Energia Eolica

1. INTRODUÇÃO

A utilização do trabalho produzido pela força do deslocamento dos ventos já era empregada desde os primórdios da civilização, cerca de 2000 a.C. Os primeiros mecanismos movidos a eficácia dos ventos, os titulados moinhos, eram utilizados na moagem ou como bomba de água. Tal tecnologia chegou ao seu ápice na Europa por volta de 1750 d.C. Mas ingressou em declínio com o surgimento da maquina a vapor e o uso de combustível fóssil.

Com a crise do petróleo em 1970, o mundo voltou se para a exploração de fontes renováveis. A busca se intensificou com a consciência dos impactos ambientais. Surge então a necessidade de cada vez mais produzir eletricidade com a mínima degradação ambiental possível.

1.1. OBJETIVO

Este trabalho foi realizado com o objetivo de levar o conhecimento sobre a aplicação da termofluidodinâmica e a geração de energia eólica.

2. DESENVOLVIMENTO

2.1. A GERAÇÃO DE ENERGIA

A captação da energia eólica se deve pelos “aerogeradores”, antes conhecidos como cata ventos. O funcionamento de um aerogerador abrange vários campos do conhecimento: meteorologia, aerodinâmica, eletricidade etc.

O princípio de funcionamento baseia-se na conversão da energia cinética que é resultante do movimento de rotação causado pela incidência do vento nas pás do rotor da turbina em energia elétrica. As pás do aerogeradores modernas são dispositivos aerodinâmicos, equivalentes às asas dos aviões, e que funcionam pelo princípio físico da sustentação.

Após a captação do vento pelas pás, estas transmitem a sua potência ao rolamento (elemento que liga as pás e o eixo do rotor), ligado a uma caixa multiplicadora que aumenta a velocidade do eixo. Da caixa multiplicadora, a energia mecânica é transmitida a um gerador elétrico, que a transforma em energia elétrica.

Para que a energia elétrica seja distribuída, as centrais eólicas têm uma central de transmissão onde se encontram os fios que saem de cada turbina. Daí a energia é injetada na rede elétrica.

Figura 1: Geração e Transmissão

2.2. O FATOR VENTO

A potência da geração de energia de um aerogerador se deve tanto a suas características de projeto quanto a características vento.

A veracidade é que na analise para instalação de um aerogerador ou até mesmo um parque eólico (conjunto de aerogeradores que aperfeiçoam a captação do potencial eólico de uma região) são levado em consideração o tipo de relevo, isso porque florestas densas, emaranhado de montanhas e descontinuidades no solo afetam a velocidade do vento. Ainda assim deve se atentar a incidência de ventos e sua velocidade, já que a velocidade está diretamente ligada a produção. Usualmente, a geração elétrica inicia-se com velocidades de vento da ordem de 2,5 a 3,0m/s, abaixo desses valores, o conteúdo energético do vento não justifica aproveitamento. Velocidades superiores a aproximadamente de 12,0m/s a 15,0m/s ativam o sistema automático de limitação de potência da máquina. Em ventos muito fortes acima de 25m/s, atua o sistema automático de proteção. Ventos muito fortes têm ocorrência rara e negligenciável em termos de aproveitamento e a turbulência associada é indesejável para a estrutura da máquina, nesse caso, a rotação das pás é reduzida podendo ser freada para evitar danos ao equipamento.

Como a incidência de ventos está também relacionada aos períodos anuais, regionais, e os já descritos acima, surgem à necessidade de conhecer o potencial eólico de cada região, e foi assim que surgiu o Atlas Eólico. Nele esta descrita à particularidade de cada região a velocidade do vento. E através destes estudos é avaliada a implantação e viabilidade de um parque eólico.

Figura 2: Potencial Eólico da Região Sudeste

2.3. BONS VENTOS NO BRASIL

No mundo inteiro em 2013 a geração de energia eólica cresceu cerca de 12,5% totalizando cerca de 320 GW, já o Brasil ficou em sétimo lugar no ranque geral de países no ano de 2013 com 953 MW instalados.

Fonte: Global Wind Energy Council – GWEC 1996 a 2013

Fonte: Global Wind Energy Council – GWEC 2013

No mês de outubro de 2013, a ANEEL aprovou uma série de usinas eólicas como aptas a operar, o que acarretou em um aumento expressivo na capacidade instalada apresentada no mês anterior no Brasil. Sendo assim, a capacidade instalada passou para 3,4 GW, distribuída em 140 parques eólicos. O que subiu um ponto percentual, alcançando 3% na demanda.

Gráfico: Evolução da Capacidade Instalada no Brasil (Fonte: Aneel/ABEEólica)

2.4. AEROGERADOR

2.4.1. Aerodinâmica

A aerodinâmica é da maior relevância na concepção e no nível das prestações de um aerogerador. Sendo este o ramo da mecânica dos fluidos que estuda o movimento do ar em redor dos corpos.

As hélices de uma turbina de vento são diferentes das lâminas dos antigos moinhos porque são mais aerodinâmicas e eficientes. As hélices têm o formato de asas de aviões e usam a mesma aerodinâmica. As pás do aerogerador apresentam formato aerodinâmico, tanto no perfil como na torção ao longo do comprimento, o que permite extrair o máximo possível de energia do vento. Como a velocidade relativa do vento vai mudando do centro até a extremidade da pá, a torção acompanha esta variação, oferecendo sempre um ângulo ideal.

Figura 3: Arrastamento sobre as lâminas do rotor

Quando o vento se desloca sobre uma face arredondada e a favor da pá, ele precisa se mover mais rápido para atingir a outra extremidade da pá a tempo de encontrar o vento que se desloca ao longo da face plana e contra a pá (voltada na direção de onde sopra o vento). Como o ar que se move mais rápido tende a se elevar na atmosfera, a superfície curvada e contra o vento gera um bolsão de baixa pressão acima dela. A área de baixa