O documento discute a energia eólica e o dimensionamento de turbinas eólicas. Ele fornece informações sobre a caracterização do vento, cálculo da densidade de potência eólica, área varrida pelo rotor, eficiência das turbinas, energia anual produzida e critérios para viabilidade técnica preliminar de projetos eólicos.

1. Professor: Dr.C Yamile Díaz Torres.
email: diaztorresyamile@gmail.com
Telf 956724164
Outobro 2022
FUNDAMENTOS DAS ENERGIAS
RENOVAVEIS.
ENGENHARIA DE PETRÓLEOS

3. Tema 5.Energia eólica.
5.1 Características da energia eólica.
Sistemas eolicos.
5.2 Aplicações da energia eólica.
5.3 Potencial eólico.
5.4 dimensionamento de turbinas eólicas.
5.5 Impactos ambientais.
CONTEÚDOS PROGRAMÁTICOS

4. O cálculo energético é uma das disciplinas mais importantes no
planejamento de parques eólicos. O rendimento total anual de um AG
pode variar, dependendo do local, em uma ampla porcentagem,
Por exemplo, em Dinamarca a produção de um AG de 500kW de potência
nominal instalado pode variar entre 600 e 2.600 MWh (ou o mesmo que de
1.200 a 5.200 horas de plena carga equivalentes).

5. Dado que os preços dos AGs são independentes
da existência de suficiente vento no sítio de
implantação, a produção anual é a que determina
a rentabilidade ou economia de um projeto de
energia eólica

6. O grande desafio desta tecnologia encontra-se,
hoje, em gerenciar o recurso eólico devido ao seu
comportamento sazonal e intermitente, o que
prejudica o mercado de energia eólica
Estimativa anual de produção de energia
eólica em aerogeradores

7. DIMENSIONAMENTO DE UMA TURBINA EÓLICA DE
EIXO HORIZONTAL DE PEQUENO PORTE APLICADO
A RESIDÊNCIAS

8. UM MÉTODO SIMPLE:
METÓDO DE ÁREA DE VARREDURA
• Esta metodologia é recomendada para pequenas turbinas
eólicas, onde a potência não excede os 10 kW.
• Permite calcular a energia anual produzida (EAP).

9. Passos
• Determinar a densidade de potência em watts por metro
quadrado da área de varredura do rotor no local e à altura do
eixo da turbina eólica planeada para ser instalada.
• Selecção da tecnología de acordo a diámetro AG-potência-
preço
• Calcular a área varrida do rotor da turbina eólica.

10. Passos
• Assumir um valor adequado para a eficiência total do sistema de
energia eólica.
• Determinação da energia anual produzida pela turbina eólica
• Estabelecer a viabilidade técnico-económica

11. DENSIDADE DE POTÊNCIA
O aerogerador é o sistema responsável por converter a energia cinética, contida na massa de ar
que passo por ele, em energia elétrica (THOMAS; CHERIYAN, 2012). A energia cinética
disponível no vento está associada ao movimento das massas de ar e é expressa na mecânica
clássica pela Equação
onde,
E é a energia disponível no vento, M é a massa do fluxo de ar e v, a velocidade do vento.

12. A potência instantânea que passa pelo aerogerador
é limitada pela área de varredura da turbina. Esta
potência é calculada utilizando a Equação
em que
Pw (W) é a potencia instantânea disponível,
A (m2 ) é a área varrida pela turbina,
ρ (kg/m3 )
v (m/s) são a velocidade e a densidade da massa de ar que passa transversalmente pela
turbina.

13. DENSIDADE DE POTÊNCIA
𝑃𝑤
𝐴 =
1
2
𝜌𝑣3
𝑃𝑤
𝐴 = 𝑊/𝑚2

14. DENSIDADE DE POTÊNCIA
Várias técnicas são recomendadas para a obtenção das
características do vento no local que podem fornecer informações
sobre a energia eólica no local
1-Quando existe um mapa eólico da região de estudo, estes
fornecem valores de densidade de potência para determinadas
regiões ou áreas, e estes valores podem ser utilizados para calcular a
energia anual produzida pela turbina eólica.

