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ISBN
978
-85-
6085
6-08
-8
SérieEnergias Renováveis
SérieEnergias Renováveis
EÓLICA
SérieEnergias Renováveis
SérieEnergias Renováveis
EÓLICA
Carlos Adriano RosaGeraldo Lúcio Tiago Filho
Itajubá, 2007.
1º EdiçãoOrganizado por Geraldo Lúcio Tiago Filho
Edição
Centro Nacional de Referência em Pequenas Centrais Hidrelétricas
Presidente: Ivonice Aires Campos
Secretário Executivo: Geraldo Lúcio Tiago Filho
Projeto Gráfico
Orange Design
Editoração e Arte-Final
Adriano Silva Bastos
CERPCH - Centro Nacional de Referência em Pequenas Centrais Hidrelétricas
Avenida BPS, 1303 - Bairro Pinheirinho CEP: 37500-903 - Itajubá - MG - Brasil
Tel: (+55 35) 3629-1443 Fax: (+55 35) 3629 1265
Obra publicada com o apoio do Ministério de Minas e Energia e da Fundação de Apoio
ao Ensino Pesquisa e Extensão de Itajubá
Ficha catalográfica elaborada pela Biblioteca Mauá -Bibliotecária Margareth Ribeiro - CRB_6/1700
R710e Rosa, Carlos Adriano Eólica / Carlos Adriano Rosa e Geraldo Lúcio Tiago Filho ;organizado por Geraldo Lúcio Tiago Filho ; revisão de ÂngeloStano Júnior e Adriana Barbosa ; colaboração Camila RochaGalhardo ; editoração e arte-final de Adriano Silva Bastos. --Itajubá, MG : FAPEPE, 2007. 48p. : il. -- (Série Energias Renováveis)
1. Energia eólica. 2. Energias renováveis. I. Título.
ISBN: 978 - 85 - 60858 - 01 - 9ISBN: 978 - 85 - 60858 - 08 - 8
CDU 620.91
Revisão
Ângelo Stano Júnior
Organização
Prof. Dr. Geraldo Lúcio Tiago Filho
Colaboração
Camila Rocha Galhardo
Adriana Barbosa
Sumário1.0 – Introdução
2.0 – A energia eólica
3.0 – Os ventos
3.1 – A velocidade dos ventos
4.0 – Panorama da energia eólica
5.0 – A energia eólica no Brasil
5.1 – Projeto de aerogeradores no Brasil
5.2 – A energia eólica e o setor elétrico brasileiro
6.0 – Energia eólica e o meio ambiente
7.0 – Tecnologias de aproveitamento – turbinas eólicas
7.1 Turbinas eólicas –
7.2 Cataventos para bombeamento de água –
7.3 – Guia para instalação de um aerogerador
8.0 – Bibliografia
0406070919232526313636434648
04
Capítulo 1Capítulo 1Introdução
05
Desde o início dos tempos, o homem aprendeu a viver em comunidade, e para tornar esta
convivência melhor e mais tranqüila, tem sempre aprimorado seus conhecimentos, buscando fa-
cilitar suas atividades diárias. Com isso seu trabalho se torna mais fácil e a vida em grupo mais
produtiva e agradável.
Para realizar as tarefas de seu cotidiano, o homem, inevitavelmente, gasta uma determinada
quantidade de energia em cada tipo de trabalho. Para gastar menos, ele descobriu que pode se
beneficiar de outras fontes de energia que não a sua própria.
Assim, ele se valeu de outras formas de energia e de suas mais diversas fontes: o fogo, a água,
a tração animal, o vapor, o petróleo, etc.
Mas afinal, o que é energia?
Entende-se por energia a capacidade de realizar trabalho. A partir deste conceito, os múscu-
los, o sol, o fogo, o vento, e tantas outras fontes de energia podem ser chamados de elementos pa-
ra produzir e/ou multiplicar o trabalho.
Energia é definida, também, como a capacidade da matéria em realizar mudanças no meio.
Entende-se por “matéria” todo corpo que possui massa e ocupa lugar no espaço, como por exem-
plo, a água, o vento, árvores, pedras, etc; e por “mudança” os fenômenos naturais ou artificiais
que acontecem no meio, como: o movimento das ondas do mar, o aumento ou diminuição de vo-
lume dos gases, a variação de temperatura dos corpos, existência de fases da água, etc.
Por este motivo, a energia adquire várias formas:
? Mecânica – quando há, por exemplo, movimento de um automóvel;
? Gravitacional – pode ser percebida quando há uma força de atração entre matérias que pos-
suem massa, como um satélite em volta do planeta terra;
?Química - quando está estocada, podendo ser usada para produzir calor por combustão, co-
mo por exemplo:lenha, carvão, petróleo;
?Elétrica - devido ao movimento de elétrons que produzem luz ou calor;
?Muscular – quando é exercida por qualquer movimento do corpo humano, se referindo tam-
bém aos animais utilizados para arar terras e transportar pessoas ou mercadorias;
?Potencial – é a energia existente em um corpo, ou seja, a que está armazenada nesse corpo,
pronta para realizar movimento. Só é percebida se tiver um ponto de referência em relação ao
corpo que está sendo estudado ou observado, como por exemplo: uma pedra parada e, em se-
guida, jogada ou empurrada de uma certa altura; um balde com água sendo derrubado do alto
de uma escada etc.;
?Cinética – é a energia existente num corpo em movimento, como por exemplo uma pedra ca-
indo e batendo no chão; água de dentro de um balde caindo sobre alguma pessoa ou no solo;
etc.;
?Atômica ou fusão nuclear – é originada no núcleo do átomo. É a mais recente forma de ener-
gia a ser utilizada para aquecimento de água, produção de vapor e geração de energia elétrica.
Atualmente, desenvolvem-se pesquisas para tornar possível o uso dessa forma de energia por
ser uma fonte limpa e praticamente inesgotável;
?Luminosa ou radiante – é a energia proveniente dos raios solares.
Dentre todos estes tipos, a primeira forma de energia que o homem utilizou foi o esforço mus-
cular (humano e de animais domesticados), seguida da energia eólica (do vento) e da energia hi-
dráulica (gerada pela força e movimento das águas).
Com o passar do tempo, adquiriu-se conhecimento e técnica e criaram-se os mais variados ti-
pos de tecnologia para realizar o trabalho que antes era puramente braçal. Assim, novos inven-
tos e criações surgiram, mas sempre dependentes de algum tipo de energia para o seu funciona-
mento.
É sobre um destes tipos de energia de que trata o texto a seguir: a energia eólica.
Anotações:
O vento é um recurso natural renovável, gratuito, que não polui o ambiente e que se encon-
tra disponível em todos os lugares.
Um fato interessante é o de que a energia eólica provém da energia solar, uma vez que os ven-
tos se formam em decorrência do aquecimento não uniforme da atmosfera que envolve o plane-
ta terra, e que este aquecimento é causado pela radiação solar. Essa não uniformidade é causada
principalmente pelo tipo de orientação dos raios solares e pela movimentação do planeta. Os
ventos aliviam a temperatura atmosférica e as diferenças de pressão causada pelo aquecimento
irregular da superfície da terra. Enquanto o sol aquece o ar, a terra e a água de um lado da terra, o
outro lado é resfriado por radiação térmica enviada para o espaço. Assim, a rotação da terra cau-
sa um ciclo de aquecimento e resfriamento em sua superfície. Como a formação estrutural da ter-
ra é irregular, a resposta da superfície da terra ao aquecimento é variada. As partes com água se
aquecem mais lentamente que as partes adjacentes recobertas com terra.
As porções do globo terrestre que recebem os raios sola-
res quase que perpendicularmente, o que ocorre na região
dos trópicos, são mais aquecidas que as regiões polares. Co-
mo conseqüência o ar quente que se encontra nas baixas alti-
tudes das regiões tropicais tende a subir e é substituído por
uma massa de ar mais frio que se desloca das regiões pola-
res. O deslocamento dessa massa de ar quente e frio é o que
determina a formação dos ventos.
Uma estimativa da energia total disponível dos ventos
ao redor do planeta pode ser feita a partir da hipótese de
que, aproximadamente, 2% da energia solar absorvida pela
Terra são convertidos em energia cinética dos ventos. Este
percentual, embora pareça pequeno, representa centena de
vezes a energia anual produzida nas centrais elétricas do
mundo.
As figuras 3.1 e 3.2 mostram a formação dos ventos ao
longo do globo terrestre.
Os ventos que sopram em escala global, e aqueles que se
manifestam em pequena escala, são influenciados por dife-
rentes aspectos entre os quais se destacam a altura, a rugosi-
dade, os obstáculos e o relevo.
Capítulo 3Capítulo 3
No caso específico da energia eólica, o primeiro fato a ser esclarecido é o porquê deste nome.
Ela é assim chamada graças a uma lenda grega, a lenda do deus Éolos, conhecido como “o deus
dos ventos” ou “Rei dos ventos”, às vezes identificado como o filho de Arne e de Poseidon, o se-
nhor do mar e de todas as divindades marinhas.
Éolos, Morador das ilhas Eólias, acolheu amigavelmente Ulisses e seus companheiros e deu-
lhes um odre em que estavam encerrados todos os ventos contrários à navegação. Os compa-
nheiros de Ulisses, por curiosidade, abriram-no, e os ventos desencadearam uma terrível tem-
pestade que causou o naufrágio de quase toda a frota.Por ser a energia eólica a energia proveni-
ente dos ventos é que ela recebeu este nome.
