Escola de Educação Básica Felisberto de Carvalho

PROJETO PARA GERAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA:

APLICAÇÃO EM PEQUENAS PROPRIEDADES RURAIS

Nomes : Jéssica Vacarin

Mariele Coppini

Palmitos - SC

2012

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO....................................................................................................................04

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA......................................................................................06

2.1 Funcionamento Básico de um Sistema Eólico................................................................06

2.1.1 Gasto Energético.......................................................................................................10

2.1.2 Componentes da Estrutura Eólica.............................................................................10

3 ORÇAMENTO DOS MATERIAIS UTILIZADOS NO PROJETO..............................11

3.1 Preço Médio De Venda e Custo Beneficio......................................................................12

4 VANTAGENS E DESVANTAGENS DO SISTEMA EÓLICO .....................................13

5 PROJETO PRÁTICO ........................................................................................................13

BIBLIOGRAFIA ....................................................................................................................15

1. INTRODUÇÃO

Uma das grandes preocupações que envolvem a sociedade em geral é a questão

referente à energia, ela é uma fonte esgotável se não bem planejada e bem direcionada. Além

de causar sérios danos ambientais em suas estruturas, construções e explorações, como as

hidroelétricas que necessitam de estruturas sólidas e de vasta degradação ambiental para sua

estrutura e construção.

A energia eólica seria um bom exemplo de energia renovável e que necessita de mais

estudos e atenção, pois, indicando resultados significativos de crescimento tanto em países

desenvolvidos como em países emergentes. Situação onde pode ser explorada por pessoas que

queiram montar um módulo de energia próprio ao redor de suas casas e não precisar mais se

filiar às empresas.

Como sendo uma boa possibilidade de recurso há desvantagens que devem ser levadas

em conta, como o barulho, quando mal cuidado, monitorado e lubrificado, área ocupada que

deve ser específica (sem muitas elevações e habitações por perto). Principalmente hoje, esta

tecnologia ainda não está totalmente desenvolvida e o seu custo ainda é mais elevado,

considerado a comunidade da atual energia convencional, de modo que é muito difícil uma

população ter o seu próprio fornecimento de energia elétrica gerada por meios eólicos,

entretanto esses fatores podem ser superados com o desenvolvimento desta tecnologia.

Os tipos de energias que dispomos atualmente em nosso planeta se limitam em duas

divisões, é a energia de fonte não-renovável onde se pode dizer que são aquelas que se

encontram na natureza em quantidades limitadas e se extinguem com a sua utilização como,

por exemplo, os combustíveis fósseis (carvão, petróleo bruto e gás natural) e o urânio, que é a

matéria-prima necessária para obter a energia resultante do processo de fusão nuclear. E a

energia renovável onde não é possível estabelecer um fim temporal para a sua utilização

como, por exemplo, o calor e os raios emitidos pelo sol e o vento podendo ser extraído em

cada momento.

Para justificar o desenvolvimento de energias do tipo “renováveis” podemos analisar,

primeiramente, a atual dependência que temos de recursos energéticos não-renováveis, que

pela estimativa se pode prever a futura escassez que haverá dos mesmos. Outro fator

importante é a busca permanente de novas opções tecnológicas energéticas que não geram

degradação da atmosfera, do solo, de recursos hídricos e do meio ambiente de uma maneira

geral, sempre levando em conta as fontes de energia intermináveis que temos no planeta.

Apesar desses fatores, as fontes de energia renováveis ainda são pouco utilizadas

devido aos custos de instalação, à inexistência de tecnologias e redes de distribuição

experimentadas e, em geral, ao desconhecimento e falta de sensibilização para o assunto por

parte dos consumidores e dos municípios.

Ao ritmo que cresce o consumo dos combustíveis fósseis, e tendo em conta que se

prevê um aumento ainda maior em médio prazo, colocam-se dois importantes problemas: o

primeiro são questões de ordem ambiental que se destacam mais, e o segundo é o fato dos

recursos energéticos fósseis serem esgotáveis. As fontes de energias renováveis surgem como

uma alternativa ou complemento às convencionais.

