefficient, simplifies the task of selecting the appropriate equipment since PEL takes in account the variation of the specific mass of air, local altitude and equipment's cut in and cut out speeds. The procedure introduced has been tested for the annual pattern of wind velocity and temperature measured at coastal city of Olinda/BR using technical data of small turbines commercially provided by both national and international manufactures.

The economical results obtained with simulations using small turbines indicate a positive scenario for the use of this equipment as an incoming resource. Various possibilities of simulations of case studies and result analysis indicate the potentialities of this procedure.

The procedure will help the user selecting machines and developing studies of technical and economical feasibility, aiming a better use of wind turbines technology as an effect way to provide a complementary source of clean and renewable energy to the region.

KEYWORDS: local energy profile (LEP), wind power, small size wind turbines, regimen of winds and temperatures, power coefficient, financing, entrepreneur, investor.

APRESENT AÇÃO 01

PRIMEIRO CAPÍTULO – ENERGIA E QUALIDADE DE VIDA

INTRODUÇÃO 02

1.1 – O Uso da Energia Eólica 04

SEGUNDO CAPÍTULO - FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E CONCEITOS BÁSICOS DA ENERGIA EÓLICA

2.1 - Conceitos Básicos 06 2.1.1 – V ento 06 2.1.2 – Distribuição de Weibull e Densidade de Energia do Vento 06 2.1.3 - Coeficiente de Potencia e Limite de Betz 07 2.1.4 – Solidez 07 2.15 – T urbulência 08 2.1.6 – Fatores de Capacidade e de Disponibilidade 09

2.2 - Tipos de Máquinas Eólicas 10 2.3 - Pequeno Aerogerador 11 2.3.1 – Rotor 11 2.3.2 - Leme direcionador 12 2.3.3 – Torre 12 2.3.4 - Geradores Elétricos e Alternadores 13 2.3.4.1 - Máquinas de Indução de Rotor Gaiola de Esquilo 14 2.3.4.2 - Geradores Síncronos 14 2.4 - Inversores 15

TERCEIRO CAPITULO - O MEIO AMBIENTE E A UTILIZAÇÃO DA ENERGIA EÓLICA

3.1 - Uso de Aerogeradores 16 3.1.1 - Aspectos positivos 16

3.1.2