Tudo indica que uma das primeiras vezes em que a energia eólica foi utilizada foi em embar-
cações (figura 2.1). Algumas publicações mencionam vestígios de sua existência já por volta de
4.000 A.C, recentemente testemunhado por um barco encontrado num túmulo sumeriano da
época, no qual havia também remos auxiliares.
Por volta de 1.000 a.C., os Fenícios, pioneiros na navegação comercial, já utilizavam barcos
movidos exclusivamente com a força dos ventos. Ao longo dos anos vários tipos de embarca-
ções a vela foram sendo desenvolvidos, com grande destaque para as Caravelas surgidas na Eu-
ropa no século XIII e que tiveram papel destacado nas Grandes Descobertas Marítimas. Inicia-
remos nossas explicações falando sobre como são formados os ventos.
Capítulo 2Capítulo 2A Energia Eólica Os Ventos
Figura 2.1 – os ventos e a navegação
Figura 3.1 – Correntes de ventoao redor do globo
Figuras 3.2 – Correntes de ventoglobais
06 07
para a terra (brisa marítima). À noite, a temperatura da terra cai mais rapidamente do que a tem-
peratura da água e, assim, ocorre a brisa terrestre que sopra da terra para o mar. Normalmente,
a intensidade da brisa terrestre é menor do que a da brisa marítima devido à menor diferença de
temperatura que ocorre no período noturno. As figuras 3.4 e 3.5 exemplificam o fato citado aci-
ma.
Sobreposto ao sistema de geração dos ventos descrito anteriormente, encontram-se os ven-
tos locais, que são originados por outros mecanismos mais específicos. São ventos que sopram
em determinadas regiões e são resultantes das condições locais, que os tornam bastante indivi-
dualizados. A mais conhecida manifestação local dos ventos é observada nos vales e monta-
nhas. Durante o dia, o ar quente nas encostas das montanhas se eleva e o ar mais frio desce sobre
os vales para substituir o ar que subiu. No período noturno, a direção em que sopram os ventos
é novamente revertida e o ar frio das montanhas desce e se acumula nos vales. A figura 3.6 abai-
xo, exemplifica este processo.
3.1 A velocidade dos ventos
A tomada de medida da velocidade dos ventos é parte indispensável no processo de estudo
para instalação de um sistema eólico para geração de energia elétrica. Na seqüência, teremos
Próximo à superfície do globo as diferenças de temperatura e de pressão dão origem à circu-
lação do ar e conseqüentemente à formação dos ventos ao redor da terra. Assim, zonas de baixa
pressão se formam na região próxima à linha do equador e dos círculos polares em ambos os he-
misférios. Já as zonas de altas pressões são encontradas nos pólos e nas regiões próximas às li-
nhas tropicais.
Existem locais no globo terrestre nos quais os ventos jamais cessam de "soprar", pois os meca-
nismos que os produzem (aquecimento no Equador e resfriamento nos pólos) estão sempre pre-
sentes na natureza. São chamados de ventos planetários ou constantes e podem ser classificados
em:
? Alísios: ventos que sopram dos trópicos para o Equador, em baixas altitudes.
? Contra-Alísios: ventos que sopram do Equador para os pólos, em altas altitudes.
? Ventos do Oeste: ventos que sopram dos trópicos para os pólos.
? Polares: ventos frios que sopram dos pólos para as zonas temperadas.
Tendo em vista que o eixo da Terra está inclinado de 23,5º em relação ao plano de sua órbita
em torno do Sol, variações sazonais na distribuição de radiação recebida na superfície da Terra
resultam em variações sazonais na intensidade e duração dos ventos, em qualquer local da su-
perfície terrestre. Como resultado, surgem os ventos continentais ou periódicos que compreen-
dem as monções e as brisas.
As monções são ventos periódicos que mudam de direção a cada seis meses aproximada-
mente. Em geral, as monções sopram em determinada direção em uma estação do ano e em sen-
tido contrário em outra estação, como mostra a figura 3.3.
Em função das diferentes capacidades de refletir, absorver e emitir o calor recebido do Sol,
inerentes a cada tipo de superfície (tais como mares e continentes), surgem as brisas, que carac-
terizam-se por serem ventos periódicos que sopram do mar para o continente e vice-versa. No
período diurno, devido à maior capacidade da terra de absorver os raios solares, a temperatura
do ar sobre ela aumenta e, como conseqüência, forma-se uma corrente de ar que sopra do mar
Figura 3.3 - Ocorrência das monções
Figura 3.4 - Brisa marítima Figura 3.5 - Brisa terrestre
Figura 3.6 - Ocorrência de brisas
08 09
se fazer medições, com o anemômetro, para identi-
ficar a viabilidade de seu uso, pois num mesmo dia
são notadas variações consideráveis, por exemplo,
em sua intensidade e freqüência.
Se por algum motivo, for difícil adquirir o ane-
mômetro é possível caracterizar o vento local por
fenômenos naturais, como mostra a tabela 3.1 na
página ao lado.
A direção do vento também é um importante
parâmetro a ser analisado, pois mudanças de dire-
ção muito freqüentes indicam situações de rajadas
de vento. Além disso, a medida da direção do ven-
to auxilia na determinação da localização das tur-
binas em um parque eólico. Devido à existência do
problema de "sombra", isto é, a interferência das es-
teiras das turbinas, é fundamental o conhecimento
da direção predominante.
Do ponto de vista do aproveitamento da ener-
gia eólica, é importante distinguir os vários tipos
de alterações temporais da velocidade dos ventos,
a saber: variações anuais, sazonais, diárias e de cur-
ta duração.
A) Variações Anuais - Para se obter um bom
conhecimento do regime dos ventos não é sufici-
ente basear-se na análise de dados de vento de ape-
nas um ano; o ideal é dispor de dados referentes a
vários anos. À medida que uma maior quantidade
de dados anuais é coletada, as características le-
vantadas do regime local dos ventos tornam-se ma-
is confiáveis.
B) Variações Sazonais - O aquecimento não
uniforme da superfície terrestre resulta em signifi-
cativas variações no regime dos ventos, resultando
na existência de diferentes estações do ano. Consi-
derando que, em função da relação cúbica entre a
potência disponível e a velocidade do vento (na al-
uma explanação sobre a tomada de dados sobre o
vento e os processos relativos à velocidade.
Figura 3.7 - Anemômetro tipo Robinsomou tipo concha
Figura 3.8 - Anemômetro tipo Hélice portátil
Figura 3.9 - Biruta
Figura 3.10 – Bússola
Figura 3.11 – Rosa dos Ventos
Figura 3.12 – Cata-vento de pás múltiplas
Pontos Cardeais:
N - Norte
S - Sul
E – Este ou Leste
O – Oeste
Pontos Colaterais:
NE – Nordeste
NO – Noroeste
SE – Sudeste
SO – Sudoeste
10 11
tura do eixo da turbina), em algumas faixas de potência, uma pequena variação na velocidade
implica numa grande variação na potência. Sendo assim, a utilização de médias anuais (ao in-
Número deBeaufort
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Descrição
Calmaria
Ar leve
Brisa leve
Brisa suave
Brisamoderada
Brisa fresca
Vento forte
Temporalmoderado
Temporal
Temporalforte
Temporalmuito forte
Tempestade
furacão
Critérios de apreciação na terra
A fumaça eleva-se verticalmente.
O vento inclina a fumaça, mas não faz girar o cata-vento.
As folhas se movem e o vento é sentido no rosto.
As folhas e os ramos pequenos se movem continuamente.
O vento levanta o pó e a s folhas. Os ramos se agitam.
Pequenas árvores começam a balançar.
Os ramos grandes se movem. Os fios elétricos vibram. Dificuldade em se usar o guarda-chuva.
As árvores se agitam. Há um incômodo ao andar contra o vento.
Rompem-se os ramos pequenos das árvores.Difícil andar contra o vento.
Os ramos médios das árvores se quebram
As árvores são arrancadas e danos são espalhados
Destroços extensos. Tetos arrancados, etc.
Produz efeitos devastadores
Velocidade dovento (m/s)
0 – 0,4
0,5 – 1,5
1,6 – 3,4
3,5 – 5,5
5,6 – 8,0
8,1 – 10,9
11,4 – 13,9
14,1 – 16,9
17,4 – 20,4
20,5 – 23,9
24,4 – 28,0
28,4 – 32,5
32,6 – 60,0
Tabela 3.1 – Escala de Beaufort para estimativa da velocidade do vento
Onde:
Vel (z) =velocidade do vento a ser estimada na altura desejada em m/s;
Vel (zo) = velocidade do vento medida a uma altura conhecida, em m/s
Altura(z) =altura em que se deseja estimar a velocidade do vento em m;
12 13
Altura (zo) = altura na qual foi medida a velocidade do vento, em m; e
n = parâmetro relacionado com a rugosidade da superfície local, adimensional, geralmente
igual a 0,143.
Na tabela 3. 2 ao lado é possível obter diretamente o valor da relação
6)INFLUÊNCIA DA RUGOSIDADE DA SUPERFÍCIE DO TERRENO NA VELOCIDADE
DO VENTO
A rugosidade do terreno, representada por Z0, refere-se ao conjunto de elementos formados
por árvores, arbustos, vegetação rasteira e pequenas construções, sobre a superfície do solo.
