Energia Eólica

Energia Eólica

(Parte 1 de 2)

Disciplina

Prof.ª: Maikon Gomes

Curso Técnico

Gestão Ambiental

Turma: TMI17

Instituição: Nepam

Curso: Técnico em Mecânica Industrial

Turma: TMI17

ALAN JHONES

CAIO SANTOS

HERMAN KLAUSS

IGOR ROBERTO

MAURICIO FERREIRA

ENERGIA EÓLICA

Trabalho de Gestão Ambiental oficial do curso de

Mecânica Industrial apresentado no Nepam

Como requisito de obtenção da 2º Avaliação,

Sob orientação do Prof.ª Maikon Gomes

ENERGIA EÓLICA

Avaliado por

__________________________

Prof.ª. Maikon Gomes

Data ____/____/_____

AGRADECIMENTO

A Deus a vida e pelo meu contínuo crescimento

A minha família

Ao professor Maikon Gomes

E a todos aqueles que diretamente contribuirão para o trabalho.

Sumário

1.Introdução .......................................................................1

2.Desenvolvimento .......................................................................2

A Energia Eólica .......................................................................3

Energia Eólica no Mundo .......................................................................4

Energia Eólica no Brasil .......................................................................5

Parques Eólicos Mundo .......................................................................6

Parques Eólicos Brasil .......................................................................7

A Primeira Turbina ....................................................................... 8

Economia .......................................................................9

Como ocorre .......................................................................10

Empuxo e Arrasto .......................................................................11

Aerodinâmica .......................................................................12

Tipos de Rotores .......................................................................13

Eixo Horizontal .......................................................................14

Componentes da TEEH .......................................................................15

Eixo Vertical .......................................................................16

Componentes da TEEV .......................................................................17

Vantagens .......................................................................18

Desvantagens .......................................................................19

Informações Adicionais .......................................................................20

10.Conclusão .......................................................................21

11.Referência .......................................................................22

Introdução

Antigamente as cidades não tinham energia elétrica, a única fonte de luz era o Sol. No Brasil, só em 1883 surgiu a primeira usina termelétrica e em 1889 a primeira hidrelétrica. De um modo geral, a energia pode ser definida como capacidade de realizar trabalho ou o resultado da realização de um trabalho.

Com a enorme participação das fontes não-renováveis na oferta mundial de energia coloca a sociedade diante de um desafio: a busca por fontes alternativas de energia. E isso não pode demorar a ocorrer, sob o risco de o mundo, literalmente, entrar em colapso, pelo menos se for mantido o atual modelo de vida, em que o petróleo tem uma importância vital.

Há diversas fontes alternativas disponíveis, havendo a necessidade de um maior desenvolvimento tecnológico para que possam ser economicamente rentáveis e, consequentemente, utilizadas em maior escala. Entre elas, destacam-se: o sol, o álcool, o vento, o calor da terra, o carvão vegetal e o biogás. Como o sol e a água, o vento também é um recurso energético abundante na natureza. Quando intenso e regular, pode ser utilizado para produzir energia a preços relativamente competitivos. Esse custo poderá reduzir-se ainda mais quando a energia dos ventos (Eólica) estiver bastante difundida.

Denomina-se energia eólica a energia cinética contida nas massas de ar em movimento (vento). Seu aproveitamento ocorre por meio da conversão da energia cinética de translação em energia cinética de rotação, com o emprego de turbinas eólicas, também denominadas aerogeradores, para a geração de eletricidade, ou cataventos (e moinhos), para trabalhos mecânicos como bombeamento d’água.

Assim como a energia hidráulica, a energia eólica é utilizada há milhares de anos com as mesmas finalidades, a saber: Bombeamento de água, moagem de grãos e outras aplicações que envolvem energia mecânica. Para a geração de eletricidade, as primeiras tentativas surgiram no final do século XIX, mas somente um século depois, com a crise internacional do petróleo (década de 1970), é que houve interesse e investimentos suficientes para viabilizar o desenvolvimento e aplicação de equipamentos em escala comercial.

