trabalho da fiel GERADOR EOLICO

trabalho da fiel GERADOR EOLICO

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Instituto de Ciências Exatas e Tecnologia – ICET Engenharia – campus Limeira

Projeto: Gerador Eólico

Limeira- São Paulo 2010

Instituto de Ciências Exatas e Tecnologia – ICET Engenharia – campus Limeira

Energia Eólica

Engenharia Básica 4º semestre Autores: Anderson F. Chaves Martins RA: 261837-0 Turma: EB4R43

Sheila Ap. Alves dos Santos RA: A3013A-2 Turma: EB3R43

Maicon Roberto Moreira RA: A1480A-8 Turma: EB4R43 Luciano de Godoi RA: A1615H8 Turma: EB4R43

Orientador: Prof. Jorbison Adélio Portella

Limeira- São Paulo 2010

Sumário

1. Capítulo I- Introdução 1.1 Introdução; 1.2 Energia Eólica no mundo e no Brasil; 1.3 Custo x Benefício; 1.4 Conversão em energia elétrica;

1.5 Aplicações dos sistemas eólicos para a geração de energia elétrica;

1.6 Estudos de viabilidade para parques eólicos de grande porte (mais de cinco turbinas)

1.7 Impactos ambientais da utilização de energia eólica. 2. Capítulo I- Revisão Bibliográfica 2.1 Entendendo as leis de Faraday e Lenz; 2.1.1 Campo elétrico; 2.1.2 Campo magnético; 2.1.3 Visualizando o campo magnético usando linhas de campo. 3. Capítulo I- Método e Materiais 3.1 Materiais utilizados; 3.2 Máquinas e ferramentas utilizadas; 3.3 Método. 4. Capítulo IV- Desenvolvimento 5. Capítulo V- Resultados 5.1 Resultados; 5.2 Cálculos relativos ao projeto. 6. Capítulo VI– Discussão e Conclusão 7. Capítulo VII- Referências Bibliográfica

Resumo

O objetivo desse trabalho é aplicar a teoria estudada em sala e em laboratório. Baseia-se na Lei de Faraday, uma lei da física que quantifica a indução eletromagnética, que é o efeito da produção de corrente elétrica em um circuito colocado sob efeito de um campo magnético variável ou por um circuito em movimento em um campo magnético constante; na Lei de Lenz, que afirma que o sentido da corrente é o oposto da variação do campo magnético que a gera; e em teorias de sistemas de geração de eletricidade no funcionamento de um gerador eólico.

O funcionamento do gerador baseia-se na transformação da energia eólica em energia mecânica que, por sua vez, é transformada em energia elétrica. A eficiência do gerador depende da velocidade do vento, da forma da Lâmina (pá de hélice) e da tolerância da pressão do vento que a hélice consegue agüentar.

O vento movimenta as pás e faz as hélices imantadas girar, passando pelas bobinas e assim gera a corrente necessária para os nossos estudos sobre a força eletromotriz induzida num circuito elétrico e sobre a corrente induzida produzida por ela.

Palavras chave: energia eólica, campo elétrico, indução elétrica.

Abstract

The aim of this paper is to apply the theory studied in the classroom and laboratory. It is based on Faraday's Law, a law of physics that quantifies the electromagnetic induction, which is the effect of producing electric current in a circuit placed under the effect of a varying magnetic field or moving through a circuit in a constant magnetic field; Lenz's Law, which states that the current's direction is the opposite of the variation of the magnetic field that generates it, and theories of electricity generation systems in the operation of a wind generator.

The operation of the generator is based on the conversion of wind energy into mechanical energy which, in turn, is transformed into electrical energy. The efficiency of the generator depends on wind speed, the shape of the blade (blade propeller) and tolerance to wind pressure that the propeller can take it.

The wind moves the blades and the propeller is spinning magnetized, passing through the coils and thus generates the current necessary for our studies on the induced electromotive force in an electrical circuit and the induced current produced by it.

Keywords: wind power; electric field; electric induction.

Capítulo I - Introdução

1.1- Introdução

O termo eólico vem do latim aeolicus, pertencente ou relativo à Éolo, Deus dos Ventos na mitologia grega, e significa: a energia que vem dos ventos.

É uma forma de energia cinética produzida pelo aquecimento diferenciado das camadas de ar, originando uma variação da massa especifica e gradientes de pressão. Além disso, também é influenciada pelo movimento de rotação da Terra sobre o seu eixo e depende significativamente de influências naturais, como: continentalidade, maritimidade, latitude, altitude.

(figura 1)

A energia eólica tem sido aproveitada desde a antiguidade para mover barcos a velas ou para fazer funcionar a engrenagem dos moinhos de vento através de suas pás que transformam a e energia dos ventos em energia mecânica ou elétrica.

Durante muitos anos, os agricultores serviram-se da energia eólica para bombear água dos furos usando moinhos de vento O vento também é usado para girar a mó dos moinhos transformando grãos em farinha. Atualmente o vento é usado para produzir eletricidade.

