Escola de Engenharia Eletro-Mecnica da Bahia

PROJETO DE GERAO DE ENERGIA ELICA

Itabuna, 22 de maro de 2012.

PROJETO DE GERAO DE ENERGIA ELICA

Projeto de concluso do curso de Tcnico em Eletrotcnica da turma 2011.1

Alunos:Alan Frederico Alan Scher Santos Brito Dimas Lisboa dos Santos Deroaldo Andrade Renato Silva Justino Filho

Itabuna, 22 de maro de 2012.

Agradecimentos:

A Deus, que se mostrou criador, que foi criativo. Seu flego de vida em mim me foi sustento e me deu coragem para questionar realidades e propor sempre um novo mundo de possibilidades. minha famlia, por sua capacidade de acreditar e investir em mim. Me, seu cuidado e dedicao foi que deu, em alguns momentos, a esperana para seguir. Pai, sua presena significou segurana e certeza de que no estou sozinho nessa caminhada.

SUMRIO

1. INTRODUO 2. JUSTIFICATIVA 3. OBJETIVOS 3.1 OBJETIVOS GERAIS 3.2 OBJETIVOS ESPECFICOS 4. METODOLOGIA 5. DESENVOLVIMENTO DO TEMA 5.1 ORIGENS DO VENTO 5.2 APLICAES DA ENERGIA ELICA 5.3 COMPONENTES DE UM SISTEMA ELICO

5 6 7 7 7 8 9 9 11 12

5.4 COMO FUNCIONA O SISTEMA ELICO _________________________________ 14 5.5 APLICAES DO SISTEMA ELICO ____________________________________ 14 5.6 CAPACIDADE DE GERAO DE ENERGIA ELICA NO BRASIL E NO MUNDO _ 16 5.7 VANTAGENS E DESVANTAGENS ______________________________________ 20 5.7.1 VANTAGENS ______________________________________________________ 20 5.7.2 DESVANTAGENS20

6. PBLICO ALVO _____________________________________________________ 21 7. CONCLUSO 22

8. BIBLIOGRAFIA _______________________________________________________23___ 9. ANEXOS______________________________________________________ 24

1.INTRODUO

O mundo vive um momento de conscincia em torno da importncia da adoo de fontes de energias renovveis. Uma das grandes preocupaes hoje a questo relativa energia, visto que a imensa maioria da energia utilizada no planeta de origem no renovvel, seja de fonte mineral, atmica, trmica ou das guas. A energia pode ser utilizada de forma mais civilizada e menos onerosa, por meios de fontes renovveis como a energia elica, solar, das mars, geotrmica e de outras mais. A energia elica pode ser considerada uma das mais promissoras fontes naturais de energia, principalmente porque renovvel, ou seja, no se esgota, limpa, amplamente distribuda globalmente e, se utilizada para substituir fontes de combustveis fsseis, auxilia na reduo do efeito estufa. Denomina-se energia elica a energia cintica contida nas massas de ar em movimento (vento). Seu aproveitamento ocorre por meio da converso da energia cintica de translao em energia cintica de rotao, com o emprego de turbinas elicas, tambm denominadas aero geradores, para a gerao de eletricidade, ou cataventos (e moinhos), para trabalhos mecnicos como bombeamento dgua. Assim como a energia hidrulica, a energia elica utilizada h milhares de anos com as mesmas finalidades, a saber: bombeamento de gua, moagem de gros e outras aplicaes que envolvem energia mecnica. Para a gerao de eletricidade, as primeiras tentativas surgiram no final do sculo XIX, mas somente um sculo depois, com a crise internacional do petrleo (dcada de 1970), que houve interesse e investimentos suficientes para viabilizar o desenvolvimento e aplicao de equipamentos em escala comercial.

2.JUSTIFICATIVAO mundo vem passando por um momento difcil onde cada dia que se passa, temos a certeza que os recursos naturais esto se esgotando e o desenvolvimento de novas tecnologias de gerao de energia precisa ser o foco de novos estudos para se obter novas fontes de recursos. Este trabalho tem por objetivo apresentar uma abordagem geral sobre energia elica e suas caractersticas, assim como apresentar as vantagens e desvantagens deste sistema, os ventos so uma fonte inesgotvel de energia da a importncia que vem sendo dada a este recurso na gerao de energia eltrica e mecnica como vamos abordar nos tpicos listados.