Desenvolvimento

Pôr do sol, energia eólica (eficiência energética)

Toda a energia eólica começa com o sol. Quando o sol aquece uma determinada área de terra, o ar ao redor dessa massa de terra absorve parte desse calor. A uma certa temperatura, esse ar mais quente começa a se elevar muito rapidamente, pois um determinado volume de ar quente é mais leve do que um volume igual de ar mais frio. As partículas de ar que se movem mais rápido (mais quentes) exercem uma pressão maior do que as partículas que se movem mais devagar, de modo que são necessárias menos delas para manter a pressão normal do ar em uma determinada elevação.

Pode ser difícil considerá-lo assim, mas o ar é um fluido como qualquer outro, exceto que suas partículas estão na forma gasosa em vez de líquida. Quando o ar se move rapidamente, na forma de vento, essas partículas também movem-se rapidamente. Esse movimento significa energia cinética, que pode ser capturada como a energia da água em movimento é capturada por uma turbina em uma usina hidrelétrica.

Energia Eólica no Mundo

Até 2005 a Alemanha liderava o ranking dos países em produção de energia através de fonte eólica, mas em 2008 foi ultrapassada pelos EUA. Desde 2010, a China é o maior produtor de energia eólica. Em 2011 o total instalado nesse país ultrapassava os 62.000 MW (62 GW). Comparado com os 44.000 GW instalados até 2010, foi um aumento de 41%.

Esse aumento da participação da energia eólica no mundo está relacionado a diversos fatores. Entre eles está a necessidade de os países poderem contar com uma fonte de energia segura. Além disso, o seu custo de instalação está diminuindo e ela é livre de emissão de CO2 e outros gases poluentes, além dos menores impactos sobre o meio ambiente.

Cenário atual: o crescimento do setor de energia eólica na China está sufocado por um acesso insuficiente aos grids de conexão, enquanto um cenário de desaceleração parece ter retornado aos EUA como resultado de incertezas sobre a expiração de programas de incentivo. Na Alemanha e na Itália, cortes de tarifa e desafios relacionados aos grids de conexão de energia têm reduzido a atratividade no curto prazo, enquanto o fim de um importante benefício fiscal na Índia deve prejudicar o crescimento do setor eólico neste ano. Por outro lado, diversos países, incluindo México e Chile, anunciaram novos objetivos em geração de energia limpa ou reafirmaram o apoio do governo por meio de incentivo. Apesar disso, a energia eólica instalada no mundo crescerá de modo significativo nas próximas décadas e será parte importante do portfólio de energia renovável de muitos países.

Energia Eólica no Brasil

No início da década de 2000, uma grande seca no Brasil diminuiu o nível de água nas barragens hidrelétricas do país, causando uma grave escassez de energia. A crise, que devastou a economia do país e levou ao racionamento de energia elétrica, ressaltou a necessidade urgente do país em diversificar suas fontes de energia.

O Brasil dispõe da hidroeletricidade para mais de ¾ de sua matriz energética, mas as autoridades estão incentivando as energias de biomassa e eólica como alternativas primárias. Segundo dados preliminares do Balanço Energético Nacional de 2012, realizado pela Empresa de Pesquisa Energética(EPE), em 2011 a participação de renováveis na Matriz Elétrica Brasileira ampliou-se para 88,8% devido às condições hidrológicas favoráveis e ao aumento da geração eólica.

PARQUES EÓLICOS MUNDO

Um parque eólico ou usina eólica é um espaço, terrestre ou marítimo, onde estão concentrados vários aerogeradores destinados a transformar energia eólica em energia elétrica.

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O London Array. O parque, próximo da costa de Essex e Kent, inaugurado em 2013

hina, Estados Unidos e Alemanha lideram a lista de países que investem na força eólica. Nos Estados Unidos, por exemplo, a capacidade de geração dessa energia originária dos ventos quadruplicou nos últimos cinco anos e, apenas em 2012, evitou a emissão de 84.7 milhões de toneladas de CO2. Já o país que tem maior participação entre as diversas fontes de energia fica na Península Ibérica. Sim, a pequena Espanha. A energia eólica, é fonte de eletricidade; e pela primeira vez, ela é a principal fonte de eletricidade em um país.