16. DENSIDADE DE POTÊNCIA
Várias técnicas são recomendadas para a obtenção das características do
vento no local que podem fornecer informações sobre a energia eólica no
local
2- Utilizando medições efectuadas em locais próximos, estas medições podem
ser extrapoladas tendo em conta as diferenças topográficas e paisagísticas entre
o local de medição e o local pretendido. Isto pode ser feito utilizando software ou
fórmulas aproximadas.

17. DENSIDADE DE POTÊNCIA
Várias técnicas são recomendadas para a obtenção das características do
vento no local que podem fornecer informações sobre a energia eólica no
local
3-Calcular a densidade de potência utilizando a velocidade média do vento
afectada por um factor energético ou factor cúbico FC quando se pretende
instalar pequenas turbinas eólicas em que a potência não exceda os 10 kW.

18. DENSIDADE DE POTÊNCIA
𝑃𝑤
𝐴 =
1
2
𝜌𝑣3
𝑃𝑤
𝐴 = 𝑊/𝑚2

19. Pesquisar ???????
Velocidade do
vento a 80 m
Tômbwa Namibe
Tundavala Huíla
Hoque Huíla
Huíla Huíla
Mombollo Benguela
Quimone Cuanza Sul
Quitobia Cuanza Sul
Dunga Cuanza Sul
Samba Cajú Cuanza Norte
Pambos de
Sonhe
Pambos de
Sonhe
Uíge Uíge
Maquela do
Zombo
Uíge

21. Pesquisar ???????
Velocidade do
vento
Tômbwa Namibe
Tundavala Huíla
Hoque Huíla
Huíla Huíla
Mombollo Benguela
Quimone Cuanza Sul
Quitobia Cuanza Sul
Dunga Cuanza Sul
Samba Cajú Cuanza Norte
Pambos de
Sonhe
Pambos de
Sonhe
Uíge Uíge
Maquela do
Zombo
Uíge

22. DENSIDADE DE POTÊNCIA
O factor cúbico depende da distribuição de frequência das velocidades no local
de referência, a distribuição de Rayleigh é uma das mais frequentemente
utilizadas, para a qual o FC= 1,91. Então:
𝑃𝑤
𝐴 =
1
2
𝜌(𝐹𝐶)𝑣3

23. DENSIDADE DE POTÊNCIA
𝑃𝑤
𝐴 =
1
2
(1,91)𝜌(1,225 𝑘𝑔/𝑚3
)𝑣3
𝑃𝑤
𝐴 = 1,1698 ∗ 𝑣3
(𝑘𝑔/𝑠3
)

24. Velocidad de viento Probabilidad de ocurrencia para velocidades medias anuales en m/s
m/s 3 4 5 6 7 8
3 0,239 0,189 0,142 0,108 0,083 0,066
4 0,173 0,179 0,152 0,1231 0,0992 0,0807
5 0,098 0,1439 0,1432 0,1264 0,1074 0,0903
6 0,045 0,1006 0,1217 0,1194 0,108 0,0947
7 0,017 0,062 0,0943 0,1049 0,1023 0,0942
8 0,005 0,0339 0,0673 0,0864 0,0919 0,0895
9 0,001 0,0166 0,0444 0,0671 0,0788 0,0817
10 0 0,0072 0,0272 0,0492 0,0645 0,0719
11 0 0,0028 0,0154 0,0343 0,0507 0,0612
12 0 0,001 0,0082 0,0226 0,0383 0,0503
13 0 0,0003 0,004 0,0142 0,0278 0,0401
14 0 0,0001 0,0019 0,0085 0,0194 0,031
15 0 0 0,0008 0,0048 0,0131 0,0233
16 0 0 0,0003 0,0026 0,0085 0,017
17 0 0 0,0001 0,0014 0,0053 0,012
18 0 0 0 0,0007 0,0032 0,0083
19 0 0 0 0,0003 0,0019 0,0056
20 0 0 0 0,0001 0,0011 0,0036
21 0 0 0 0,0001 0,0006 0,0023

