Energia renovavel

1. Fontes de Energia
Renováveis
Energia Eólica

3. É possível extrair energia do mar

4. Energia eólica
 É a energia que provém do vento. O
termo eólico vem do latim aeolicus, que
pertence a Éolo, o deus dos ventos na
mitologia grega. A energia eólica é utilizada
desde a antiguidade para mover barcos
impulsionados por velas ou para fazer
funcionar a engrenagem de moinhos, ao
mover as suas pás. Nos nossos dias a
energia eólica é usada para produzir
electricidade.

6. Do vento podemos produzir:
 Electricidade (Aerogeradores)
 Energia mecânica (para moinhos cereais)
 Energia cinética (mover barcos a vela)

7. Aerogeradores

8. Moinho

9. Barco a velas

10. Evolução do conceito de turbinas eólicas de eixo
horizontal para geração de electricidade.

12. Desvantagem
Impacto sobre a migração das aves

13. Potência instalada de energia eólica,
mundialmente (até final de 2015)

15. TECNOLOGIA DE GRANDES TURBINAS EÓLICAS

16. Potência de um aerogerador
 Dependência com o diâmetro das pás
 Pequena potência<12 m< 40 kW
 Média potência12 a 45 m,
40kW a 1 MW
 Grande potência> 46 m> 1 MW

17. A maior turbina eólica do mundo
 A Enercon E-126 é a maior turbina eólica, fabricado
pela fábrica alemã Enercon.
 Com uma altura de 135 metros, diâmetro do rotor
de 126 metros e uma altura total de 198 metros.
 Este gigante pode gerar até 7,58 megawatts de
energia por turbina, dependendo da força do vento.
A E-126 é a primeira turbina eólica que oferece
reais capacidades de estabilização.
 O peso da fundação da torre de turbina é de cerca
de 2.500 toneladas, a própria torre 2.800 t, a
máquina de habitação 128 t, o gerador de 220 t, o
rotor (incluindo a lâmina) 364 t. O peso total é de
cerca de 6.000 t.

20. Aerogerador
 Um Aerogerador (Turbina Eólica ou Sistema de
Geração Eólica) é um gerador eléctrico integrado ao
eixo de um cata-vento e que converte energia eólica
(a energia cinética do vento) em energia eléctrica.
 Tipos de rotores
 Rotores de eixo vertical
 Os rotores de eixo vertical são geralmente mais caros que os de eixo
horizontal, pois o gerador não gira seguindo a direção do vento,
apenas o rotor gira enquanto o gerador fica fixo, mas seu
desempenho é inferior.
 Rotores de eixo horizontal
 Os rotores de eixo horizontal são os mais conhecidos e os mais
utilizados pela sua maior eficiência, compensando o seu custo
maior.

21. Rotores de eixo horizontal
 Multipás Tripá

22. Os rotores Multipás
 São mais utilizados para bombeamento
de água de poços artesianos, mas nada
impede que sejam utilizados para geração
de energia eléctrica. Impulsionados tanto
por força de arrasto como por força
de sustentação, esses rotores têm seu
pico de eficiência em ventos fracos, com
uma eficiência de 30%.

23. Os rotores tripás
 São os mais utilizados para geração de energia
eléctrica em larga escala são utilizadas como fonte
de energia renovável, são impulsionados apenas
pela força de sustentação. Apesar dos rotores com
dois pás serem mais eficientes, são mais instáveis e
propensos a turbulências, trazendo risco a sua
estrutura, o que não acontece nos rotores de 3 pás
que são muito mais estáveis, barateando seu custo e
possibilitando a construção de aerogeradores de
mais de 100 metros de altura e com capacidade de
geração de energia que pode chegar a 69 MW
(megawatts). Seu pico de geração de energia é
atingido com ventos fortes e sua eficiência pode
passar dos 45%.

24. Rotores de eixo vertical

26. Turbina eólica de Charles Francis
Brush em 1888 gerava 12kW.

27. Rotores de eixo vertical
 O rotor do tipo Savonius é um dos mais
simples, é movido principalmente pela força
de arrasto do ar, sua maior eficiência se dá
em ventos fracos e pode chegar a 20%.
 O rotor do tipo darrieus é constituído por 2
ou 3 pás (como as dos helicópteros,
funciona através de força
de sustentação tendo assim uma eficiência
melhor que a do rotor savonius, podendo
chegar a 40% em ventos fortes.