3.OBJETIVOS

3.1 Objetivo Geral: Implantar um sistema de energia elica ecologicamente correta para reduo dos impactos ambientais e como conseqncia a preservao do planeta.

3.2 Objetivos Especficos: Avaliar os custos operacionais da energia gerada mediante aos investimentos. Observar a quantidade e competitividade da energia gerada pronta para o consumo e a quantidade de energia liquida. Examinar a disponibilidade de energia em relao ao comportamento do vento.

4. METODOLOGIA

1 etapa: Pesquisa didtica e representaes atravs de grficos.

2 etapa: Projeto prtico mostrando a transformao de energia cintica (fora do vento) em energia eltrica.

5. DESENVOLVIMENTO DO TEMA5.1Origem do Vento

O vento o ar em movimento devido ao aquecimento desigual da superfcie da terra pelo sol. A terra e sua faixa de ar, a atmosfera, recebem mais calor solar prximo ao Equador do que nas regies polares. Mesmo assim, as regies equatoriais no ficam mais quentes a cada ano, nem as polares ficam mais frias. o movimento do ar ao redor da terra que ameniza a temperatura extrema e produz ventos na superfcie to teis para a gerao de energia. Como todos os gases, o ar se expande ou aumenta de volume quando aquecido, e contrai e diminui de volume quando resfriado. Na atmosfera o ar quente mais leve e menos denso do que o ar frio e se eleva a altas altitudes quando fortemente aquecido pelo sol. O ar aquecido prximo ao Equador fluir para cima, e ento, na direo dos plos onde o ar prximo a superfcie mais frio. As regies terrestres prximas aos plos agora tm mais ar, pressionando-as, e o ar da superfcie mais fria tende a desligar dessas reas e movimentarem-se na direo do Equador.

A fora motora primria da brisa do mar a diferena de temperatura entre a terra e o mar. Quando essa diferena grande e diurna, podem ser esperadas brisas marinhas relativamente fortes durante as horas da tarde e no comeo da noite. As brisas marinhas mais intensas so encontradas naquelas regies subtropicais, ao longo da costa dos continentes onde haja um oceano frio. precisamente nessas regies que o vento predominante geralmente fraco e a brisa marinha local na verdade quase a nica fonte de energia elica por grande parte do ano.

A topografia, ou caractersticas fsicas do solo, influencia fortemente as caractersticas do vento. As montanhas impedem a passagem uniforme dos ventos, o ar canalizado ao redor ou atravs das aberturas freqentemente aumenta os ventos fortes locais, ideais para geradores de energia elica .A quantidade de energia disponvel no vento varia de acordo com as estaes e as horas do dia. A topografia e a rugosidade do solo tambm tm grande influncia na distribuio de freqncia de ocorrncia de velocidade do vento em um local. Alm disso, a quantidade de energia elica extravel numa regio depende das caractersticas de desempenho, altura de operao e espaamento horizontal dos sistemas de converso de energia elica instalados.

5.2 APLICAES DA ENERGIA ELICA.

Navegao.

Barcos a vela

No mar o vento j era empregado para mover barcos vela de pano em 3.500 a.C.

Moinhos de vento

Em terra os primeiros moinhos de vento talvez tenham aparecidos na Prsia por volta de 700 D.C. Nos moinhos de vento a energia elica era transformada em energia mecnica e conseqentemente utilizada na moagem de gros (fabricao de farinhas), na irrigao de terras ridas e ainda na drenagem de canais, sobretudo nos Pases Baixos:

Gerao de Energia Eltrica.

Aero geradores Na atualidade utiliza-se a energia elica para mover aero geradores (grandes turbinas), colocadas em lugares de muito vento. Essas turbinas tm a forma de um cata-vento ou um moinho. Esse movimento, atravs de um gerador, produz energia eltrica. 5.3 COMPONENTES DE UM SISTEMA ELICO Um sistema elico constitudo por vrios componentes que devem trabalhar em harmonia de forma a propiciar um maior rendimento final. Para efeito de estudo global da converso elica devem ser considerados os seguintes componentes: Vento: o principal elemento, ele determina a disponibilidade energtica do local destinado instalao do sistema elico. Rotor: o componente do sistema elico responsvel por captar a energia cintica dos ventos e transform-la em energia mecnica de rotao. o componente mais caracterstico de um sistema elico. Por este motivo, a configurao do rotor influenciar diretamente no rendimento global do sistema.