Este conjunto de fatores oferece resistência à passagem do vento, além de desviar a sua trajetó-
ria. Portanto, o valor da rugosidade de uma superfície dependerá da altura e da forma como es-
ses elementos encontram-se distribuídos em uma determinada área. Dessa forma o parâmetro
Z0 é definido por uma escala de comprimento utilizada para caracterizar a rugosidade do terre-
no, atribuindo-se, para cada tipo de terreno, um comprimento de rugosidade Z0.
Como exemplo, Z0 será aproximadamente igual a 0,001 metros, em locais com superfície
bem lisa (areia, neve e água); Z0 será aproximadamente igual a 0,20 metros em locais com pre-
sença de árvores e arbustos; e Z0 será aproximadamente igual a 0,50 metros, quando se tratar de
áreas residenciais. Vale lembrar que o valor de Z0 deve ser considerado como um parâmetro
temporal, uma vez que está diretamente associado às mudanças naturais da paisagem.
A determinação da rugosidade de uma superfície poderá ser feita utilizando-se a fórmula
matemática, a seguir:
onde:
Z0 = rugosidade da superfície, em m;
H = altura máxima dos elementos que compõem a rugosidade do local em questão, em m;
S = área perpendicular à passagem do vento, formada pela rugosidade;
Ah = área ocupada pelos elementos que formam a rugosidade.
Conhecendo-se as características do local em estudo, pode-se, com a utilização da tabela 3.3,
determinar Z0 de modo mais simples.
Figura 3.13 - Velocidade do vento X altura
Altura (Z)
5 m
6 m
7 m
8 m
9 m
10 m
11 m
12 m
13 m
14 m
15 m
16 m
17 m
18 m
19 m
20 m
21 m
22 m
23 m
24 m
25 m
26 m
27 m
28 m
29 m
30 m
2 m
1,140
1,170
1,196
1,219
1,240
1,259
1,276
1,292
1,307
1,321
1,334
1,346
1,358
1,369
1,380
1,390
1,400
1,409
1,418
1,427
1,435
1,443
1,451
1,458
1,466
1,473
5m
1,000
1,026
1,049
1,070
1,088
1,104
1,119
1,133
1,146
1,159
1,170
1,181
1,191
1,201
1,210
1,219
1,228
1,236
1,244
1,251
1,259
1,266
1,273
1,279
1,286
1,292
10 m
0,906
0,930
0,950
0,969
0,985
1,000
1,014
1,026
1,038
1,049
1,060
1,070
1,079
1,088
1,096
1,104
1,112
1,119
1,126
1,133
1,140
1,146
1,153
1,159
1,164
1,170
Altura ( )Z0
Tabela 3.2 – Lista de algunsvalores da relação
14 15
Tabela 3.3 - Classes e valores de rugosidadede diferentes tipos de superfície
7) INFLUÊNCIA DOS OBSTÁCULOS NA VELOCIDADE DO VENTO
São considerados obstáculos à passagem do vento os elementos de dimensões conhecidas
que causam redução na sua velocidade. As pedras, as rochas de grandes dimensões, os morros,
as edificações, as torres maciças e os agrupamentos de árvores de grande altura, entre outros, po-
dem ser considerados como obstáculos.
Os obstáculos obstruem o movimento dos ventos e também atuam modificando a sua distri-
buição e velocidade. Isso leva à conclusão de que para estudar a influência de um obstáculo so-
bre o perfil de distribuição do vento, a sua forma deixa de ter importância. A maior preocupação
neste caso é com a localização do obstáculo em relação ao ponto de interesse, suas dimensões
(comprimento, largura e altura), e sua porosidade.
O vento, ao atingir um obs-
táculo, terá o seu comporta-
mento bastante modificado,
por causa das perturbações.
Em geral, pode-se constatar
que, no sentido vertical, tais
perturbações alcançam níveis
correspondentes a três vezes a
altura do obstáculo, e no senti-
do horizontal elas se esten-
dem por distâncias de até 40
vezes a altura do obstáculo,
conforme ilustra a Figura 3.16.
8)INFLUÊNCIA DO RELEVO NA VELOCIDADE DO VENTO
Assim como a rugosidade e os obstáculos, o relevo tem influência marcante no estabeleci-
mento da velocidade e do aproveitamento dos ventos, outros acidentes topográficos como va-
les, depressões e gargantas, também exercem influência no regime dos ventos. Com estes fatos,
recomenda-se que a instalação dos sistemas eólicos seja feita em locais mais elevados onde os
ventos ocorrem em uma concentração maior.
9) OBTENÇÃO DE DADOS DE VELOCIDADE DO VENTO
A avaliação do potencial eólico de um determinado local deve ser feita com base em obser-
vações diárias de velocidade do vento, durante um bom período de tempo. Para isso, devem-se
Figura 3.16 – Ilustração da influência de um obstáculo no comportamento do vento e os per-centuais de perda de velocidade, em função da altura do obstáculo
16 17
Figura 4.1 – Esquema simplificado de uma usina eólica
utilizar anemômetros, que são aparelhos simples e que cumprem a função de medir a velocida-
de do vento no instante desejado.
Para obter informações precisas sobre a velocidade dos ventos devem ser efetuadas medidas
diárias da velocidade dos ventos por um período mínimo de um ano. Diariamente, devem-se
realizar pelo menos cinco medições da velocidade nos seguintes horários: 9horas; 12horas; 15
horas; 18 horas e 21 horas. Esses dados devem ser anotados em tabelas apropriadas, para poste-
rior análise, montando-se uma tabela para cada mês. Ao final de cada mês, os dados obtidos de-
verão ser encaminhados para um profissional da área, para que possam ser analisados de forma
a se obter a intensidade média mensal dos ventos. A Figura 3.17 ilustra uma tabela utilizada pa-
ra anotação dos dados.
Onde não haja necessidade de medições tão precisas, para implantação de sistemas eólicos
de menor porte e encontrando-se dificuldade em obter as medições adequadas pode-se utilizar
a tabela de Beaufort, dada anteriormente.
Agora que as informações sobre o que é a energia eólica e como os ventos se formam já foram
explanadas, é interessante saber como este tipo de energia é utilizado no Brasil e no mundo.
DiaHorário das medições
09:00 12:00 15:00 18:00 21:00
01
02
03
04
05
06
07
08....
....
....
....
....
Final do mês
Figura 3.17 – Exemplo de tabela a ser utilizada para registro das medições develocidade do vento ao longo do dia
Capítulo 4Capítulo 4Panorama da Energia Eólica
Não se sabe dizer, com certeza, a data em que o homem começou a utilizar o vento como for-
ma de energia. Sabe-se que por volta do ano 2.000 A.C o uso do vento para a navegação já estava
consolidado.
No ano 400 A.C, Índia e China já usavam o vento para elevação de água na irrigação e moa-
gem de grãos.
Com o passar do tempo o homem percebeu que seria interessante aproveitar mais esse vento
e colocou sobre uma roda de madeira várias velas, feitas com tecido ou pele de animais, que ao
girar passou a fazer grande parte do trabalho que antes era totalmente manual. Desta forma, foi
criado o moinho de vento.
Em 1.750 existiam na Holanda, aproximadamente, 1.000 moinhos de vento em funciona-
mento, que passaram a caracterizar a paisagem holandesa. Desde a década de 1930 essa energia
passou a ser usada também na geração de eletricidade para acionamento de alguns equipamen-
tos e iluminação. A França e os Estados Unidos foram os primeiros países do mundo a usar o
vento como fonte geradora de eletricidade.
Mesmo com as grandes descobertas tecnológicas deste século e do século passado, a produ-
ção comercial da energia elétrica a partir da energia eólica só ganhou impulso nos últimos 30
anos. Estes avanços ocorreram graças e através dos conhecimentos da indústria aeronáutica,
principalmente em relação às idéias e aos conceitos preliminares.
No início da década de 1970, o mundo estava passando por uma crise no mercado de abaste-
cimento do petróleo. Com isso, houve um grande interesse de países europeus e dos Estados
Unidos em desenvolver equipamentos para produção de eletricidade que ajudassem a diminu-
ir a dependência do petróleo e carvão. Mais de 50.000 novos empregos foram criados e uma sóli-
da indústria de componentes e equipamentos foi desenvolvida. Atualmente, a indústria de tur-
binas eólicas vem acumulando crescimentos anuais acima de 30% e movimentando cerca de 2 bi-
lhões de dólares em vendas por ano (1999). A figura 4.1 mostra um esquema simplificado do fun-
cionamento de uma usina eólica.
18 19
Através do conhecimento da indústria aeronáutica, os equipamentos para geração eólica fo-
ram evoluindo rapidamente até chegar aos produtos de alta tecnologia. Existem, atualmente,
mais de 35.000 turbinas eólicas de grande porte em operação no mundo, com capacidade insta-
lada da ordem de 13.500 MW.
Os países que estão na vanguarda do desenvolvimento tecnológico são a Alemanha e a Dina-
marca. Este último país desenvolveu um dos maiores parques de produção de eletricidade eóli-
ca do Mundo.
Os primeiros equipamentos, a serem utilizados no bombeamento e moagem, no caso os ca-
ta-ventos, foram sendo aperfeiçoados e substituídos por modelos mais eficientes em tamanho,
forma, potência, tipo de material utilizado em sua fabricação, peso e quantidade das pás; entre
outros, principalmente quando passaram a ter utilização na geração de eletricidade.