28. Componentes de uma turbina eólica
 1-Fundação,
2-Conector à rede eléctrica,
3-Torre,
4-Escada,
5-Controle de orientação (Yaw control),
6-Nacelle,
7-Gerador,
8-Anemômetro,
9-Freio eléctrico ou mecânico,
10-Caixa de velocidades,
11-Lâmina,
12-Controle de orientação (pitch control),
13-Roda

31. Principais componentes constituintes de um
Aerogerador de eixo horizontal
 Pás: captam o vento, convertendo sua potência ao centro do rotor. São construídas em
processo praticamente artesanal a partir de materiais como o plástico e a fibra de vidro. O
desenho das pás emprega as mesmas soluções técnicas usadas pela Aeronáutica nos
cálculos de engenharia das asas dos aviões.
 Rotor: elemento de fixação das pás que transmite o movimento de rotação para o eixo de
movimento lento. Um de seus principais componentes é o sistema hidráulico que permite o
movimento das pás em distintas posições para otimizar a força do vento ou parar a turbina por
completo.
 Torre: elemento que sustenta o rotor e a nacelle na altura apropriada ao seu funcionamento.
Embora a maioria das torres sejam de aço, como foram originalmente construídas, hoje já
existem outros modelos com diferentes tipos de material.
 Nave: compartimento instalado no alto da torre composto por caixa multiplicadora, chassis,
sistema de yaw, sistema de controlo electrónico e sistema hidráulico. É o componente com
maior peso do sistema. Dependendo do fabricante do aerogerador, pode ultrapassar as 72
toneladas;
 Gearbox (caixa de velocidades): tem a função de transformar as rotações que as pás
transmitem ao eixo de baixa velocidade (19 a 30 rpm), de modo que entregue ao eixo de alta
velocidade as rotações que o gerador precisa para funcionar (1.500 rpm);
 Gerador: converte a energia mecânica do eixo em energia elétrica;
 Anemómetro: mede a intensidade, a velocidade e a direção do vento. Esses dados são lidos
pelo sistema de controle, que garante o posicionamento mais adequado para a turbina.
 Catavento: mede a direção do vendo, é responsável por transmitir ao sistema de controlo a
posição instantânea o vento, permitindo ao aerogerador manter-se orientado ao vento de forma
a otimizar a energia cinética do vento, aumentando a potência produzida.

32. Caixa de velocidades

33. Caixa de velocidades
 A caixa de velocidades (quando existe) está
localizada entre o rotor e o gerador, e é
necessária para adaptar a frequência do rotor da
turbina, tipicamente da ordem de 0,33 Hz (20
rpm) ou 0,5 Hz (30 rpm), à frequência do gerador,
isto é, da rede eléctrica de 50 Hz (1500rpm). A
caixa de velocidades utilizada nos aerogeradores
pode ser composta por diferentes tipos de
engrenagens: engrenagens simples e helicoidais
ou epicíclicas e planetárias.

34. Engrenagens
 As engrenagens simples e helicoidais são
compostas por um par de engrenagens
com eixos paralelos. As engrenagens
simples têm os dentes paralelos ao eixo, e
as engrenagens helicoidais têm os dentes
helicoidais, ou seja, estão alinhados com
um determinado ângulo em relação ao
eixo. As engrenagens duplas helicoidais
possuem dois conjuntos de dentes
helicoidais em cada roda.

35. Tipos

36. Velocidade de Sincronismo
 A velocidade de sincronismo é dependente da
frequência da rede e do número de pólos do gerador, e
pode calcular-se através da seguinte expressão:
 Em que ns é a velocidade de sincronismo em rpm, f é a
frequência da rede em Hz e q é o número de par de
pólos do gerador eléctrico.

37. Formação do vento
 O vento é o movimento de ar ao longo da superfície da Terra,
sendo afectado por áreas de altas e baixas pressões
atmosféricas. O sol não aquece a superfície de forma regular,
dependendo de factores como o ângulo de incidência dos
raios solares, que difere consoante a latitude e a hora, e se o
solo é coberto ou não por vegetação. As grandes massas de
água, como os oceanos, aquecem e arrefecem mais
lentamente do que em terra. A energia em forma
de calor absorvida pela superfície da Terra é transferida para
a atmosfera e, uma vez que o ar aquecido é menos denso
que o ar frio, sobe acima do ar arrefecido para formar áreas
de elevada pressão atmosférica criando diferenciais de
pressão. A rotação da Terra arrasta a atmosfera envolvente,
o que provoca turbulência. É a conjugação de todos estes
fenómenos que provoca a alteração constante do padrão de
ventos.