Transmisso e Caixa Multiplicadora: A transmisso, que engloba a caixa multiplicadora, possui a finalidade de transmitir a energia mecnica entregue pelo eixo do rotor at o gerador. Gerador Eltrico: Responsvel pela transformao da energia mecnica de rotao em energia eltrica atravs de equipamentos de converso eletromecnica. Mecanismo de Controle: Destinam-se orientao do rotor, ao controle de velocidade, ao controle de carga, etc. Pela variedade de controles, existe uma enorme variedade de mecanismos que podem ser mecnicos,(velocidade, passo, freio), aerodinmicos,(posicionamento do rotor) ou, eletrnicos (controle da carga). Torre: As torres so necessrias para sustentar e posicionar o rotor a, uma altura, conveniente para o seu funcionamento. um item estrutural de grande porte e de elevada contribuio no custo inicial do sistema. Em geral, as torres so fabricadas de metal (trelia ou tubular) ou de concreto e podem ser ou no sustentadas por cabos tensores. Sistema de Armazenamento: Tambm chamado de banco de baterias, pode ser necessria a utilizao desse sistema devido mudana de comportamento do vento ao longo do tempo, ele garante o fornecimento de energia adequado demanda. Transformador: Responsvel pelo acoplamento eltrico entre o aero gerador e a rede eltrica. Acessrios: englobam todos os itens de apoio necessrios ao funcionamento do sistema elico. Incluem-se transmisses, freios, embreagens, eixos, acoplamentos e mancais que no apresentam nenhum problema tecnolgico aos sistemas elicos.

Esquema tpico de um aerogerador

O rendimento global do sistema elico relaciona a potncia disponvel do vento com a potncia final que entregue pelo sistema. Os rotores elicos ao extrarem a energia do vento reduzem a sua velocidade; ou seja, a velocidade do vento frontal ao rotor maior do que a velocidade do vento atrs do rotor. Uma reduo muito grande da velocidade do vento faz com que o ar circule em volta do rotor, ao invs de passar atravs dele. 5.4 COMO FUNCIONA O SISTEMA ELICO Um aerogerador consiste num gerador eltrico movido por uma hlice, que por sua vez movida pela fora do vento. A hlice pode ser vista como um motor a vento, cujo nico combustvel o vento. A quantidade de eletricidade que pode ser gerada pelo vento depende, a grosso modo, de quatro fatores: da quantidade de vento que passa pela hlice, do dimetro da hlice, a dimenso do gerador e o rendimento de todo o sistema. As turbinas so, em princpio, instrumentos razoavelmente simples. O gerador ligado atravs de um conjunto acionador a um rotor constitudo de um cubo e duas ou trs ps. O vento aciona o rotor que faz girar o gerador e converte esta energia mecnica captada pelas ps em energia eltrica. A quantidade de energia disponvel no vento varia de acordo com as estaes e as horas do dia. A topografia e a rugosidade do solo tambm tm grande influncia na distribuio de freqncia de ocorrncia de velocidade do vento em um local. Alm disso, a quantidade de energia elica extravel numa regio depende das caractersticas de desempenho, altura de operao e espaamento horizontal dos sistemas de converso de energia elica instalados, que ser melhor abordado no decorrer deste trabalho. Os aero geradores precisam agrupar-se em parques elicos (concentraes de aerogeradores), necessrios para que a produo de energia se torne rentvel, mas podem ser usados isoladamente, para alimentar localidades remotas e distantes da rede de transmisso. possvel ainda a utilizao de aerogeradores de baixa tenso, quando se trate de requisitos limitados de energia eltrica. 5.5 APLICAES DO SISTEMA ELICO Um sistema elico pode ser utilizado em trs aplicaes distintas: sistemas isolados, sistemas hbridos e sistemas interligados rede. Os sistemas obedecem a uma configurao bsica, necessitam de uma unidade de controle de potncia e, em determinados casos, conforme a aplicao, de uma unidade de armazenamento. Sistemas Isolados Os sistemas isolados de pequeno porte, em geral, utilizam alguma forma de armazenamento de energia. Este armazenamento pode ser feito atravs de baterias ou na forma de energia potencial gravitacional com a finalidade de armazenar a gua bombeada em reservatrios elevados para posterior utilizao. Alguns sistemas isolados no necessitam de armazenamento, como no caso dos sistemas para irrigao onde toda a gua bombeada diretamente consumida. Os sistemas que armazenam energia em baterias necessitam de um dispositivo para controlar a carga e a descarga da bateria. O controlador de carga tem como principal objetivo no deixar que haja danos ao sistema de bateria por sobrecargas ou descargas profundas. Para alimentao de equipamentos que operam com corrente alternada (CA) necessrio a utilizao de um inversor. Este inversor pode ser de estado slido (eletrnico) ou rotativo (mecnico).