O parque, ocupa 100 km² de área. Com suas 175 turbinas, ele tem capacidade para produzir energia suficiente para abastecer quase meio milhão de casas em um ano. Cada turbina fica de 650 a 1.200 metros de distância e atinge 147 metros de altura. Elas são conectadas por cabos enterrados. O projeto, que custou 2 milhões de euros, desenvolvido pela empresa alemã, de Abu Dhabi. As turbinas são da Siemens. Anualmente, o consórcio, o parque eólico deverá evitar emissões de 925 mil toneladas de CO2.

PARQUES EÓLICOS BRASIL

A maior parte dos parques eólicos se concentra nas regiões nordeste e sul do Brasil.

Ao focalizar internamente na geração de energia eólica, o Brasil é parte de um movimento internacional para tornar a energia eólica uma fonte primária de energia. O Brasil atualmente responde por cerca de metade da capacidade instalada na América Latina, mas representa apenas 0,38% do total mundial.

O desenvolvimento da energia eólica no Brasil está ajudando o país a alcançar seus objetivos estratégicos de aumentar a segurança energética, reduzir as emissões de gases de efeito estufa e criando empregos.

Com uma expansão prevista de 6 gigawatts (GW) da capacidade instalada de energia eólica em 2015, o Brasil passará a ocupar a segunda posição em expansão de energia eólica no mundo, atrás apenas da China, e superando a Alemanha, que em 2013 ficou na frente do Brasil com mais 3,2 GW de energia eólica.

Segundo a Empresa de Pesquisa Energética (EPE), o Brasil vai adicionar em 2014 mais de 2 GW, elevando para 5 GW o total de capacidade instalada. Atualmente, o país tem cerca de 200 parques eólicos em operação.

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Parque Eólico no Litoral Gaúcho

m relação ao potencial de geração de energia eólica, o país ocupava a 15ª posição em 2013 e deverá alcançar a 10ª este ano. Em 2015 deverá chegar à 7ª posição do ranking mundial.

ECONÔMIA

Os custos de produção e de instalação vêm baixando significativamente nos últimos tempos, viabilizando cada vez mais a utilização dessa fonte alternativa de energia. Admite-se que o preço do quilowatt-hora de energia elétrica de origem eólica possa baixar ao nível de 8 centavos de dólar, um valor extremamente competitivo, comparado com outras fontes energéticas. Como a produção de energia eólica é intermitente, pois o sistema só funciona quando o vento sopra, um problema a ser considerado é o da armazenagem dessa energia. No entanto, as novas gerações de baterias e acumuladores tendem a superar esse obstáculo.

A produção de energia eólica para obtenção de energia elétrica cresceu num ritmo acentuado na década de 1990 em todo o planeta. Por exemplo, a Espanha, que até 1993 produzia somente 51 MW de energia eólica, no final desse mesmo ano alcançou a marca de 2.235 MW, tornando-se o terceiro produtor mundial desse tipo de energia, perdendo apenas para a Alemanha e os Estados Unidos, respectivamente líder e vice-líder no setor. A perspectiva é de que até 2010 a energia eólica constitua 20% da produção energética espanhola, o que representa a possibilidade de fechamento de, pelo menos, nove usinas nucleares.

Como Ocorre

No caso de uma turbina eólica, as pás da turbina são projetadas para capturar a energia cinética contida no vento. Quando as pás da turbina capturam a energia do vento e começam a se mover, elas giram um eixo que une o cubo do rotor a um gerador. O gerador transforma essa energia rotacional em eletricidade. Fundamentalmente, gerar eletricidade a partir do vento é só uma questão de transferir energia de um meio para outro. 

Torre caiu em Santana do Livramento. Para Defesa Civil, os ventos ultrapassaram os 129 Km/h

As turbinas eólicas ou aeromotores são grandes cataventos de eixo horizontal, que possuem um rotor, constituído de uma haste giratória e das pás metálicas, de um multiplicador de velocidade e de um gerador eólico, cujos componentes se movimentam produzindo a eletricidade. Para começar a funcionar, os ventos devem ter velocidade de no mínimo 3 m/s. Velocidades muito elevadas, por outro lado, podem danificar o equipamento.

Entretanto, é possível, por meio da angulação das pás girantes, adequar o catavento às condições de vento existentes, de modo a tirar o máximo proveito possível.

