Turbinas eólicas

Turbinas eólicas

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C ENTRO UNIVERSITÁRIO DE JARAGUÁ DO SUL – UNERJCENTRO DE TECNOLOGIA E ARTESCURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA

TURBINAS EÓLICAS

ANGELO ANTONIO DE OLIVEIRA

JARAGUÁ DO SUL

OUTUBRO DE 2010

C

ENTRO UNIVERSITÁRIO DE JARAGUÁ DO SUL – UNERJCENTRO DE TECNOLOGIA E ARTESCURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA

TURBINAS EÓLICAS

Trabalho apresentado na disciplina de Máquinas de fluxo no Curso de Engenharia Mecânica.

ANGELO ANTONIO DE OLIVEIRA

Professor:, Eng.

JARAGUÁ DO SUL

OUTUBRO DE 2010

S UMÁRIO

1. INTRODUÇÃO 7

Figura 1.1 Primeiro Modelo de Turbina Eólica Registrado 7

1.1.PIONEIROS DA ENERGIA EÓLICA 7

Figura 1.5 Turbina eólica de Poul La Cour 9

1.2.ENERGIA EÓLICA NO CENÁRIO MUNDIAL 12

1.3.ENERGIA EÓLICA NO CENÁRIO BRASILEIRO 13

2. TURBINAS EÓLICAS 16

2.1TIPOS DE TURBINAS 16

Figura 2.1 Turbinas eólicas de eixo vertical (esq.) e de eixo horizontal (dir.) 16

Figura 2.2 Evolução da potência das turbinas com relação ao seu tamanho ao longo dos anos 17

Figura 2.3 Turbina do tipo Savonius 18

Figura 2.4 Turbina do tipo Darrieus 18

1.4.COMPONENTES DE UMA TURBINA 19

Figura 2.5 Componentes de uma Turbina eólica de eixo horizontal 20

1.5.DIMENSIONAMENTO DE UMA TURBINA 21

Figura 2.5 Volume de controle para uma turbina eólica de horizontal 22

1.6.ANÁLISE CRÍTICA DA UTILIZAÇÃO DE TURBINAS EÓLICAS 24

3. CONSIDERAÇÕES FINAIS 26

INOVAÇÕES TECNOLÓGICAS E CURIOSIDADES 30

R ESUMO

Este trabalho visa informar em detalhes as características dos equipamentos destinados à captura da energia proveniente dos ventos e à sua transformação em energia mecânica, normalmente na forma de rotação de eixo. Estes equipamentos são conhecidos como Aerogeradores ou Turbinas Eólicas e são, atualmente, uma promessa de energia renovável limpa, segura e de baixo custo.

As turbinas eólicas atuais utilizam modernos conceitos de aerodinâmica e o que há de mais recente em inovação tecnológica, de modo a torná-las cada vez mais eficientes.

Palavras Chave: Turbinas; Turbinas Eólicas; Aerogeradores; Energia Eólica.

L ISTA DE FIGURAS

Figura 1.1 Primeiro Modelo de Turbina Eólica Registrado 7

Figura 1.5 Turbina eólica de Poul La Cour 9

Figura 2.1 Turbinas eólicas de eixo vertical (esq.) e de eixo horizontal (dir.) 16

Figura 2.2 Evolução da potência das turbinas com relação ao seu tamanho ao longo dos anos 17

Figura 2.3 Turbina do tipo Savonius 18

Figura 2.4 Turbina do tipo Darrieus 18

Figura 2.5 Componentes de uma Turbina eólica de eixo horizontal 20

Figura 2.5 Volume de controle para uma turbina eólica de horizontal 22

LISTA DE TABELAS

1.INTRODUÇÃO

Utilizar os ventos como forma de prover potência para a realização de tarefas diversas não é algo novo. Foi uma das primeiras fontes de energia natural utilizada, sendo que o principal dispositivo utilizado no passado, além da vela, foi o moinho de vento.

Moinhos de vento de eixo vertical, que giravam lentamente, eram utilizados para bombear água de poços e para girar rodas de pedras que moíam grãos, daí o nome “moinho de vento”. Existem indícios da existência desses moinhos na China e na Babilônia por volta de 2000 a.C.

O primeiro uso documentado oficialmente da energia do vento é também creditado aos Persas. Um moinho de eixo vertical (figura 1.1) utilizando o conceito das velas de embarcações era feito de junco e madeira. Também há relatos oficiais de uso de moinhos de vento de eixo vertical na China, no ano de 1219.