Sistemas Hbridos Os sistemas hbridos so aqueles que apresentam mais de uma fonte de energia como, por exemplo, turbinas elicas, geradores Diesel, mdulos fotovoltaicos, entre outras. A utilizao de vrias formas de gerao de energia eltrica aumenta a complexidade do sistema e exige a otimizao do uso de cada uma das fontes. Nesses casos, necessrio realizar um controle de todas as fontes para que haja mxima eficincia e otimizao dos fluxos energticos na entrega da energia para o usurio. Em geral, os sistemas hbridos so empregados em sistemas de mdio porte destinados a atender um nmero maior de usurios. Por trabalhar com cargas em corrente alternada, o sistema hbrido tambm necessita de um inversor. Devido grande complexidade de arranjos e multiplicidade de opes, a forma de otimizao do sistema torna-se um estudo particular a cada caso. Sistemas Interligados Rede Os sistemas interligados rede no necessitam de sistemas de armazenamento de energia, pois, toda a gerao entregue diretamente rede eltrica. Estes sistemas representam uma fonte complementar ao sistema eltrico de grande porte ao qual esto interligados. Os sistemas elicos interligados rede apresentam as vantagens inerentes aos sistemas de gerao distribuda tais como: a reduo de perdas, o custo evitado de expanso de rede e a gerao na hora de ponta quando o regime dos ventos coincide com o pico da curva de carga. Reduo da emisso de CO2 Segundo estudos baseados no relatrio Revoluo Energtica, revelam que energia dos ventos pode produzir at 30% da demanda mundial. A energia elica pode produzir 12% da demanda energtica mundial e evitar a emisso de 10 bilhes de toneladas de CO2 em 12 anos, de acordo com o relatrio Panorama de Energia Elica Global 2008 (Global Wind Energy Outlook 2008),elaborado em parceria pelo Conselho Global de Energia Elica (GWEC, na sigla em ingls) e Greenpeace. O estudo traa cenrios para o potencial de energia elica at 2050 e explica como a energia pode suprir at 30% da eletricidade mundial at l, evitando a emisso de 1,5 bilho de toneladas de CO2 por ano. Temos apenas alguns anos para conseguir reduzir as emisses globais de CO2 e a energia elica tem um papel chave neste processo. Nenhuma outra tecnologia chega perto desse objetivo, considerando a capacidade de gerao, as baixas emisses e a rapidez de implantao. Investimento mundial em Energia Elica Expanso mundial de energia elica continua apesar de reflexos da crise econmica. China e Estados Unidos lideram crescimento, com taxa de 31% registrada no mundo em 2009. O potencial de pases como o Brasil para a gerao de energia por meio de fazendas elicas gigantesco e o custo (financeiro e ambiental) bem menor do que o de fontes sujas como a nuclear. O Conselho Global de Energia Elica (Global Wind Energy Council) divulgou os nmeros do avano de projetos de energia elica no mundo em 2009. A capacidade instalada cresceu 31% em 2009, passando de 120,8GW para 157,9 GW (ou 157.900 MW). Esses nmeros tm superado as projees mais otimistas do Greenpeace e surpreendido inclusive at mesmo a indstria elica.