Da década de 1920 até a metade da década de cinqüenta, milhares de “moinhos de vento”, co-
mo os norte americanos chamavam os cata-ventos, forneceram energia elétrica a fazendas, prin-
cipalmente para alimentação de iluminação e aparelhos de rádio.
Na década de 1970, nos EUA, foram instaladas centrais eólicas experimentais com potências
variando de 10 até mais de 1000 kW. Posteriormente desenvolvimentos similares ocorreram na
União Soviética, Dinamarca, França, Inglaterra e Alemanha. Estas usinas apresentavam aeroge-
radores de poucas pás, de grande comprimento e girando a baixas velocidades.
A primeira turbina eólica comercial ligada à rede elétrica pública foi instalada na Dinamar-
ca, em 1976. A meta atual da Associação Européia de Energia Eólica é alcançar a marca de
40.000 MW na Europa até 2010 e 10% do suprimento de toda energia elétrica até 2020. Em ter-
mos de capacidade instalada, estima-se que, até 2020, a Europa já terá 100.000 MW. Os Estados
Unidos possuem um parque eólico com cerca de 4.600 MW já instalados e com uma estimativa
de crescimento de 10% ao ano.
Até o ano de 1990 o mundo pos-
suía uma capacidade instalada
inferior a 2000 MW. Já no final de
2002 esta capacidade foi além de
32000 MW. Estima-se que em
2020 o mundo terá 12% da ener-
gia gerada pelo vento, com uma
capacidade instalada de mais de
1.200 GW .A figura 4.2 mostra co-
mo está a distribuição da capaci-
dade instalada de energia eólica
no mundo.
O gráfico apresentado anteriormente, mostra com clareza que a Alemanha é o pais respon-
sável pela maior parte da capacidade eólica instalada no mundo. A tabela 4.1 fornece dados nu-
méricos mais precisos para validar esta afirmação.
Os avanços tecnológicos têm levado os custos deste tipo de equipamento a valores cada vez
mais acessíveis à comercialização em grande escala e melhorado o desempenho e a confiabili-
dade dos equipamentos.
Para que a energia eólica seja considerada tecnicamente aproveitável, é necessário que sua 2densidade seja maior ou igual a 500 W/m , a uma altura de 50 m, o que requer uma velocidade
mínima do vento de 7 a 8 m/s. Segundo a Organização Mundial de Meteorologia, em apenas
13% da superfície terrestre o vento apresenta velocidade média igual ou superior a 7 m/s, a uma
altura de 50 m. Essa proporção varia muito entre regiões e continentes, chegando a 32% na Euro-
pa Ocidental, como indicado nas Tabelas 4.2 e 4.3.
País/região
Alemanha
Estados Unidos
Dinamarca
Espanha
Brasil
Europa (exceto Alem., Din. e Espanha).
Ásia
Américas (exceto EUA e Brasil)
Austrália e Pacífico
África e Oriente Médio
Total
1997
2080
1590
1116
512
3
1058
1116
52
33
24
7584
1998
2874
1927
1450
834
7
1411
1194
128
63
26
9914
1999
4445
2492
1742
1530
20
1590
1287
194
116
39
13455
2000
6113
2555
2297
2402
20
2610
1574
223
221
141
18156
2001
8734
4245
2456
3550
20
2760
1920
302
410
147
24544
2002
12001
4645
2889
4830
22
3637
2184
353
524
149
31234
Tabela 4.1 - Capacidade instalada de Energia eólica no mundo em MW
Figura 4.2 – Distribuição da capacidade instaladade energia eólica no mundo
20 21
A energia eólica é considerada a energia mais limpa do planeta, disponível em diversos luga-
res e em diferentes intensidades, uma boa alternativa às energias não-renováveis.
Região/Continente
África
Austrália
América do Norte
América Latina
Europa Ocidental
Europa Ocidental & ex-URSS
Ásia (excluindo ex-URSS)
Mundo
2(103 km ) 2(103 km ) 2(103 km )
3.750
850
2.550
1400
345
3377
1550
13650
12
8
12
8
8,6
15
6
10
3.350
400
1750
850
416
4260
450
9550
11
4
8
5
10
10
2
7
200
550
3350
950
371
1146
200
8350
1
5
15
5
22
5
5
6
Velocidade do Vento (m/s) a 50 m de Altura
6,4 a 7,0 7,0 a 7,5 7,5 a 11,9
(%)(%)(%)
Região
África
Austrália
América do Norte
América Latina
Europa Ocidental
Europa Ocidental & ex-URSS
Ásia (excluindo ex-URSS)
Mundo
Porcentagemde Terra
Ocupada*
24
17
35
18
42
29
9
23
PotencialBruto
(TWh/ano)
106.000
30.000
139.000
54.000
31.400
106.000
32.000
491.400
DensidadeDemográfica
2(hab/km )
20
2
15
15
102
13
100
------
PotencialLíquido
(TWh/ano)
10.600
3.000
14.000
5.400
4.800
10.600
4.900
53.000
Tabela 4.2 - Distribuição da área continental segundo a velocidade média do vento
Tabela 4.3 - Estimativa do potencial eólico mundial
(*) Em relação ao potencial bruto; (**) Excluindo-se Groenlândia, Antártida, a maioria das ilhas.média do vento
Capítulo 5Capítulo 5A Energia Eólica no Brasil
No caso do Brasil, tradicionalmente, a utilização dos recursos eólicos é voltada para o uso de
cata-vento multipás para bombeamento d'água. Estudos realizados no país demonstram que o
Brasil possui um grande potencial eólico ainda não explorado.
A instalação da primeira central eólica no Brasil, com potência de 75 kW e localizada em Fer-
nando de Noronha (PE).
Figura 5.1 - Potencial eólico no Brasil
22 23
Hoje a capacidade instalada no Brasil é de cerca de 20 MW, com turbinas eólicas de médio e
grande porte, conectadas à rede elétrica. Além disso, existem dezenas de turbinas eólicas de pe-
queno porte funcionando em locais isolados da rede convencional para aplicações diversas -
bombeamento, carregamento de baterias, telecomunicações e eletrificação rural.
Vários estados brasileiros iniciaram, como já fizeram os estados do Ceará e Pernambuco, pro-
gramas de levantamento de dados de vento. Hoje existem mais de cem anemógrafos computa-
dorizados espalhados por vários estados brasileiros.
Dada a importância da caracterização dos recursos eólicos da região Nordeste, o Centro Bra-
Figura 5.2 - Mapa do potencial eólico no Brasil, CBEE (2001)
sileiro de Energia Eólica - CBEE, com o apoio da Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL
e do Ministério de Ciência e Tecnologia - MCT lançou, em 1998, a primeira versão do Atlas Eóli-
co do Nordeste do Brasil (WANEB - Wind Atlas for the Northeast of Brazil) com o objetivo prin-
cipal de desenvolver modelos atmosféricos, analisar dados de ventos e elaborar mapas eólicos
confiáveis para a região. Mapas do potencial eólico do Brasil foram mostrados nas figuras 5.1 e
5.2 anteriormente.
5.1 Projeto de aerogeradores no Brasil
No Brasil, o Centro Brasileiro de Energia Eólica – CBEE em parceria com faculdades, empre-
sas e concessionárias tem contribuído para a instalação de centrais eólicas no país, totalizando
um potencial eólico de 20,3 MW.
Entre os projetos desenvolvidos pela CBEE, destacam-se: Taiba, Prainha e Mucuripe no Cea-
rá; Olinda em Pernambuco; Morro do Camelinho em Minas Gerais; Palmas no Paraná e o da ilha
de Fernando de Noronha. As figuras 5.3, 5.4 e 5.5 mostram alguns aerogeradores em funciona-
mento no Brasil, de acordo com os projetos desenvolvidos pela CBEE.
Figura 5.3 – Central eólica na ilha de Fernando de Noronha, com 75 kW de potência elétrica instaladaFigura 5.4 – Central eólica do Morro do Camelinho em Minas Gerais, com 250 kW de potência elétrica instaladaFigura 5.5 – Central eólica de Palmas, no Paraná, com 2500 kW de potência elétrica instalada, CBEE (2001)
24 25
No Brasil ainda não há fabricantes especializados na construção de turbinas eólicas, embora
a tecnologia seja explorada, desde 1970, por algumas concessionárias, como a Cemig (Compa-
nhia Energética de Minas Gerais), a Coelba (Companhia de Eletricidade da Bahia) e a Coelce
(Companhia de Eletricidade do Ceará).
5.2- A energia eólica e o setor elétrico brasileiro
No Brasil é pequena a participação da energia eólica no montante da geração de energia elé-
trica. A tabela 5.1 mostra, numericamente, esta percepção de inserção da energia eólica no con-
texto da energia elétrica do Brasil
O esperado pelo mercado, hoje, é que o interesse dos empreendedores com relação ao mer-
cado de energia eólica aumente, graças aos incentivos vigentes para o setor elétrico brasileiro.
Dentre os incentivos existentes, destaca-se o PROINFA - Programa de Incentivo às Fontes Alter-
nativas de Energia Elétrica. Sua principal meta é chegar ao ano de 2022, com o atendimento de
10% do consumo anual de energia elétrica no País por fontes alternativas (pequenas centrais hi-
Nome
Bom Jardim
Bom Jardim
Prainha
Taíba
Olinda
Experimental
Palmas
Mucuripe
Pot.(kW)
75
600
600
10.000
5.000
225
1.000
2.500
2.400
Município - UF
Fernando deNoronha - PE
Bom Jardimda Serra – SC
Bom Jardimda Serra - SC
Aquiraz - CE
São Gonçalo doAmarante - CE
Olinda - PE
Gouveia - MG
Palmas - PR
Fortaleza - CE
Destino da Energia
SP
PIE
PIE
PIE
PIE
PIE
SP
PIE
PIE
Proprietário
Companhia Energética dePernambuco
Parque Eólico de Santa Catarina Ltda.