A Primeira turbina de energia eólica do Brasil foi instalada em Fernando de Noronha em 1992. Dez anos depois, o governo criou o Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica(Proinfa) para incentivar a utilização de outras fontes renováveis, como eólica, biomassa e Pequenas Centrais Hidrelétricas(PCHs). O Brasil realizou o seu primeiro leilão de energia eólica em 2009, em um movimento para diversificar a sua matriz de energia.

O potencial de energia eólica no Brasil é mais intenso de junho a dezembro, coincidindo com os meses de menor intensidade de chuvas, ou seja, nos meses em que falta chuva é exatamente quando venta mais! Isso coloca o vento como uma grande fonte suplementar à energia gerada por hidrelétricas, a maior fonte de energia elétrica do país. Durante este período pode-se preservar as bacias hidrográficas fechando ou minimizando o uso das hidrelétricas. O melhor exemplo disto é na região do Rio São Francisco. Por essa razão, esse tipo de energia é excelente contra a baixa pluviosidade e a distribuição geográfica dos recursos hídricos existentes no país.

Ao contrário do antigo projeto de moinho de vento holandês, que dependia muito da força do vento para colocar as pás em movimento, as turbinas modernas usam princípios aerodinâmicos mais sofisticados para capturar a energia do vento com mais eficácia. As duas forças aerodinâmicas principais que atuam sobre os rotores da turbina eólica são o empuxo, que atua perpendicularmente ao fluxo do vento, e o arrasto, que atua paralelamente ao fluxo do vento.

As pás da turbina têm uma forma parecida com asas de avião: elas usam um desenho de aerofólio. Em um aerofólio, uma das superfícies da pá é um pouco arredondada, enquanto a outra é relativamente plana. O empuxo é um fenômeno bastante complexo e pode de fato exigir pós graduação em matemática ou física para ser completamente entendido. Mas, simplificando, 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 pressão puxa a pá na direção a favor do vento, um efeito conhecido como "empuxo".

Na direção contra o vento da pá, o vento se move mais devagar e cria uma área de pressão mais elevada que empurra a pá, tentando diminuir sua velocidade. Como no desenho de uma asa de avião, uma alta relação de empuxo/arrasto é essencial no projeto de uma pá de turbina eficiente. As pás da turbina são torcidas, de modo que elas possam sempre apresentar um ângulo que tire vantagem da relação ideal da força de empuxo/arrasto.

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Esquema das quatro forças da aerodinâmica, atuando na asa de um avião.

Aerodinâmica não é a única consideração de projeto em jogo na criação de uma turbina eólica eficaz. O tamanho importa: quanto maiores as pás da turbina (e, portanto, quanto maior o diâmetro do rotor), mais energia uma turbina pode capturar do vento e maior a capacidade de geração de energia elétrica. Falando de modo geral, dobrar o diâmetro do rotor quadruplica a produção de energia. Em alguns casos, entretanto, em uma área de menor velocidade do vento, um rotor de menor diâmetro pode acabar produzindo mais energia do que um rotor maior.

Isso ocorre porque uma estrutura menor consome menos energia do vento para girar o gerador menor, de modo que a turbina pode operar a plena capacidade quase o tempo todo. Quanto mais alta a turbina, mais energia ela pode capturar, visto que a velocidade do vento aumenta com a altura (o atrito com o solo e os objetos ao nível do solo interrompem o fluxo do vento). Os cientistas estimam um aumento de 12% na velocidade do vento cada vez que se dobra a elevação. Provavelmente, o sistema de segurança mais comumente ativado em uma turbina é o sistema de "frenagem", que é ativado por velocidades do vento acima do limite. Esse arranjo usa um sistema de controle de potência que, essencialmente, aciona os freios quando a velocidade do vento se eleva em demasia e depois "libera os freios" quando o vento diminui abaixo de 72 km/h.

Tipos de Rotores:

O componente básico em qualquer equipamento eólico é o rotor. É ele quem efetivamente capta a energia do vento e a transforma em energia mecânica, através de um movimento rotativo.

No rotor são fixadas as pás da turbina. Todo o conjunto é conectado a um eixo que transmite a rotação das pás para o gerador, muitas vezes, através de uma caixa multiplicadora.