25. Como se pode ver no quadro, conhecendo a velocidade média anual do
vento, é possível estimar a densidade anual de energia em kWh/m2 por ano
multiplicando a densidade anual de potência por 8760 horas por ano.
Velocidade média anual do
vento(m/s)
Densidade de potência
anual,W/m2
Densidade anual da energia
eólica, kWh/m2
3 30.9 270.7
4 73.3 642.1
5 143.2 1254.4
6 247.5 2168.1
7 393.1 3443.5
8 586.7 5139.5
9 835.4 7318.1

26. Área varrida pelo rotor
A área varrida do rotor é a área do círculo
desenvolvido pelo rotor.
𝐴 = π𝑟2
Onde r é o raio do rotor do eixo horizontal,
no caso de um rotor vertical, a área varrida é
aproximadamente a área de uma elipse.

27. A área varrida de uma
turbina eólica determina
principalmente a
potência que pode ser
gerada por uma turbina
eólica.

31. EFICIÊNCIA DE UMA TURBINA EÓLICA
• Pequenas turbinas eólicas instaladas em locais com baixas
velocidades de vento
• (4 m/s) podem atingir uma eficiência de quase 30 %. (4 m/s)
• Para velocidades entre 5 - 6 m/s, pode atingir valores de 25 e 21
%, respectivamente.
• Para pequenas turbinas eólicas (7 m/s), apenas converte mais de
15 e 16 %.

32. EFICIÊNCIA DE UMA TURBINA EÓLICA
• Grandes turbinas eólicas com melhores designs aerodinâmicos
atingem um máximo de 40 %.
• Em geral movimentam-se entre 12 e 40 %,
• enquanto que as pequenas turbinas eólicas, como acima se
indica, movimentam-se entre 15 e 30 %.

33. ENERGIA ANUAL PRODUZIDA, KWH/ANO
𝐸𝐴𝑃 =
𝑃
𝐴 ∗ 𝐴 ∗ 𝜂 ∗ 8760 ℎ
𝑎𝑛𝑜
1000 𝑊/𝑘𝑊
𝐸𝐴𝑃 =
𝑊
𝑚2 ∗ 𝑚2
∗ 𝜂 ∗ 8760 ℎ
𝑎𝑛𝑜
1000 𝑊/𝑘𝑊

34. NÚMERO TOTAL DE TURBINAS EÓLICAS
NECESSÁRIAS
𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿 𝑇𝑈𝑅𝐵𝐼𝑁𝐴𝑆 𝐸Ó𝐿𝐼𝐶𝐴𝑆 =
𝐷𝐸𝑀𝐴𝑁𝐷𝐴 𝐷𝐸 𝐸𝑁𝐸𝑅𝐺𝐼𝐴 𝐸𝐿𝐸𝐶𝑇𝑅𝐼𝐶𝐴 𝐴𝑁𝑁𝑈𝐴𝐿
𝐸𝐴𝑃

35. Viabilidade Técnica Preliminar

36. A viabilidade técnica desta conversão num determinado local pode
ser avaliada preliminarmente através do factor de capacidade (FC).
FC = kWh produzido anualmente / kW instalado x 8760 h/ano
O factor de geração específico (SGE) é também utilizado.
FGE = kWh produzido anualmente / Capacidade instalada

37. • O valor da FC deve ser superior a 20% para que a
instalação da turbina eólica seja considerada
preliminarmente viável.
• O valor de FGE deve ser superior a 1500 kWh/kW
também para as turbinas eólicas.