Parque Eólico de Santa Catarina Ltda
Wobben Wind Power Indústria e Comércio Ltda
Wobben Wind Power Indústria e Comércio Ltda
Centro Brasileiro de Energia Eólica – FADE/UFPE
Companhia Energética de Minas Gerais do Morro do Camelinho
Centrais Eólicas do Paraná Ltda
Wobben Wind Power Indústriae Comércio Ltda.
Tabela 5.1 – A energia eólica no contexto da energia elétrica do Brasil
drelétricas, eólica, fotovoltaica e bio-
massa). Além deste tipo de incentivo,
outra possibilidade igualmente inte-
ressante é a complementação entre a
geração hidrelétrica e a geração eólica.
A viabilidade deste tipo de investi-
mento pode ser observada na região
Nordeste. Nesta região, no período de
menor disponibilidade hídrica, existe
uma maior disponibilidade do poten-
cial eólico. A figura 5.6, ao lado, deixa
claro visualmente este aspecto de com-
plementabilidade de produção ener-
gética.
A figura 5.7 abaixo, mostra a localização dos empreendimentos eólicos, instalados ou outor-
gados no Brasil.
Figura 5.6 - Complementaridade entre a geração hidrelétrica e eólica
Figura 5.7 - Localização dos projetos eólicos em operação e outorgados(construção não iniciada) – situação em setembro de 2003.
26 27
Como comentado anteriormente, o Brasil possui
vários empreendimentos já instalados. O primeiro de-
les é o das turbinas eólicas do Arquipélago de Fernan-
do de Noronha - PE, desde 1992. Este projeto foi reali-
zado através de uma parceria entre o Grupo de Ener-
gia Eólica da Universidade Federal de Pernambuco –
UFPE e a Companhia Energética de Pernambuco –
CELPE, com financiamento do Folkecenter (um insti-
tuto de pesquisas dinamarquês). Na época em que foi
instalada, a geração de eletricidade dessa turbina cor-
respondia a cerca de 10% da energia gerada na Ilha,
proporcionando uma economia de aproximadamente
70.000 litros de óleo diesel por ano. A segunda turbina
(figura 5.8), um projeto realizado pelo CBEE, com a co-
laboração do RISO National Laboratory da Dinamar-
ca, e financiado pela ANEEL, foi instalada em maio
de 2000 e entrou em operação em 2001. Os dois proje-
tos juntos geram até 25% da eletricidade consumida
na ilha, o que veio a tornar o sistema elétrico de Fer-
nando de Noronha o maior sistema híbrido eólico-
diesel do Brasil.
Outros projetos instalados no Brasil são mostrados
a seguir.
Central Eólica Experimental do Morro do Cameli-
nho – MG: instalado em 1994, no Município de Gouve-
ia – MG. Com capacidade nominal de 1 MW, o projeto
foi realizado pela Companhia Energética de Minas Ge-
rais – CEMIG, com o apoio financeiro do governo ale-
mão (Programa Eldorado). A central é constituída por
4 turbinas de 250 kW, com rotor de 29 m de diâmetro e
torre de 30 m de altura (figura 5.9).
Central Eólica de Taíba – CE: localizada no Município de São Gonçalo do Amarante – CE, a
Central Eólica de Taíba (figura 5.10), com 5 MW de potência, foi a primeira a atuar como produ-
tor independente no País. Em operação desde janeiro de 1999, a central é composta por 10 turbi-
nas de 500 kW, geradores assíncronos, rotores de 40 m de diâmetro e torre de 45 m de altura.
Central Eólica de Prainha – CE: localizada no Município de Aquiraz – CE, a Central Eólica de
Figura 5.8 – Segunda turbina eólicade Fernando de Noronha
Prainha (figura 5.11) é o maior parque eólico do
País, com capacidade de 10 MW (20 turbinas de
500 kW). O projeto foi realizado pela Wobben
Windpower e inaugurado em abril de 1999. As
turbinas utilizam geradores síncronos, funcio-
nam com velocidade variável e com controle de
potência por pitch (ângulo de passo das pás).
Central Eólica Mucuripe – CE: situada em For-
taleza - CE (Figura 5.12), esta central tinha potên-
cia instalada de 1.200 kW. Desativada em 2000,
foi posteriormente repotenciada e passou a con-
tar com 4 turbinas eólicas E-40 de 600 kW (2.400
kW).
Central Eólica de Palmas – PR: inaugurada
em 2000, trata-se da primeira central eólica do Sul
do Brasil, localizada no Município de Palmas –
PR, com potência instalada de 2,5 MW (figura
5.13). Realizado pela Companhia Paranaense de
Energia – COPEL e pela Wobben Windpower (do
Brasil), o projeto foi inaugurado em novembro de
1999, com 5 turbinas de 500 kW, idênticas àquelas
de Taíba e Prainha.
Central Eólica de Olinda – PE: O CBEE insta-
lou, em 1999, uma turbina eólica WindWord (Fi-
gura 5.14) na área de testes de turbinas eólicas em
Olinda. Esta turbina conta com sensores e instru-
mentação para medidas experimentais.
Central Eólica de Bom Jardim – SC: em 2002
uma turbina Enercon de 600 kW foi instalada no
Município de Bom Jardim da Serra - SC (figura
5.15) pela CELESC e Wobben Windpower, sendo
a mais recente central implantada no País.
Figura 5.9 - Central Eólica Exp. do Morro do Camelinho – (Gouveia) - MG
Figura 5.10 - Central Eólica de TaíbaSão Gonçalo do Amarante – CE
Figura 5.11 - Central Eólica daPrainha – Aquiraz – CE
Figura 5.12 - Central EólicaMucuripe– Fortaleza – CE
28 29
Figura 5.14 - Central Eólicade Olinda – PE
Figura 5.15 - Central Eólica de Bom JardimBom Jardim da Serra - SC
Figura 5.13 - Central Eólicade Palmas – Palmas - PR
Capítulo 6Capítulo 6Energia Eólica e o Meio Ambiente
O mundo hoje necessita de uma maior segurança relacionada ao fatos que cercam a utiliza-
ção do ambiente como um todo. Isso se comprova através das pressões de organizações não go-
vernamentais, leis específicas voltadas para o meio ambiente e sua utilização, criação de marcas
e selos ofertados a produtos e trabalhos ecologicamente corretos, os chamados selos verdes, etc.
Dentro deste padrão, cabe uma análise, mesmo que simplificada, dos impactos ambientais
causados pela utilização da energia eólica. Este tipo de tecnologia para a geração de energia elé-
trica, como as demais com o mesmo propósito, apresenta algumas características ambiental-
mente desfavoráveis, como relacionado a seguir.
? Impacto visual,
? Ruído audível,
? Interferência eletromagnética,
? Ofuscamento
? Danos a fauna.
Esses efeitos podem ser minimizados ou mesmo eliminados através de planejamento e estu-
dos adequados, aliados aos avanços e inovações tecnológicos sempre em desenvolvimento.
Com relação às vantagens atribuídas à energia eólica conta-se o fato de que ela não utiliza a
água como elemento chave para a geração da energia elétrica, não apresenta resíduos radioati-
vos ou emissões gasosas nocivas. Além destes aspectos, é relevante salientar que cerca de 99%
da área utilizada para a implantação do parque eólico pode ser utilizada para outros fins como a
agricultura, pecuária, etc.
Tipo de Impacto: Emissão de gases
Não emite gases poluentes durante operação
Observação: Proporcionam redução de emissão de gases de efeito estufa e na redução da con-
centração de CO durante operação. Uma turbina de 600 kW, por exemplo, instalada em uma re-2
gião de bons ventos poderá evitar a emissão entre 20.000 e 36.000 toneladas de Co .2
Emissão de Ruídos
O ruído produzido pela turbina pode ser audível a 2100 m, na direção do ven-
to, e a 1400 m, na direção oposta. O valor do nível de ruído emitido por uma torre eólica a cerca
de 50 m de distância desta e a 1,5 m do solo é cerca de 55 dB(A). Para distâncias em relação ao ae-
Características:
Tipo de Impacto:
Características:
30 31
rogerador de aproximadamente 400 m, este valor reduz-se para cerca de 36 dB(A).
O ruído proveniente das turbinas eólicas tem duas origens: mecânica e aerodi-
nâmica. O ruído mecânico é proveniente, principalmente, da caixa de engrenagens e da hélice.
O ruído aerodinâmico é influenciado direta-mente pela velocidade do vento incidente sobre a
turbina eólica.
Impacto Visual
É altamente subjetiva.
Fase de construção
Associado ao movimento de terras, nomeadamente às obras de terraplena-
gem e às escavações necessárias à construção das plataformas de suporte dos aerogeradores e
da subestação e à abertura das valas para colocação dos cabos elétricos.
Os movimentos de terra são, também, susceptíveis de provocar uma alteração
da morfologia original do terreno. Os impactos resultantes podem persistir ou não, após a con-
clusão da obra. Durante a fase de construção, ocorre a remoção da cobertura vegetal, com even-
tual favorecimento do processo de erosão.