O crescimento representa cerca de trs usinas de Itaipu e aconteceu em grande parte na China, que acrescentou 13 GW e dobrou sua capacidade instalada pelo terceiro ano seguido. Os Estados Unidos vieram com a segunda maior contribuio, de 9,9 GW, e seguem como o pas com maior capacidade de energia elica no mundo, com 35 GW. A Europa instalou 10,5 GW no ano passado, liderados por Espanha (2,5 GW) e Alemanha (1,9 GW). A continuidade do rpido crescimento da energia elica, apesar da crise financeira e da recesso econmica uma prova da capacidade de atratividade desta tecnologia limpa, confivel e rpida de instalar. A energia elica se tornou a fonte que mais cresce em cada vez mais pases do mundo. O mercado global de turbinas elicas movimentou cerca de US$ 63 bilhes em 2009, empregando cerca de meio milho de pessoas ao redor do mundo, de acordo com a GWEC. Os 157,9 GW de capacidade instalada economizam cerca de 204 milhes de toneladas de carbono equivalente por ano. Estes nmeros no deixam dvidas de que a energia elica a escolha certa tanto para a economia, quanto para o clima. O Brasil, que havia fechado 2008 com 400 MW instalados, agora contam com 660 MW de capacidade instalada. A concluso das usinas contratadas pelo Proinfa (Programa Nacional de Incentivo s Fontes Alternativas) e o impulso dado pelo primeiro leilo de energia elica, realizado em dezembro de 2009, devem elevar este nmero a 3 mil MW em 2012.

5.6 CAPACIDADE DE GERAO DE ENERGIA ELICA NO BRASIL E NO MUNDO.

Em 2009 a capacidade mundial de gerao de energia eltrica atravs da energia elica foi de aproximadamente 158 GW, o suficiente para abastecer as necessidades bsicas de dois pases como o Brasil (o Brasil gastou em mdia 70 GW em janeiro de 2010). Para se ter uma idia da magnitude da expanso desse tipo de energia no mundo, em 2008 a capacidade mundial foi de cerca de 120 GW e, em 2007, 59 GW. A capacidade de gerao de energia elica no Brasil foi de 606 megawatts (MW) em 2009, onde houve um aumento de 77,7% em relao ao ano anterior. A capacidade instalada em 2008 era de 341 MW. O Brasil responde por cerca da metade da capacidade instalada na Amrica Latina, mas representa apenas 0,38% do total mundial. Os EUA lideram o ranking dos pases que mais produzem energia atravs de fonte elica. A total instalada nesse pas ultrapassa os 35 GW. Atrs deles vem a Alemanha, com cerca de 30 GW instaladas, e a China, com 25 GW. Em alguns pases, a energia eltrica gerada a partir do vento representa significativa parcela da demanda. Na Dinamarca esta representa 23% da produo, 6% na Alemanha e cerca de 8% em Portugal e na Espanha (dados de setembro de 2007). Globalmente, a energia elica no ultrapassa o 1% do total gerado por todas as fontes.

5.7 VANTAGENS E DESVANTAGENS

5.7.1 VANTAGENS DA ENERGIA ELICA

Fonte inesgotvel: Abundante fonte de energia, renovvel, limpa e disponvel em todos os lugares; Meio ambiente: Ecologicamente correto, pois no influi no efeito estufa; Alto potencial: Grande potencial para gerao de energia eltrica; Compatibilidade: Pode coexistir tranquilamente com a produo agrcola e a pecuria; Prazo de instalao: Tempo de instalao relativamente rpido em torno de 18 a 24 meses para comear a produo.

5.7.2 DESVANTAGENS DA ENERGIA ELICA Sistema secundrio: A energia elica no pode ser utilizada como um sistema principal de gerao de energia eltrica devido variao da distribuio dos ventos; Os impactos sonoros: So devido ao rudo dos rotores e variam de acordo com as especificaes dos equipamentos, as turbinas de mltiplas ps so menos eficientes e mais barulhentas que os aero geradores de hlices de alta velocidade. A fim de evitar transtornos populao vizinha, o nvel de rudo das turbinas deve atender s normas e padres estabelecidos pela legislao vigente; Interferncias eletromagnticas: Podem causar perturbaes nos sistemas de comunicao e transmisso de dados (rdio, televiso etc.). Essas interferncias variam muito, segundo o local de instalao da usina e suas especificaes tcnicas, particularmente o material utilizado na fabricao das ps; Interferncia na rota de migrao de pssaros: A interferncia nas rotas de aves deve ser devidamente considerada nos estudos e relatrios de impactos ambientais (EIA/RIMA).