O objetivo do trabalho em questão é dimensionar a estrutura necessária para que a

energia elétrica utilizada em uma pequena propriedade possa ser inteiramente suprida pela

energia do vento, como qualquer investimento a instalação de uma estrutura adequada para o

correto aproveitamento desta energia, sempre existe os pontos positivos e negativos, que

devem ser analisados.

O investimento inicial em equipamentos e instalações é alto, mais é rapidamente

diluído durante os anos seguintes de aproveitamento econômico, outro ponto que podemos

ressaltar são aquelas propriedades em regiões distantes em que a energia elétrica não

conseguiu abastecê-las, o vento pode ser fonte alternativa. Com o apelo atual por energias que

sejam cada vez mais limpas e inteiramente renováveis, a energia eólica surge como opção

muito interessante.

O estudo foi feito com base a suprir as exigências energéticas dos equipamentos

existentes em uma propriedade de 15 ha, que desempenha as atividades agrícolas de criação

de avícolas ou suínas, que serão exemplificados posteriormente, além das exigências

energéticas da casa, com seis cômodos, a qual mantém quatro pessoas.

Com isso o foco do projeto é ressaltar a utilidade da energia renovável e limpa, e

principalmente a independência econômica com relação à conta de energia.

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1 Funcionamento básico de um Sistema Eólico

Para que o sistema de geração eólico consiga abastecer a propriedade todos os

componentes devem estar em perfeito funcionamento e a estrutura deve ser cuidadosamente

planejada de acordo com o consumo da propriedade. Para um bom funcionamento do sistema

eólico, também é necessário considerar alguns aspectos como o vento e o rotor.

O vento é a disponibilidade energética do local, podendo ser um fator de definição do

sucesso do projeto. Pouco vento pode fazer com que não se consiga gerar energia suficiente

para abastecer a propriedade, porém um local com muito vento pode também comprometer o

equipamento e a produção de energia. Os ventos são causados pelo aquecimento não uniforme

da superfície terrestre, por isso podem ocorrer variações entre as estações. Assim devem-se

analisar minuciosamente todas as variáveis antes da instalação.

O vento gira uma hélice gigante conectada a um gerador que produz eletricidade.

Quando vários mecanismos como esse - conhecido como turbina de vento - são

ligados a uma central de transmissão de energia, temos uma central eólica. A

quantidade de energia produzida por uma turbina varia de acordo com o tamanho

das suas hélices e, claro, do regime de ventos na região em que está instalada. E não

pense que o ideal é contar simplesmente com ventos fortes. "Além da velocidade dos

ventos, é importante que eles sejam regulares, não sofram turbulências e nem

estejam sujeitos a fenômenos climáticos como tufões" (Everaldo Feitosa Artur apud

Louback Lopes Mundo Estranho - 09/2005).

http://planetasustentavel.abril.com.br/noticia/educacao/conteudo_224740.shtml

Um sistema eólico é constituído por vários componentes que devem trabalhar em harmonia

para propiciar um maior rendimento final. Para efeito de estudo global da conversão eólica

devem ser considerados os seguintes componentes:

• Vento: Disponibilidade energética do local destinado à instalação do sistema eólico.

• Rotor: É o componente do sistema eólico responsável por captar a energia cinética

dos ventos e transformá-la em energia mecânica de rotação. A configuração do rotor

influencia o rendimento global do sistema, existindo dois tipos de rotores: os

horizontais e verticais.

Rotores de Eixo Horizontal: Rotores de Eixo Vertical:

• Pás do Rotor: Têm como função captar a energia do vento e transferi-la para o rotor.

• Controlador de carga: controla para que não haja excesso de carga e descarga nas

baterias.