38. Tipos de sistemas eólicos
 A transformação de energia cinética dos ventos em energia eléctrica
gerada não ocorre de forma integral. Há perdas de energia nas seguintes
categorias: mecânicas (relacionadas à questões aerodinâmicas) e
electromecânicas (relacionadas às transformações que ocorrem na turbina
geradora).
 Sistemas isolados - São todos os sistemas que se encontram privados de
energia eléctrica proveniente da rede pública. Estes sistemas armazenam
a energia do aerogerador em baterias estacionárias, que permitem
consumir energia nas temporadas em que não se verifique vento.
 Sistemas híbridos - São todos os sistemas que produzem energia
eléctrica em simultâneo com outra fonte publica de origem fotovoltaica, de
geradores eléctricos de diesel/biodiesel. Nestes sistemas temos o mesmo
funcionamento que nos sistemas isolados, a única alteração é que o
carregamento das baterias estacionárias é feito por mais do que um
gerador.
 Sistemas de injecção na rede - São todos os sistemas que inserem a
energia produzida na rede eléctrica pública. Neste caso, a maioria dos
aerogeradores são os de alta tensão, só uma pequeníssima minoria da
totalidade de aerogeradores instalados para este fim é deste tipo, pois a
potência injectada na rede é muito menor que um aerogerador de alta
tensão.

40. Parque eólico
 Um parque eólico ou usina eólica (brasileiro) é um
espaço, terrestre ou marítimo, onde estão concentrados
vários aerogeradores destinados a transformar energia
eólica em energia eléctrica.
 Para a construção desses parques é necessário,
dependendo do entendimento da entidade ambiental, a
realização de EIA/RIMA (Estudo e Relatório de Impacto
Ambiental) pois a sua má localização pode causar
impactos negativos como a morte de aves e a poluição
sonora, já que as hélices produzem um zumbido
constante

41. A Energia do Vento :
Densidade do Ar e Área do Rotor
 A quantidade de energia que o vento transfere em cada
segundo para o rotor é designada por potência do vento. A
velocidade do vento, v é um parâmetro extremamente
importante para determinar a quantidade de energia que uma
turbina eólica consegue converter em energia eléctrica. A
potência (extraída) do vento, PV que atravessa uma área
circular, A.
 PV é a potência extraída do vento medida em W (Watt), ρ é a
densidade do ar medida em kg/m3, D representa o diâmetro do
rotor medido em m (metros) e v corresponde à velocidade do
vento medida em m /s.

42. Lei de Betz
 Publicada pelo físico alemão
Albert Betz, em 1919, essa
lei determina que a fracção
máxima de Potencia que
pode ser aproveitada em
uma turbina eólica é de
16/27 (59,3%). Ou seja,
mesmo que o sistema
electromecânico fosse ideal,
ainda assim seria possível
extrair no máximo cerca de
40% da energia cinética dos
ventos.

46. Curva de Potencia x Velocidade do
vento

47. Queima por ventos fortes (tornados)

48. Medição da Velocidade do Vento :
Anemómetros
 A medida da velocidade do vento é habitualmente
efectuada através de um anemómetro de copos.
 O anemómetro possui um eixo vertical de rotação
e utiliza três o quatro copos para capturar o vento.
Além disso, este aparelho pode ainda incorporar
um cata – vento que serve para determinar a
direcção do vento. Na prática, a velocidade do
vento v é calculada a partir da velocidade angular
de rotação ω (em RPM).

49. Anemómetro

50. Exercicio

51. Digital Air Velocity Temperature Anemometer Wind
Speed Meter Thermometer

52. Exemplo: 600W max wind generator

53. Instalado num mastro tubular

54. wind turbine charge controller

55. Selecção para 12 ou 24VDC a saída

56. Dados técnicos

57. Gráfico da potencia x velocidade
do vento

58. Esquema de ligação

60. Lei de Faraday-Neumann
 A lei de Faraday-Neumann relaciona a força
electromotriz gerada entre os terminais de um
condutor sujeito à variação de fluxo magnético ΔΦ
com o módulo da variação do fluxo em função de um
intervalo de tempo Δt em que esta variação
acontece, sendo expressa matematicamente por:
 com essa lei que se entende a produção de corrente
eléctrica em um circuito colocado sob efeito de um
campo magnético variável ou por um circuito em
movimento em um campo magnético constante. O
sinal negativo da expressão é uma consequência da
Lei de Lenz, que diz que a corrente induzida tem um
sentido que gera um fluxo induzido oposto ao fluxo
indutor.