6. PBLICO ALVO

Toda a populao mundial, Implantando um sistema de energia elica ecologicamente correta para reduo dos impactos ambientais e evitando a emisso de CO2 de fontes geradoras altamente poluentes, como conseqncia a preservao do planeta.

7. CONCLUSO

A implantao do uso de energia elica depende unicamente da conscientizao do ser humano e principalmente das entidades responsveis, que podem viabilizar e fazer com que o projeto de um mundo mais limpo seja possvel de ser alcanado. J comeamos a notar que o aproveitamento elico tem sido desenvolvido de maneira efetiva para o aumento de gerao de energia eltrica nos pases desenvolvidos atrados pela sustentabilidade de uma fonte renovvel e inesgotvel, associados a uma poltica de desenvolvimento limpo para este setor, sendo assim, comprometendo-se com a diminuio do lanamento de gases poluentes na atmosfera como determina o tratado de Kyoto. Nos pases desenvolvidos o volume de energia a ser produzido viabiliza os investimentos o que acarreta na viabilidade dos equipamentos. Pois o rendimento, a manuteno e o efeito sonoro de uma turbina so dependentes do avano tecnolgico de outros setores da indstria. Como no caso da fabricao de materiais mais leves, baratos e resistentes e na produo de mquinas com maiores taxas de rendimento e aproveitamento de energia. O aproveitamento da energia elica ser de extrema importncia em um futuro prximo, pois hoje a demanda maior de energia recai sobre as fontes convencionais no renovveis, como se sabe uma indstria necessita de uma demanda muito maior de energia que uma populao, entretanto espera-se que com o avano da tecnologia as fontes de energia alternativas sejam suficientes para todas as demandas de energia do planeta.

8. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

Dutra, R.M., 2001. Viabilidade Tcnico-Econmica da Energia Elica face ao Novo Marco Regulatrio do Setor Eltrico Brasileiro. Dissertao de M.Sc., Programa de Planejamento Energtico, COPPE/UFRJ , Rio de Janeiro, Brazil, 300 pp. SANDIA, 2006, Vertical Axis Wind Turbine: The History of the DOE Program. Disponvel na INTERNET via http://www.sandia.gov/Renewable_Energy/wind_energy/topical.htm. Arquivo consultado em abril, 2010. TAYLOR, C.W., 2008. Rotor hub for a 1.5 2.0 megawatt wind turbine. Arquivo disponvel na internet via http://www.cwtaylor.co.uk/news/body.htm. Arquivo consultado em abril, 2010. Wind Power Monthly, 2006. Wind Statistic. Arquivo disponvel na internet via http://www.windpower.com/statistics.html. Arquivo consultado em abril, 2010. CARVALHO, P. 2003. Gerao Elica. ISBN 85-7485-039-X. Imprensa Universitria, Fortaleza, CE. CEPEL, 2001. Atlas do Potencial Elico Brasileiro. Ed. CEPEL, Rio de Janeiro, RJ. CHESF-BRASCEP, 1987. Fontes Energticas Brasileiras, Inventrio/Tecnologia. Energia Elica. V.1 De cata-ventos a aerogeradores: o uso do vento, Rio de Janeiro.

9. ANEXOS ANEXO 1 Experincia do gerador elico de energia Foi feita uma experincia comprovando a gerao de energia eltrica atravs do vento. Montamos uma maquete representando um condomnio, tendo suas instalaes eltricas alimentadas por um sistema de energia elica.

Materiais usados Isopor Leds Dnamo gerador de corrente contnua Ferro de solda e Estanho Basto de cola quente e refil Tinta guache e Pincel Secador de cabelo

Descrio de desenvolvimento Com o isopor foi montado toda a estrutura da maquete, casas, ruas e prdios:

Os Leds foram utilizados para representar a parte de iluminao da maquete.

Dnamo foi montado em uma estrutura para gerar a corrente eltrica que ir acender os Leds.

Ferro de solda e estnio para soldar os equipamentos.

Pistola de cola quente e refis utilizados para colar os acessrios da maquete.

Tinta guache e Pincis utilizados para a pintura.

Secador utilizado para gerao do vento necessrio ao funcionamento da hlice e poder assim gerar no dnamo a corrente eltrica.

Concluso da experincia

O resultado obtido comprova que possvel obter energia eltrica atravs dos ventos.