Figura 1.1 Primeiro Modelo de Turbina Eólica Registrado

Fonte: http://www.telosnet.com

Turbinas eólicas só foram utilizadas para geração de energia elétrica pela primeira vez em 1888 (figura 1.3) e a primeira turbina comercial instalada na rede elétrica pública foi em 1976, na Dinamarca. Atualmente existem próximo de 40 mil turbinas eólicas em operação no mundo.

    1. PIONEIROS DA ENERGIA EÓLICA

      1. Charles F. Brush (1849-1929)

Figura 1.2 Charles F. Brush

Fonte: http://www.lafavre.us.

Um dos fundadores da indústria elétrica norte-americana. No Inverno de 1887-88, Brush construiu, em Cleveland1, uma máquina automatizada para produção de eletricidade. Devido aos recursos da época, as dimensões eram enormes. O diâmetro do rotor era 17 m, 144 pás de rotor feitas de madeira de cedro, que apesar dessas dimensões, gerava apenas 12 kW. A turbina funcionou durante 20 anos e alimentava no porão da casa de Brush. Foi o primeiro equipamento do tipo a utilizar caixa de redução (com relação de transmissão de 50:1) que fazia um gerador de corrente contínua girar a 500 rpm

Figura 1.3 A turbina eólica de Brush. Primeira turbina usada para geração de energia elétrica.

Fonte: http://www.telosnet.com

      1. Poul la Cour (1846-1908)

Figura 1.4 Poul La Cour

Fonte: www.windsofchange.dk

Esse meteorologista Dinamarquês foi considerado o pai da indústria eólica moderna e serviu de referência para muitos estudiosos e foi um dos responsáveis pelo grande avanço da indústria eólica dinamarquesa. A sua primeira turbina eólica comercializável foi instalada após a Primeira Guerra Mundial, durante um período de escassez generalizada de combustível, e foi a primeira turbina a utilizar conceitos definidos de aerodinâmica. Fundou o primeiro centro de investigação de energia eólica em Jütland2, onde ministrou os primeiros cursos a engenheiros eólicos. Juntamente com as suas primeiras experiências na técnica dos túneis de vento publicou a primeira revista mundial sobre energia eólica.

Figura 1.5 Turbina eólica de Poul La Cour

Fonte: http://www.hawkge.com

      1. Albert Betz (1885-1968)

Figura 1.5 Albert Betz

Fonte: http://www.ipme.ru

Físico alemão que foi diretor do Instituto de Aerodinâmica em Göttingen3, formulou a lei Betz, demonstrando que o ponto otimizado físico da utilização da energia cinética dos ventos é 59,3%. A sua teoria sobre o design das pás ainda hoje serve como referência para a construção dos equipamentos.

      1. Palmer Cosslet Putnam (1910-1986)

Engenheiro norte-americano que desenvolveu a turbina eólica 1,25 MW Smith Putnam, em 1941, que funcionou com interregnos até 1945 e foi encerrada devido a danos nos materiais de construção, causados por materiais de construção inapropriados.

Figura 1.6 Turbina Smith-Putnan

Fonte: http://www.enotes.com

      1. Ulrich W. Hüttner (1910-1990)

Engenheiro alemão que desenvolveu a turbina 100 kW StGW-34, que foi instalada em 1957 num campo experimental nos Alpes Suábios4, é considerada um dos marcos da tecnologia de energia eólica moderna.

      1. Johannes Juul (1887-1969)

Foi aluno de Poul la Cour e construiu a primeira turbina eólica do mundo utilizada para produção de corrente alternada na Dinamarca em Vester Egesborg5, em 1957. Esta turbina foi um esboço das turbinas eólicas modernas e gerava 200 kW.

Figura 1.7 Turbinas desenvolvidas por Johannes Juul

Fonte: http://guidedtour.windpower.org

    1. ENERGIA EÓLICA NO CENÁRIO MUNDIAL

O grande responsável pelo crescimento da energia eólica no cenário mundial é a Dinamarca, que investiu mais, nestes últimos anos, do que qualquer outro país europeu. A Dinamarca possui alguns fabricantes que chegaram a suprir mais de 60% da demanda mundial de turbinas eólicas e teve como maiores clientes, a Alemanha, a Espanha e a Inglaterra.

Figura 1.8 Gráfico do Crescimento do uso mundial de energia eólica.

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