Hidrologia
A inadequada localização de um parque eólico pode provocar impactos no
nível da hidrologia, durante as fases de construção e exploração da obra, se as torres forem im-
plantadas sobre as cabeceiras de nascentes, afetando as linhas de drenagem natural e as condi-
ções de infiltração das águas pluviais.
Durante a fase de construção pode ocorrer degradação da qualidade das águas
superficiais. A movimentação de terras gera poeiras, durante o tempo seco, e turvação das
águas superficiais, durante as chuvas, o que provoca, em ambos os casos, um aumento da carga
de partículas sólidas transportadas para os cursos de água. Os derrames acidentais de óleos e
combustíveis resultantes da operação de veículos e de máquinas podem provocar aumentos
pontuais da poluição por hidrocarbonetos.
Fase de exploração
Depende da possibilidade da utilização ou não, para outras finalidades, da
área que fica disponível entre as turbinas.
Observação:
Tipo de Impacto:
Características:
Tipo de Impacto:
Características:
Observação:
Tipo de Impacto:
Características:
Observação:
Tipo de Impacto:
Características:
Observação:
Tipo de Impacto:
Características:
Observação:
Tipo de Impacto:
Características:
Observação:
Tipo de Impacto:
Características:
Tipo de Impacto:
Características:
2O espaço requerido por cada turbina é pouco significativo (cerca de 40 m por
turbina) correspondendo apenas ao necessário à instalação da base da torre e de um acesso a ela.
Paisagem
Do ponto de vista paisagístico, não se considera negativo a visualização do
parque, uma vez que este é um elemento de apreciação subjetiva.
Suas estruturas podem atingir 80 m de altura, com pás de até 60 m de diâmetro,
assim o caráter rural de uma área com potencial eólico pode ser significativamente alterado pe-
la presença de aerogeradores.
Fauna
Circulação de veículos e pessoas e o funcionamento dos aerogeradores, po-
rém, se o parque é controlado eletronicamente e tem pouco uso de mão de obra, não se encon-
tram impactos significativos sobre a fauna, resultantes da presença humana. O impacto de um
parque eólico sobre a fauna em geral resulta, essencialmente, das movimentações de terras e da
implantação de estruturas permanentes, com conseqüente perturbação localizada dos habitats.
As causas mais simples de mortalidade das aves em parques eólicos são as coli-
sões e especialmente as eletrocussões. Contudo, existe a perturbação causada por aves em mi-
gração. Quanto às aves sedentárias, observações diversas indicam que as mesmas se habituam à
presença das turbinas, evitando-as. As aves que vivem nas vizinhanças dos aerogeradores aca-
bam por habituar-se a estas máquinas e ao ruído que emitem; algumas chegam mesmo a adap-
tar o seu comportamento de forma a tirarem partido dos aerogeradores nas suas atividades de
captura das presas.
Características sociais
A produção de energia elétrica a partir de fontes de energia renovável, além
de permitir a redução de emissões de poluentes atmosféricos, dá lugar à economia de matérias-
primas finitas. Isso evita a exaustão dos recursos naturais não renováveis, bem como a saída de
divisas para o exterior, necessárias à compra, nos mercados internacionais, de combustíveis fós-
seis.
Flora
?Abertura de valas e de fundações;
32 33
?Instalação de estaleiros de obras;
?Construção e beneficiação dos acessos (principal e ramais entre aerogeradores e para as de-
mais frentes de obra);
?Construção de edifícios permanentes;
?Circulação de pessoas e máquinas;
A duração prevista das obras é de cerca de 6 a 9 meses, sendo o Inverno a época
atmosfericamente mais desfavorável à execução das mesmas. Durante a construção há natural-
mente trabalhos com maquinas, movimentação de terras e maior presença humana que podem
causar o pisoteamento da vegetação e, consequentemente, eliminação de alguns elementos da
flora local.
Atividades econômicas
Características: Sua implantação ocorre, frequentemente, em locais interessantes sob o pon-
to de vista de lazer e/ou com uma grande área sem muitos obstáculos. A utilização destes locais
pode ser voltada também para o ecoturismo. Neste contexto, a comunidade local pode se estru-
turar para que este fato possa se tornar um complemento importante de renda a ser explorado.
Iniciado o período de funcionamento, além do movimento gerado pelas equi-
pes de exploração e manutenção, tem-se verificado que os locais de implantação destes empre-
endimentos acabam por se tornar pontos de atração turística.
Qualidade do ar
Os impactos sobre a qualidade do ar são pouco significativos e de âmbito
muito localizado. Devem-se, essencialmente, ao tráfego de caminhões e às emissões de poeiras,
resultantes das escavações e movimentações de terras.
Emissões de partículas que, pela sua granulometria, se depositam normalmen-
te a curta distância do local onde são produzidas. O aumento temporário do tráfego de veículos
pesados na obra contribui para o aumento das emissões de poluentes para a atmosfera, com ên-
fase para os seguintes poluentes: NOx, CO e CO.2
Como exemplo de prováveis impactos ambientais, causados pela implantação de parques
eólicos, temos as imagens abaixo ilustrando o caso do parque eólico de Navarre – Espanha. As
figuras 6.1 a 6.4 a seguir mostram detalhes do local de instalação das turbinas eólicas.
Observação:
Tipo de Impacto:
Observação:
Tipo de Impacto:
Características:
Observação:
Figura 6.1 – Pássaros atingidos duranteseu vôo pelas pás das turbinas
Figura 6.2 – vista do topo do monte ondeestão instaladas as turbinas eólicas
Figura 6.3 – vista parcial da coluna de sustentação de turbina eólica (Base)
Figura 6.4 – Vista parcial do local de instalação das turbinas durante a fase de implantação
34 35
Capítulo 7Capítulo 7Tecnologias de Aproveitamento
7.1 Turbinas eólicas
Vários tipos de turbina já surgiram ao longo da escalada de desenvolvimento deste tipo de
tecnologia:
?Eixo horizontal,
?Eixo vertical,
?Com apenas uma pá,
?Com duas e três pás,
?Gerador de indução,
?Gerador síncrono
Hoje, a tecnologia dominante estabelece a utilização de turbinas eólicas com as seguintes ca-
racterísticas:
?Eixo de rotação horizontal,
?Três pás,
?Alinhamento ativo,
?Gerador de indução
?Estrutura não-flexível.
A figura 7.1 a seguir, ilustra em detalhes este tipo de turbina, que apesar de bastante utiliza-
da não tem aceitação plena. Muitos estudiosos contestam a estrutura deste modelo de turbina
eólica. Entre os pontos em desacordo está à utilização ou não do controle do ângulo de passo
(pitch) das pás para limitar a potência máxima gerada.
Hoje, o que acorre é a combinação destas duas técnicas de controle, ou seja, técnicas de con-
trole de potência (stall e pitch) em pás que podem variar o seu ângulo de passo para ajustar a po-
tência gerada, sem, contudo, utilizar esse mecanismo continuamente.
A capacidade de geração elétrica das primeiras turbinas eólicas comerciais ficava entre as
marcas de 10 kW a 50 kW. No início da década de 1990 chegaram ao limite de 100 kW a 300 kW.
Em 1995 passaram a ser comercializados modelos de 300 kW a 750 kW. Em 1997 entraram no
mercado as turbinas de 1MW e 1,5 MW. Em 1999 surgiram as primeiras turbinas de 2 MW. Hoje
as turbinas alcançam a casa de 3,6MW e 4,5MW.
Quanto ao porte, elas se classificam em:
?Pequenas, cuja potencia nominal é menor do que 500 kW;
?Médias, com potencial entre 500 kW e 1000kW (1MW);
?Grandes, que alcançam um potencial nominal maior que 1kW (1MW).Figura 7.1 – Turbina eólica
de grande porte
36 37
No atual estágio tecnológico em que se encontram as turbinas eólicas, o mercado oferece
uma variedade de modelos, ajustados para as mais diversas condições de instalação e necessi-
dades. Elas podem tanto ser conectadas à rede elétrica ou utilizadas em sistemas isolados (os
quais serão explicados mais adiante). Podem ser instaladas tanto em terra firme como em estru-
turas de construção civil ou ainda em alto mar, como mostram as figuras 7.2 e 7.3.
Um sistema eólico pode ser utiliza-
do em três aplicações distintas, quais
sejam sistemas isolados, sistemas hí-
bridos e sistemas interligados à rede.
Os sistemas obedecem a uma configu-
ração básica, que inclui uma unidade
de controle de potência e, em determi-
nados casos, conforme a aplicação, de
uma unidade de armazenamento.
a)Sistemas Isolados:
Os sistemas isolados de pequeno
porte, em geral, utilizam alguma for-
ma de armazenamento de energia.
Este armazenamento pode ser feito
através de baterias ou na forma de
energia gravitacional com a finalida-
de de armazenar a água bombeada em
reservatórios elevados para posterior
utilização. Alguns sistemas isolados
não necessitam de armazenamento, como no caso dos sistemas para irrigação onde toda a água
bombeada é diretamente consumida.
Os sistemas que armazenam energia em baterias necessitam de um dispositivo para contro-
lar a carga e descarga da bateria. O Controlador de carga tem como principal objetivo não deixar
que haja danos ao sistema de baterias devidos a sobrecargas ou descargas profundas.
