Energia Eólica - ppt

Engenharia de Produção Industrial

Energia

Máquinas Industriais

Alexandre Pereira Nº 20086381


Energia Eólica

A energia eólica é a energia dos ventos. É uma fonte de energia abundante e renovável. Possui um enorme potencial para produzir, sem emissões e com pouco impacto ambiental directo, quantidades substanciais de electricidade.

Tipo de conversão

energética Utilização final

Moinhos de vento Conversão de energia

cinética em energia mecânica

Uso de energia mecânica

para processo

Aerogeradores Conversão de energia

potencial em electricidade

Uso de electricidade para

fins diversos


Energia Eólica

O aproveitamento da energia do vento data de há

alguns milénios, situando-se nos séculos XVII ou XVIII

A.C..

O primeiro rotor de eixo horizontal, é atribuído aos

egípcios em meados do século III A.C.

Na Europa apareceram mais tarde. Durante alguns

séculos os dispositivos eólicos eram principalmente para

a moagem de cereais, extracção e elevação de água.

A grande "explosão" na utilização de rotores para a

captação e transformação da energia do vento deu-se

no século XIX, nos EUA. Destinados à bombagem de

água, os rotores multipás, tornaram-se rapidamente

muito populares, também na Europa, sendo conhecidos

como "moinho americano".


Primeiro Aerogerador

A primeira aplicação na produção de electricidade

data do início século XX, mais precisamente em 1927

e é devida ao engenheiro aeronáutico francês Jean

Darrieus, utilizando um rotor de eixo vertical ligados

a um gerador eléctrico em que este pode ser

colocado próximo ao chão.

Porém a crescente utilização dos motores de

combustão interna, o baixo preço dos combustíveis

utilizados na época, ditaram o abandono dos

geradores eólicos.


Energia Eólica em Portugal

O primeiro parque eólico de Portugal foi

construído em 1985 na ilha de Porto Santo, na

Madeira.

Segundo o Portal das Energias Renováveis, em

2005 Portugal dispunha nessa altura e 81

parques eólicos e 521 turbinas eólicas

distribuídos por todo o território nacional.

Em 26 de Novembro de 2008 entrou em

funcionamento o maior parque eólico de

Portugal, até à data, situado no distrito de

Viana do Castelo e dispondo de 240MW de

potência.

Espera-se num futuro próximo seja atingida

uma potência eólica instalada de 3750MW.


Vantagens e desvantagens

Mas claro também há desvantagens, o uso de aerogeradores acarreta alguns problemas: o Nas proximidades dos parques eólicos é detectada poluição

sonora. Há quem considere que afecta a paisagem. Estuda-se construção de parques eólicos no mar, situadas perto da costa, para não prejudicar excessivamente paisagem.

o Os lugares mais apropriados para a sua instalação coincidem com as rotas das aves migratórias.

o Os aerogeradores não podem ser instalados de forma rentável em qualquer área, já que requerem um tipo de vento constante mas não excessivamente forte.

A energia eólica, fonte de energia renovável, possui uma vantagem em relação às demais, pode ser utilizada para o fornecimento de energia para pequenas populações onde não há um acesso de energia directo e sem grandes investimentos. As pessoas podem montar um módulo de energia próprio ao redor das suas casas não precisarem de se filiar a empresas. Um aerogerador produz em menos de um ano de funcionamento mais energia do que a necessária à sua fabricação, e por cada kW de electricidade produzida por via eólica é menos cerca de um quilograma de CO2 que é emitido para a atmosfera.

TIPOS DE AEROGERADORES

Turbinas de Eixo Horizontal

São as mais comuns sendo aplicadas na maioria dos parques eólicos existentes;

Necessitam de um mecanismo que permita o posicionamento do eixo da turbina em relação à direcção do vento;

Tipos de turbinas de eixo horizontal:

Turbinas de rotor multipás – utilizadas sobretudo para bombagem de água. Apresentam um bom rendimento para velocidades baixas de vento limitação da potência máxima extraída por área de rotor;

Turbinas de rotor de 2 ou 3 pás – são as mais utilizadas na actualidade pois apresentam uma relação bastante boa entre a potência extraída e a área de varrimento do rotor.