A energia eólica pode ser considerada uma das mais promissoras fontes naturais de energia, principalmente porque é renovável, não se esgota, é limpa, amplamente distribuídapelo mundo e, se utilizada para substituir fontes de combustíveis fósseis, auxilia na redução do efeito estufa.

Além da questão ambiental, as turbinas eólicas possuem a vantagem de poderem ser utilizadas tanto em conexão com redes elétricas como em lugares isolados, não sendo necessário a implementação de linhas de transmissão para alimentar certas regiões (que possuam aerogeradores).

Um aerogerador é um dispositivo que aproveita a energia eólica e a converte em energia elétrica.

(Figura 2)(Figura 3)

1.2- Energia Eólica no mundo e no Brasil

Em 2009 a capacidade mundial de geração de energia elétrica através da energia eólica foi de aproximadamente 158 gigawatts (GW), o suficiente para abastecer as necessidades básicas de dois países como o Brasil (o Brasil gastou em média 70 gigawatts em janeiro de 2010) . Para se ter uma idéia da magnitude da expansão desse tipo de energia no mundo, em 2008 a capacidade mundial foi de cerca de 120 GW e, em 2008, 59 GW.

Os EUA lideram o ranking dos países que mais produzem energia através de fonte eólica. O total instalada nesse país ultrapassa os 35 GW. Atrás deles vem a Alemanha, com cerca de 26 GW instaladas, e a China, com 25 GW.

(figura 4)

Cerca de 30% da eletricidade produzida a partir do vento é criada na Califórnia. Em alguns países, a energia elétrica gerada a partir do vento representa significativa parcela da demanda. Na Dinamarca esta representa 23% da produção, 6% na Alemanha e cerca de 8% em Portugal e na Espanha (dados de setembro de 2007). Globalmente, a energia eólica não ultrapassa o 1% do total gerado por todas as fontes.

Em países como o Brasil, que possuem uma grande malha hidrográfica, a energia eólica pode se tornar importante no futuro, porque ela não consome água, que é um bem cada vez mais escasso e que também vai ficar cada vez mais controlado.

O Brasil tem um dos maiores potenciais eólicos do planeta e, embora hoje o vento seja responsável por míseros 29 megawatts (MW) dos cerca de 92 mil MW instalados no país, há planos ambiciosos para exploração dessa fonte de energia. Apoiado no Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia (Proinfa), lançado pelo Ministério de Minas e Energia, o Brasil pretende atingir, em 2008, cerca de 1.500 MW gerados pelo vento. Um terço disso será instalado no Ceará e deve suprir mais da metade da demanda do estado.

A capacidade de geração de energia eólica no Brasil foi de 606 megawatts (MW) em 2009, onde houve um aumento de 7,7% em relação ao ano anterior. A capacidade instalada em 2008 era de 341 MW. O Brasil responde por cerca da metade da capacidade instalada na América Latina, mas representa apenas 0,38% do total mundial.

1.3- Custo x Benefício

O custo da geração de energia eólica tem caído rapidamente nos últimos anos. Em 2005 o custo da energia eólica era cerca de um quinto do que custava no final dos anos 1990, e essa queda de custos deve continuar com a ascensão da tecnologia de produção de grandes aerogeradores. No ano de 2003 a energia eólica foi a forma de energia que mais cresceu nos Estados Unidos.

A maioria das formas de geração de eletricidade requerem altíssimos investimentos de capital e baixos custos de manutenção. Isto é

Capacidade instalada de produção de energia eólica no final de 2009

País EUA Alemanha China Espanha Índia Itália França Reino

Unido Portugal Brasil particularmente verdade para o caso da energia eólica, onde os custos com a construção de cada aerogerador podem alcançar milhões de reais, os custos com manutenção são baixos e o custo com combustível é zero. Na composição do cálculo de investimento e custo nesta forma de energia levam-se em conta diversos fatores, como a produção anual estimada, as taxas de juros, os custos de construção, de manutenção, de localização e os riscos de queda dos geradores. Sendo assim, os cálculos sobre o real custo de produção da energia eólica diferem muito, de acordo com a localização de cada usina.

Apesar da grandiosidade dos modernos moinhos de vento, a tecnologia utilizada continua a mesma de há 1000 anos, tudo indicando que brevemente será suplantada por outras tecnologias de maior eficiência, como é o caso da turbovela, uma voluta vertical apropriada para capturar vento a baixa pressão ao passar nos rotores axiais protegidos internamente. Esse tipo não oferece riscos de colisões das pás com objetos voadores (animais silvestres) e não interfere na áudiovisão. Essa tecnologia já é uma realidade que tanto pode ser introduzida no meio ambiente marinho como no terrestre.

(Figura 5)-Turbinas eólicas em alto mar, próximo a Copenhague, Dinamarca

O que impede a instalação de mais centrais eólicas ainda é o preço. A energia gerada por uma central eólica custa entre 60% e 70% a mais que a mesma quantidade gerada por uma usina hidrelétrica. Por outro lado, a energia do vento tem a grande vantagem de ser inesgotável e causar pouquíssimo impacto ao ambiente.

