Geração de energia

 TRABALHO INTERDISCILINAR DIRIGIDO II

INSTITUTO POLITÉCNICO – Centro Universitário UNA

Energia Eólica

Engenharia Civil

Ana Paula Queiroz, Daniela Soares, Jussara de Oliveira,
Matheus Garcia

Professor TIDIR Orientador: Alysson Ribeiro das Neves

Professores Co-orientadores: Leopoldo Grajeda, Marcelo Augusto, Marcelo Chaves

1. TEMA: INTRODUÇÃO A CIÊNCIA

2. SUBTEMA: FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA

3. IDENTIFICAÇAO DO PROBLEMA / DESAFIO TÉCNICO

Um grande desafio ambiental e enérgico para o mundo atualmente é o abastecimento de energia. O crescimento populacional em conjunto com a utilização não consciente, tem tornado-se um grande problema. A maior parte de toda energia consumida provém das usinas hidrelétricas, do petróleo, do carvão e do gás natural. Essas fontes são limitadas e com previsão de esgotamento, portanto, a busca por fontes alternativas de energia tem tornado-se prioritária.

As fontes de energia renováveis são aquelas que vêm de recursos naturais e são naturalmente reabastecidas, sua utilização e uso são renováveis e podem ser aproveitadas ao longo do tempo sem possibilidade de esgotamento. Um dos exemplos de energia renovável é a energia eólica, que será foco de trabalho, neste estudo. A energia eólica é vista como uma das mais promissoras fontes de energia renováveis, tendo várias vantagens de uso. Entre as principais está o fato de a energia eólica ser limpa e não emitir poluentes ao meio ambiente. Outro fato relevante baseia-se no fato de ser inesgotável, já que os ventos são oriundos da influência do aquecimento das massas de ar provocado pelos raios solares.

Neste contexto, abordaremos uma aplicação que vem se tornando mais importante a cada dia, o aproveitamento da energia eólica como fonte alternativa de energia para produção de eletricidade, tendo em vista atender a demanda de eletricidade na sociedade e a redução dos danos ambientais decorrentes do consumo de energia não renovável.

4. OBJETIVO Geral:

• Abordar a aplicação do aproveitamento da energia eólica como fonte alternativa de energia para produção de eletricidade.

Objetivos Específicos:

• Analisar a utilização da energia eólica como fonte alternativa de energia para produção de eletricidade.
• Descrever a conversão da energia eólica em energia elétrica.
• Quantificar a incidência dos ventos nos geradores de energia eólica.
• Quantizar a energia produzida pelo gerador eólico.

5. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

De acordo com (Filipe, Nelson, 2011), a energia eólica é uma forma indireta de obtenção de energia do sol, uma vez que os ventos são gerados pelo aquecimento desigual da superfície da Terra pelos raios solares. Em outros termos, a energia eólica é a energia do movimento (energia cinética) das correntes de ar que circulam na atmosfera.

Na atualidade utiliza-se a energia eólica para mover aero geradores - grandes turbinas colocadas em lugares de muito vento. Essas turbinas têm a forma de um cata-vento. As hélices têm o formato de asas de aviões e utilizam a mesma aerodinâmica. O movimento, através de um gerador, produz energia elétrica.

Os aerogeradores apresentam hélices que se movimentam com a força dos ventos. Parte da energia cinética devido ao movimento dos ventos é transferida para as pás do rotor e torna-se a energia rotacional das pás. Consequentemente, o eixo, que está acoplado às pás, gira junto com as mesmas. A energia rotacional do eixo (que é a mesma que a das pás) é transformada em energia elétrica pelo gerador. Por fim, o transformador é responsável por distribuir externamente esta energia. (Filipe e, Nelson, 2011).

A capacidade de geração elétrica dos aerogeradores, de pequeno porte (potência nominal menor que 500KW), médio porte (potência nominal entre 500KW e 1000KW) e grande porte (potência nominal maior que 1MW). Quanto à aplicação, as turbinas podem ser conectadas à rede elétrica ou destinadas ao suprimento de eletricidade a comunidades ou sistemas isolados. Existem sensores de direção e velocidade do vento em cima da torre do aerogerador de eixo horizontal, que serve para posicionar melhor o mecanismo em relação ao vento.  (Atlas de Energia Elétrica do Brasil, 2005). Ilustração da turbina eólica seguem em ANEXO A.

As turbinas de energia eólica consistem em três partes fundamentais: as pás do rotor, o eixo e o gerador. As pás são, basicamente, as velas do sistema. Em sua forma mais simples, atuam como barreiras para o vento. Quando o vento força as pás a mover-se, transfere parte de sua energia para o rotor.

O eixo da turbina eólica é conectado ao cubo do rotor. Quando o rotor gira, o eixo gira junto. Desse modo, o rotor transfere sua energia mecânica rotacional para o eixo, que está conectado a um gerador elétrico na outra extremidade.

O gerador é um dispositivo bastante simples, que usa as propriedades da indução eletromagnética para produzir tensão elétrica - uma diferença de potencial elétrico. A tensão é, essencialmente, "pressão" elétrica: ela é a força que move a eletricidade ou corrente elétrica de um ponto para outro. Assim, a geração de tensão é, de fato, geração de corrente. Um gerador simples consiste em ímãs e um condutor. O condutor é um fio enrolado na forma de bobina. Dentro do gerador, o eixo conecta-se a um conjunto de imãs permanentes que circunda a bobina. Na indução eletromagnética, se o condutor circundado por imãs e uma dessas partes estiver girando em relação à outra, estará induzindo tensão no condutor. Quando o rotor gira o eixo, este gira o conjunto de imãs que, por sua vez, gera tensão na bobina. Essa tensão induz a circulação de corrente elétrica (geralmente corrente alternada) através das linhas de energia elétrica para distribuição. Fluxograma do processo de funcionamento da turbina eólica segue em ANEXO B.

Segundo (Costa et. el., 2012), para que a energia eólica seja viável, é necessário que seu potencial seja igual ou maior que 500w/m-², a uma altura que varie de 30 a 50m, e tem que ter uma velocidade mínima de 6 a 8m/s-¹. A geração elétrica inicia-se com velocidades de vento de 3m/s-¹.

De acordo com (Campos, 2004), o ângulo de ataque é o formado entre a direção (relativa) do vento e a direção da “linha de corda”, que é a linha de comprimento da seção do aerofólio, ou seja, a linha reta entre a “cabeça” e a “cauda” do aerofólio, no ANEXO C. A intensidade das forças de arrasto e sustentação está diretamente ligada ao ângulo de ataque do objeto ao vento. A força de arrasto será máxima para ângulo de ataque de 90º e diminui sua intensidade até chegar ao seu valor mínimo próximo a 0º. Já a força de sustentação, tem sua intensidade crescente para pequenos ângulos de ataque (até cerca de 15º). Nesta região, chega a seu máximo.