TIPOS DE AEROGERADORES

Turbinas de Eixo Vertical

O vento actua perpendicularmente ao eixo de rotação da turbina

Principais tipos de turbinas de eixo vertical:

Turbinas do tipo Savonius

Apresentam curva de rendimento em relação à velocidade bastante próxima da curva de rendimento das turbinas multipás de eixo horizontal;

Turbinas do tipo Darrieus

Movidas por forças de sustentação e constituídas por lâminas curvas de perfil aerodinâmico, ligadas pelas extremidades ao eixo vertical.


RENDIMENTO DE UM

SISTEMA EÓLICO

O valor para o qual a conversão de energia eólica em energia mecânica é mais eficiente é cerca de 2/3 da velocidade inicial de uma turbina;

Este valor deriva da Lei de Betz que considera que apenas menos de cerca de 59% da energia cinética do vento pode ser convertida em energia mecânica por uma turbina eólica;

Na prática este valor é ainda mais reduzido devido às várias perdas associadas a cada componente da turbina.

A quantidade de energia transferida

pelo vento ao rotor depende:

Densidade do ar;

Área de varrimento do rotor;

Velocidade do vento;


𝑷 =𝟏

𝟐. 𝝆. 𝒗𝟑. 𝝅. 𝒓𝟐. 𝑪𝑷

𝑷 = potência média do vento em Watts 𝝆 = densidade do ar seco = 1,225 kg/m3 𝒗 = velocidade média do vento [m/s] 𝝅 = 3.1415926535... 𝒓 = raio do rotor em metros CP=coeficiente de potência


Os Ventos

O vento consiste no deslocamento de massas de ar resultante de diferenças de pressão existentes na atmosfera,


Projecto experimental

A ideia principal é alimentar uma divisão em casa que serve de escritório. O aerogerador escolhido foi de eixo vertical do tipo Savonius, menos eficiente, mas menor velocidade de arranque. Para construi-lo elegi um bidão de 200 litros, duas rodas de bicicleta de 26”, um rolete de Ø60, um alternador de automóvel, um inversor, uma bateria de 70Ah, duas chumaceiras e parte estrutural.

Somei a potência de consumo dos aparelhos que pretendo alimentar tendo em conta uso diário de cada um.

Notebook --------> 90w x 6h = 540 w/dia; TV 14"------------> 50w x 5h = 250 w/dia; Iluminação ------> 25w x 4h = 100 w/dia; Diversos ---------> 15w x 4h = 60 w/dia; Total --------------> 950w/dia ----> + 50% = 1425w 1425W/12V=118.75A

Uma bateria com capacidade de 40 Amperes chega se o aerogerador funcionar 3H diárias.

Admitindo que a velocidade do vento é de 3m/s e o coeficiente de potência de 0,2. Dá 0,6m/s.

v = 𝜔 . r 𝜔 = v / r → 0.6 / 0.33 = 1.8rad/s rpm= (30. 𝜔) / 𝜋 → (30 x 1.8) / 𝜋 = 17.3rpm

𝑟𝑝𝑚 =660𝑥660

60𝑥68.5𝑥17.3 = 1833



Após os cálculos, conseguimos obter aproximadamente cerca de 60A, acima de duas horas temos energia suficiente para carregar a bateria.



Para alimentar o escritório, desligo o disjuntor relativo ao escritório no quadro eléctrico da casa e ligar uma extensão do inversor a uma tomada do mesmo com o propósito de injectar a corrente no circuito concluindo o objectivo inicial. Tendo em conta que o preço do kW roda os 17 cêntimos, traduz uma poupança mensal de cerca de 5euros. Isto tendo em conta da potencial real necessária ser os 950w diários. Como os materiais aplicados são reciclados, o investimento paga-se a curto prazo. A energia eólica constitui uma forma de produção de energia eléctrica que se encontra em forte ascensão mundial devido à necessidade de aumentar a produção de energia eléctrica a partir de fontes alternativas (cumprimento do Protocolo de Quioto) e em detrimento aumento do preço dos combustíveis fosseis e a escassez destes recursos.

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