Para alimentação de equipamentos que operam com corrente alternada (CA), é necessário a
utilização de um inversor. Este inversor pode ser de estado sólido (eletrônico) ou rotativo (me-
cânico).
b)Sistemas híbridos:
Os sistemas híbridos são aqueles que apresentam mais de uma fonte de geração de energia
como, por exemplo, turbinas eólicas, geradores diesel, módulos fotovoltáicos, entre outras. A
Figura 7.2 – Turbina eólicainstalada em terra firme
Figura 7.3 – Turbina eólicainstalada em alto mar
utilização de várias formas de geração de energia elétrica aumenta a complexidade do sistema
e exige a otimização do uso de cada uma das fontes. Nesses casos é necessário realizar um con-
trole de todas as fontes para que haja máxima eficiência e otimização dos fluxos energéticos, na
entrega da energia para o usuário.
Em geral, os sistemas híbridos são empregados em sistemas de médio porte destinados a
atender um número maior de usuários. Por trabalhar com cargas em corrente alternada, o siste-
ma híbrido também necessita de um inversor. Devido à grande complexidade de arranjos e mul-
tiplicidade de opções, a forma de otimização do sistema requer um estudo particular a cada ca-
so.
c)Sistemas interligados à rede:
Os sistemas interligados à rede não necessitam de sistemas de armazenamento de energia,
pois toda a geração é entregue diretamente à rede elétrica. Estes sistemas representam uma fon-
te complementar ao sistema elétrico de grande porte ao qual estão interligados. Os sistemas eóli-
cos interligados à rede apresentam as vantagens inerentes aos sistemas de geração distribuída
tais como a redução de perdas, o custo evitado de expansão de rede a geração na hora de ponta
quando o regime de ventos coincide com o pico da curva de carga.
Considerando o uso da energia eólica para geração de energia elétrica, a indagação que sur-
ge é a de como funciona este processo.
Primeiramente, deve-se ter:
?Um aerogerador de 3 pás, pelo fato de ter movimento rotatório mais rápido;
?Um gerador elétrico;
?Um transformador;
?Fios ou cabos condutores de corrente elétrica;
?Controlador de carga (para controlar a carga e descarga da bateria, garantindo sua vida
útil);
?Bateria ou banco de baterias para armazenar a energia gerada.
Em seguida, deve-se acoplar o gerador ao eixo do rotor e fazer a ligação correta dos fios ou ca-
bos, isto é, pólo positivo (+) com positivo e pólo negativo (-) com negativo na saída do gerador.
Feito isso, o aerogerador deve ser instalado no local onde a velocidade medida do vento for
maior usando uma haste de metal galvanizado (se for um sistema pequeno) ou em uma torre tre-
liçada (se o sistema for grande), ambos fixados no solo garantindo sua sustentação. Posterior-
mente usa-se um controlador de carga com três pares de terminais onde, no primeiro, serão co-
nectados os fios ou cabos que saem do gerador, no segundo a bateria e no terceiro os fios condu-
tores que serão ligados ao equipamento, permitindo, desta forma, seu funcionamento, confor-
me mostrado na figura 7.4.
38 39
Nesse processo tem-se a conversão da energia eólica em mecânica e, da energia mecânica em
energia elétrica.
De modo mais detalhado, os elementos aci-
ma podem ser descritos como um sistema eólico
aerogerador básico composto dos seguintes ele-
mentos:
Rotor:
O rotor é o componente do sistema eólico res-
ponsável por captar a energia cinética dos ventos e transformá-la em energia mecânica de rota-
ção. É o componente mais característico de um sistema eólico, e sua configuração influenciará di-
retamente no rendimento global do sistema.
Os rotores eólicos, ao extraírem a energia do vento, reduzem a sua velocidade; ou seja, a velo-
cidade do vento frontal ao rotor (velocidade não perturbada) é maior do que a velocidade do
vento atrás do rotor (na esteira do rotor).
Para um sistema eólico, existem ainda outras perdas, relacionadas com cada componente (ro-
tor, transmissão, caixa multiplicadora e gerador). Além disso, o fato do rotor eólico funcionar
em uma faixa limitada de velocidade de vento também irá contribuir para reduzir a energia por
ele captada. Qualquer sistema eólico somente começa a funcionar a partir de uma certa veloci-
dade, chamada de velocidade de entrada, que é necessária para vencer algumas perdas. Quan-
do o sistema atinge a chamada velocidade de corte um mecanismo de proteção é acionado com a
finalidade de não causar riscos ao rotor e à estrutura.
Transmissão e Caixa Multiplicadora:
Figura 7.4 – Demonstração do sistema eólicona geração de eletricidade
Legenda:1 – Rotor eólico2 – Transmissão / Multiplicação3 – Mecanismo de controle4 – Gerador5 – Elemento de sustentação6 – Controlador de cargas7 – Bateria8 – Cargas
A transmissão, que engloba a caixa multiplicadora, possui a finalidade de transmitir a ener-
gia mecânica entregue pelo eixo do rotor até o gerador. É composta por eixos, mancais, engrena-
gens de transmissão e acoplamentos. O projeto tradicional de uma turbina eólica consiste em co-
locar a caixa de transmissão mecânica entre o rotor e o gerador de forma a adaptar a baixa velo-
cidade do rotor à velocidade de rotação mais elevada dos geradores convencionais.
Mais recentemente, alguns fabricantes desenvolveram com sucesso aerogeradores sem a cai-
xa multiplicadora e abandonaram a forma tradicional de construir turbinas eólicas. Assim, ao in-
vés de utilizar a caixa de engrenagens com alta relação de transmissão, necessárias para alcan-
çar a elevada rotação dos geradores, utilizam-se geradores multipolos de baixa velocidade e
grandes dimensões.
Os dois tipos de projetos possuem vantagens e desvantagens e a decisão de utilizar o multi-
plicador ou fabricar um aerogerador sem caixa de transmissão é antes de tudo uma questão de fi-
losofia do fabricante.
Gerador Elétrico:
Responsável pela conversão da energia mecânica em energia elétrica. A transformação da
energia mecânica de rotação em energia elétrica através de equipamentos de conversão eletro-
mecânica é um problema tecnologicamente dominado, motivo pelo qual se encontram vários fa-
bricantes de geradores disponíveis no mercado. Entretanto, a integração de geradores a siste-
mas de conversão eólica constitui-se em um grande problema, que envolve principalmente:
?Variações na velocidade do vento (extensa faixa de rotações por minuto para a geração);
?Variações do torque de entrada (uma vez que variações na velocidade do vento induzem va-
riações de potência disponível no eixo);
?Exigência de freqüência e tensão constante na energia final produzida;
?Facilidade de instalação, operação e manutenção devido ao isolamento geográfico de tais
sistemas, sobretudo em caso de pequena escala de produção (isto é, necessitam ter alta confiabi-
lidade).
Atualmente, existem várias alternativas de conjuntos moto-geradores, entre eles:
?Geradores de corrente contínua,
?Geradores síncronos,
?Geradores assíncronos,
?Geradores de comutador de corrente alternada.
Cada uma delas apresenta vantagens e desvantagens que devem ser analisadas com cuida-
do na sua incorporação a sistemas de conversão de energia eólica.
40 41
Mecanismo de Controle:
Responsável pela orientação do rotor, controle de velocidade, controle da carga, etc. Os me-
canismos de controle destinam-se à orientação do rotor, ao controle de velocidade, ao controle
de carga, etc. Pela variedade de controles existe uma enorme variedade de mecanismos que po-
dem ser mecânicos (velocidade, passo, freio), aerodinâmicos (posicionamento do rotor) ou ele-
trônicos (controle da carga).
Os modernos aerogeradores utilizam dois diferentes princípios de controle aerodinâmico
para limitar a extração de potência à potência nominal do aerogerador. São chamados de con-
trole estol (stall) e controle de passo (pitch). No passado, a maioria dos aerogeradores usa-
va o controle estol simples. Atualmente, com o aumento do tamanho das máquinas, os fabri-
cantes estão optando pelo sistema de controle de passo que oferece maior flexibilidade na ope-
ração das turbinas eólicas.
Um exemplo de mecanismo de controle é a utilização de rotores com ângulo de passo variá-
vel. Com este controle, à medida que a velocidade do vento varia, as pás mudam de posição, va-
riando o rendimento do rotor. Com isto, pode-se aumentar o intervalo de funcionamento do sis-
tema eólico e ainda manter uma determinada velocidade de rotação, que corresponde à eficiên-
cia máxima do gerador.
Torre:
As torres são necessárias para sustentar e posicionar o rotor a uma altura conveniente para o
seu funcionamento. É um item estrutural de grande porte e de elevada contribuição no custo ini-
cial do sistema. Em geral as torres são fabricadas de metal (treliça ou tubular) ou de concreto, e
podem ser ou não sustentadas por cabos tensores.
Sistema de Armazenamento:
Responsável por armazenar a energia para produção de energia firme a partir de uma fonte
intermitente.
Como o comportamento do vento muda ao longo do tempo, pode ser necessária a utilização
de um sistema de armazenamento que garanta o fornecimento adequado à demanda.
Nos casos em que a energia eólica é utilizada para complementar a produção de energia con-
vencional, a energia gerada é injetada diretamente na rede elétrica, não sendo necessário o ar-
mazenamento de energia, bastando que o sistema elétrico convencional de base esteja dimen-
sionado para atender à demanda durante os períodos de calmaria.