Quando se trata de turbinas eólicas modernas, há dois projetos principais: as de eixo horizontal

e as de eixo vertical.

Turbinas Eólicas de Eixo Vertical (TEEV’s)

Turbinas eólicas de eixo vertical (TEEVs) são bastante raras. A única em produção comercial atualmente é a turbina Darrieus, que se parece um pouco com uma batedeira de ovos.

Em uma TEEV, o eixo é montado na vertical, perpendicular ao solo. Como as TEEVs estão permanentemente alinhadas com o vento (ao contrário das de eixo horizontal), nenhum ajuste é necessário quando a direção do vento muda. Entretanto, uma TEEV não pode começar a se mover por si mesma: ela precisa de um impulso de seu sistema elétrico para dar partida. Em vez de uma torre, ela geralmente usa cabos de amarração para sustentação, pois assim a elevação do rotor é menor. Como menor elevação significa menor velocidade do vento devido à interferência do solo, as TEEVs geralmente são menos eficientes que as TEEHs. Como vantagem, todos os equipamentos se encontram ao nível do solo para facilidade de instalação e serviços.

Componentes de uma grande TEEV:

- Pás do rotor: capturam a energia do vento e a convertem em energia rotacional no eixo;

- Eixo: transfere a energia rotacional para o gerador;

- Caixa de engrenagens: aumenta a velocidade do eixo entre o cubo do rotor e o gerador;

- Gerador: usa a energia rotacional do eixo para gerar eletricidade usando eletromagnetismo;

- Equipamentos elétricos: transmitem a eletricidade do gerador através da torre e controlam os diversos elementos de segurança da turbina

Turbinas Eólicas de Eixo Horizontal (TEEH’s)

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Estrutura típica de um turbina de vento moderna poderosa.

omo o nome indica, o eixo da TEEH é montado horizontalmente, paralelo ao solo. As TEEHs precisam se alinhar constantemente com o vento, usando um mecanismo de ajuste. O sistema de ajuste padrão consiste de motores elétricos e caixas de engrenagens que movem todo o rotor para a esquerda ou direita em pequenos incrementos. O controlador eletrônico da turbina lê a posição de um dispositivo cata-vento (mecânico ou eletrônico) e ajusta a posição do rotor para capturar o máximo de energia eólica disponível. As TEEHs usam uma torre para elevar os componentes da turbina a uma altura ideal para a velocidade do vento (e para que as pás possam ficar longe do solo) e ocupam muito pouco espaço no solo, já que todos os componentes estão a até 80 metros de altura.

Componentes de uma grande TEEH:

- Pás do rotor: capturam a energia do vento e a convertem em energia rotacional no eixo;

- Eixo: transfere a energia rotacional para o gerador;

- Nacele: é a carcaça que abriga;

- Caixa de engrenagens: aumenta a velocidade do eixo entre o cubo do rotor e o gerador;

- Gerador: usa a energia rotacional do eixo para gerar eletricidade usando eletromagnetismo;

- Unidade de controle eletrônico: monitora o sistema, desliga a turbina em caso de mau funcionamento e controla o mecanismo de ajuste para alinhamento da turbina com o vento;

- Controlador: move o rotor para alinhá-lo com a direção do vento;

- Freios: detêm a rotação do eixo em caso de sobrecarga de energia ou falha no sistema.

- Torre: sustenta o rotor e a nacele, além de erguer todo o conjunto a uma altura onde as pás possam girar com segurança e distantes do solo;

- Equipamentos elétricos: transmitem a eletricidade do gerador através da torre e controlam os diversos elementos de segurança da turbina.

Vantagens:

Vantagens para a sociedade em geral

É inesgotável;

Não emite gases poluentes nem gera resíduos;

Diminui a emissão de gases de efeito de estufa (GEE).

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Vantagens para as comunidades onde se inserem os Parques Eólicos

Os parque eólicos são compatíveis com outros usos e utilizações do terreno como a agricultura e a criação de gado;

Criação de emprego;

Geração de investimento em zonas desfavorecidas;

Benefícios financeiros (proprietários e zonas camarárias).

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