1.4- Conversão em energia elétrica

Na atualidade utiliza-se a energia eólica para mover aerogeradores, grandes turbinas colocadas em lugares de muito vento. Essas turbinas têm a forma de um catavento ou um moinho.

A energia eólica é medida utilizando sensores de velocidade e direção do vento. Os dados são armazenados num sistema de aquisição de dados (datalogger). Em geral, a velocidade do vento é medida em m/s (metros/segundo), podendo ainda ser medida em outras unidades, tais como nós e km/h. O principal resultado a ser obtido é a velocidade média do vento, mas é importante conhecer também a velocidade máxima, intensidade de turbulência, além da distribuição estatística das velocidades. Junto com o sensor de velocidade são utilizados os sensores de direção, registrando a predominância dos ventos.

Esse movimento, através de um gerador, produz energia elétrica. Precisam agrupar-se em parques eólicos, concentrações de aerogeradores, necessários para que a produção de energia se torne rentável, mas podem ser usados isoladamente, para alimentar localidades remotas e distantes da rede de transmissão. É possível ainda a utilização de aerogeradores de baixa tensão quando se trata de requisitos limitados de energia elétrica.

(Figura 6)

O vento forte pode rodar as lâminas de uma turbina adaptada para o vento (em vez do vapor ou da água é o vento que faz girar a turbina). A ventoinha da turbina está ligada a um eixo central que contém em cima um fuso rotativo. Este eixo chega até uma caixa de transmissão onde a velocidade de rotação é aumentada. O gerador ligado ao transmissor produz energia elétrica.

A turbina tem um sistema de abrandamento para o caso do vento se tornar muito forte, impedindo assim a rotação demasiado rápida da ventoinha.

Um dos problemas deste sistema de produção elétrica é que o vento não sopra com intensidade todo o ano, ele é mais intenso no verão quando o ar se movimenta do interior quente para o litoral mais fresco. Outro entrave é o fato do vento ter que atingir uma velocidade superior a 20 km/hora para girar a turbina suficientemente rápida.

Cada turbina produz entre 50 a 300 kilowatts de energia elétrica. Com 1000 watts podemos acender 10 lâmpadas de 100 watts; assim, 300 kilowatts acendem 3000 lâmpadas de 100 watts cada.

Geralmente para aplicações em larga escala com máquinas de grande porte, se requer uma velocidade média de, no mínimo, 6,5m/s a 7,5. Já para a utilização em sistemas isolados pequenos, incluindo os sistemas mecânicos para bombeamento d’água, assume-se uma média de 3,5m/s a 4,5m/s, sendo o mínimo admissível. Estes valores consideram tanto a viabilidade técnica quanto econômica.

1.5- Aplicações dos sistemas eólicos para geração de energia elétrica

Os sistemas eólicos para geração de energia elétrica podem ser classificados em:

Sistemas interligados à rede elétrica – constituem sistemas de grande porte, interligados à rede de distribuição de duas formas: (diretamente), através de geradores de indução ou síncrono; ou (indiretamente), por meio de inversores acoplados a geradores de corrente contínua. Os sistemas interligados à rede elétrica podem ser dotados de várias dezenas de máquinas eólicas, e injetam toda a energia gerada na rede elétrica convencional, funcionando como uma usina geradora; são também denominadas usinas eólicas;

Sistemas isolados ou independentes – são sistemas autônomos de pequeno porte, com potência instalada na faixa de até 80 kW, normalmente, destinados à eletrificação rural. Tais sistemas podem destinar-se a alimentar uma residência rural, uma fazenda, uma aldeia ou outro tipo de instalação. Normalmente, utilizam alguma forma de armazenamento, podendo ser baterias para utilização de aparelhos elétricos ou armazenamento de água para posterior utilização;

Sistemas de apoio (híbridos) – são aqueles em que uma turbina eólica opera em paralelo com uma fonte de energia firme (na maioria grupos- geradores diesel), tendo como objetivo principal economizar combustível. Também são utilizados em conjunto com módulos fotovoltaicos. Os sistemas híbridos normalmente são empregados em sistemas de pequeno e médio porte destinado a atender um maior número de usuários.

(Figura 7)

1.6- Estudos de viabilidade para parques eólicos de grande porte (mais de cinco turbinas)

Investigação local – trata-se de uma visita ao local escolhido com objetivo de determinar as características gerais e específicas do local e da região, identificar os dados essenciais necessários e a disponibilidade dos mesmos e estabelecer com a maior precisão possível a localização mais provável para as turbinas eólicas;

Avaliação do recurso eólico – consiste na instalação de uma ou mais torres no local. Para coleta e análise dos dados eólicos, recomenda-se no mínimo um ano de medições. O custo de um ano de avaliações do recurso eólico depende da altura da torre, do número e do tipo de instrumentos montados na mesma e se o equipamento é comprado ou alugado;

Avaliação ambiental – tem como objetivo determinar a existência de impacto ambiental que possa impedir a realização do projeto;

Dimensionamento preliminar – tem como objetivo determinar a capacidade do parque, dimensionamento dos equipamentos e quantidade de material para a construção. Itens necessários para uma posterior estimativa detalhada de custos;

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