Quando a energia eólica é utilizada como fonte primária de energia, se faz necessária uma
forma de armazenamento para adaptar o perfil aleatório de produção energética ao perfil de
consumo. Assim o excesso de energia durante os períodos de ventos de alta velocidade, será
guardado para ser utilizado quando o consumo não puder ser atendido devido à insuficiência
de vento. As formas mais conhecidas de armazenamento de energia eólica são através de bate-
rias e sob a forma de energia potencial gravitacional.
Transformador:
Responsável pelo acoplamento elétrico entre o aerogerador e a rede elétrica.
Acessórios:
Os acessórios englobam todos os itens de apoio necessários ao funcionamento do sistema eó-
lico. Incluem-se transmissões, freios, embreagens, eixos, acoplamentos e mancais que não apre-
sentam nenhum problema tecnológico no caso de sistemas eólicos.
São considerados ainda os condutores utilizados para levar a eletricidade gerada até as bate-
rias e desta para o local onde a eletricidade será utilizada. Deve ser realizada uma especificação
do condutor adequado para cada trecho do sistema, levando-se em consideração a potência elé-
trica que os condutores irão alimentar e o comprimento de cada circuito.
O controlador de carga é um componente eletrônico instalado para controlar o limite de con-
sumo de energia da bateria e o máximo de carga que a mesma pode suportar. Isto evita que a ba-
teria descarregue completamente.
O Inversor é um dispositivo eletrônico utilizado para a alimentação de cargas de corrente al-
ternada, a partir de sistemas de fornecimento de energia em corrente contínua.
Tanto o inversor quanto o controlador de carga devem ser corretamente dimensionados. A
potência do inversor deverá ser maior que a soma das potências de todos os aparelhos que irão
funcionar com corrente alternada. Já o controlador de carga e o banco de baterias devem ser di-
mensionados de acordo com a corrente que será conduzida do sistema eólico para as baterias.
7.2 Cataventos para bombeamento de água
Existe, ainda, outro modo de se utilizar da energia dos ventos para facilitar o cotidiano do ser
humano, que é o caso do uso dos cata-ventos multipás para bombeamento de água.
Para que haja bombeamento de água aproveitando a energia eólica, faz-se necessário adqui-
rir um aerogerador multipás (por ter movimento rotatório mais lento e, conseqüentemente, um
torque melhor), uma caixa de rolamentos, uma torre reforçada para fixação do aerogerador e
uma bomba hidráulica. Essa bomba deve ser instalada próxima ao fluxo de água e estar acopla-
da a uma haste metálica ligada diretamente ao eixo do rotor por meio de uma engrenagem. Des-
ta forma, o vento, ao passar pelo rotor, possibilitará que a haste suba e desça, bombeando água
para um reservatório,conforme mostra a figura 7.5.
Toda vez que o vento passa por um catavento, sofre uma pequena mudança em sua direção.
Assim, surge uma força que faz com que o catavento gire e, através de uma chapa circular de me-
42 43
Fig. 7.5 – Demonstração do sistema eólico no bombeamento
Legenda:
1 – Rotor eólico2 – Manivela3 – Mecanismo de controle
4 – Haste de acionamento da bomba5 – Bomba a pistão
6 – Poço
7 – Válvula de pé8 – Tubo de recalque9 – Caixa d`água
EXEMPLO:
Um determinado fazendeiro necessita abastecer, em sua proprieda-
de, um reservatório com 5.760 litros de água por dia, ou seja, 4 litros por
minuto e, esse reservatório está localizado a 20m de altura em relação ao
solo. Sabe-se que na propriedade há um morro próximo a um fluxo de
água e que a velocidade do vento encontrada é de 4m/s. Verificar se este
vento é suficiente para a instalação de um aerogerador para bombear
água (figura 7.6).
A solução para este problema é bas-
tante simples. Neste tipo de uso do aero-
gerador, faz-se necessária a aquisição de
sete componentes que são a bomba hi-
dráulica a pistão; dois eixos para transmi-
tir a potência eólica à bomba hidráulica;
um disco e uma alavanca articulada para
unir os dois eixos; dois tubos de aço para
a captação e elevação da água.
Para saber se o vento é suficiente para
atender a necessidade da propriedade,
ou seja, se existe potência eólica satisfató-
ria para fazer funcionar a bomba hidráu-
lica, considerando uma área de rotor 2igual a 1m , torna-se necessário proceder
da seguinte forma:
a) calcular a potência mecânica Pm, em Watts, para bombeamento
de água. A potência mecânica necessária da bomba hidráulica pode ser
obtida fazendo a multiplicação entre a vazão Q, a altura de bombea-
mento H e uma constante que é conhecida como K, como demonstrado
abaixo:
Pm = K x Q x H
O valor de K se relaciona com as condições mecânicas de instalação
do eixo, polias e correias, variando entre 6 e 10.
Usualmente o valor adotado é 7, levando em consideração a eficiên-
cia do equipamento mecânico, ou seja, a capacidade do eixo, polias e cor-
tal, dotada de um braço articulável também de
metal, acione uma bomba hidráulica que está
localizada na base de uma haste metálica.
A bomba hidráulica possui um pistão com
formato circular montado dentro de um cilin-
dro, que sobe favorecendo a abertura da vál-
vula 1, enquanto a válvula 2 permanece fecha-
da, permitindo assim o enchimento do cilindro
com água. Quando o cilindro desce, a válvula 1
se fecha e a válvula 2 se abre, permitindo que a
água escoe para os encanamentos até o reser-
vatório.
Este movimento é cíclico, figura 7.7, por isso o reservatório permanece sempre com água.
A seguir teremos como exemplo o caso do uso do cata-vento multipás para bombeamento
de água.
Figura 7.6 – Sistema eólicopara bombeamento de água
44
Fig. 7.7 – Funcionamento da bomba hidráulica a pistão utilizando energia eólica
EXER
CÍCI
OS
45
reias de transformar a energia de movimento do rotor da turbina eólica em energia de movi-
mento da bomba hidráulica. Assim, para cada 100W que a turbina eólica fornece, somente 70W
são aproveitados para o bombeamento.
Substituindo as letras pelos valores do problema obtêm-se a potência mecânica Pm, como de-
monstrado abaixo:
Pm = 7 x 4 x 20
Pm = 560 W
b) Determinar a potência eólica necessária ao aerogerador.
Para encontrar a potência eólica que será ne-
cessária para o funcionamento do aerogerador,
torna-se fundamental conhecer a velocidade
do vento no local. De acordo com os dados do
problema, tem-se 4m/s como velocidade do 2vento local e 1m de área do rotor. Consultan-
do a tabela 7.1 percebe-se que a potência eólica
disponível é de 28 kW.
A potência obtida para a turbina eólica é
igual a 28 kW e, pelos cálculos, a potência mecâ-
nica necessária para acionar a bomba hidráuli-
ca é igual a 560 W, portanto, há potência eólica
mais do que suficiente para atender as necessi-
dades da propriedade.
Seguem algumas noções simples sobre a instalação de um aerogerador.
7.3 – Guia para instalação de um aerogerador
Para instalar um aerogerador há necessidade de determinar o potencial eólico e verificar as
condições do terreno, que podem comprometer a direção e permanência do vento. O potencial
eólico é obtido a partir da caracterização do vento local quanto às suas características, que são:
?Direção;
?Velocidade;
?Periodicidade; e
?Potência disponível, em Watts ou kW.
Conhecendo o que se quer avaliar, torna-se necessário adquirir os seguintes materiais:
?Um anemômetro;
?Um cata-vento; e
?Uma haste metálica para a fixação do aerogerador, com comprimento correspondente a me-
lhor medida da velocidade do vento encontrada.
Em seguida, deve-se proceder da seguinte forma:
o1 ) Escolher, ao longo da propriedade, diferentes pontos para medir a velocidade e direção
do vento, dando preferência aos pontos localizados distantes de obstáculos que prejudiquem a
ação do vento como, por exemplo, morros, barrancos altos, árvores com grande altura, mata
muito fechada.
o2 ) Obter a velocidade do vento usando um anemômetro.
o3 ) Anotar os valores indicados pelo anemômetro e, também, a direção do vento (de acordo
com os pontos cardeais).
o4 ) Determinada a velocidade pode-se obter, aproximadamente, a potência que será forneci-
da, considerando a área do rotor do aerogerador. A tabela 7.1 apresentada anteriormente indica
as potências por área em relação à velocidade do vento num rotor, onde a velocidade na extre-
midade da hélice é 5 vezes maior que a do vento. Essa velocidade só tem valor para máquinas eó-
licas de eixo horizontal com 3 ou 4 pás.
2 Para instalar um aerogerador, com área de 1m e potência mínima de 4 kW, é necessário que
o valor da velocidade do vento seja igual ou superior a 2 metros por segundo, para início de seu
funcionamento.
Por causa da variação climática, a velocidade do vento no decorrer do ano não é sempre a
mesma. Portanto, recomenda-se coletar a maior quantidade de dados durante as diferentes esta-
ções do ano, para obter um resultado mais confiável. Desta forma, torna-se aconselhável fazer 4
medições diárias, isto é, uma no início da manhã, uma ao meio dia, outra no fim da tarde e a últi-
ma a noite, durante o período de um ano, para que se possa chegar a uma caracterização do ven-
to local.
Tendo dúvida em algum procedimento, recomenda-se contatar ou chamar pessoal técnico
especializado.
Velocidade dovento, em m/s
2
3
4
5
6
7
8
Potência por área do2rotor, em kW/m
4
12
28
55
96
152
227
2Tabela 7.1 – Potência gerada por m emrelação a velocidade do vento
1046 47
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