• Transmissão e Caixa Multiplicadora: Tem a finalidade de transmitir a energia

mecânica entregue pelo eixo do rotor até ao gerador e é composta por eixos,

engrenagens de transmissão e acoplamentos.

• Inversor: Tem como função a conversão da energia elétrica em corrente continua

(CC) para corrente alternada (CA), para que possa ser usada na utilização de

eletrodomésticos convencionais.

• Mecanismo de Controle: Responsável pela orientação do rotor, controle de

velocidade, controle da carga, entre outros.

• Torre: Responsável por sustentar e posicionar o rotor na altura conveniente.

• Sistema de Armazenamento de baterias: composto por uma ou mais baterias para

armazenagem da energia gerada.

• Gerador Elétrico: recebe a energia da caixa multiplicadora, sendo responsável pela

conversão da energia mecânica em energia elétrica.

• O sistema de orientação: Permite a orientação da turbina conforme a direção do

vento.

Geralmente as hélices das turbinas são compostas por três pás, pois possibilita um

maior aproveitamento da potência, diminui as vibrações e o barulho da turbina. As hélices

apresentam o mesmo formato das asas de aviões, possibilitando extrair o máximo da energia

do vento.

Ao se movimentarem, as hélices ativam o eixo do rotor, criando uma energia

mecânica. Este eixo de rotação transmite a energia mecânica para que a caixa multiplicadora

transmita a energia para o gerador elétrico.

A energia elétrica sai do gerador e passa pelo controlador de carga, sendo armazenada

nas baterias, antes da utilização a energia passa pelo inversor para ser convertida em corrente

alternada. Esta energia pode ser usada para ligar os eletrodomésticos convencionais, ar-

condicionado, geladeira, fogão elétrico, iluminação, entre outros.

Todo sistema eólico somente começa a funcionar a partir de certa velocidade,

chamada de velocidade de entrada, que é necessária para vencer algumas perdas. Quando 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.

Para os sistemas eólicos, a velocidade de rotação ótima do rotor varia com a

velocidade do vento. Um sistema eólico tem o seu rendimento máximo a uma dada velocidade

do vento (chamada de velocidade de projeto ou velocidade nominal) e diminui para

velocidades diferentes desta.

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

0300600900

1200150018002100240027003000

WINDWINS 2kw power curve

wind speed m/s

ou

t p

ow

er

w

Podemos observsr no gráfico que uma variação da velocidade do vento varia também

a quantidade de energia produzida, a parte do grafico horizontal corresponde a velocidade do

vento em metros por segundo (m/s), e a parte vertical corresponde a energia produzida em

Watts (W). Com isso, a velocidade de 0 m/s corresponde a 0 W, enquanto o aumento para 5

m/s passa a energia produzir 300 W, a partir disso, cada aumento de velocidade do vento

corresponde em média um aumento 300 W em energia produzida. Chegando a 12 m/s produz

o limite máximo de energia para o armazenamento que é de 3000 W, a partir disso o aumento

progressivo do vento mantém a quantidade de energia produzia ou até retarda para evitar

danos ao equipamento eólico.

Projetar um sistema eólico, para um determinado tamanho de rotor e para uma carga

pré-fixada, supõe trabalhar num bom intervalo de rendimento do sistema com relação à curva

de potência disponível do vento local. É necessário também, ter mecanismos de controle

apropriados para melhorar o rendimento em outras velocidades de vento e aumentar o

intervalo de funcionamento do sistema eólico.

Um exemplo de mecanismo de controle é a utilização de rotores com ângulo de passo

variável. Com este controle, à medida que a velocidade do vento varia, as pás mudam de

posição, variando o rendimento do rotor. Com isto, pode-se aumentar o intervalo de

funcionamento do sistema eólico e ainda manter uma determinada velocidade de rotação, que

corresponde à eficiência máxima do gerador.

Os sistemas isolados de pequeno porte, em geral, utilizam alguma forma de

armazenamento de energia, este armazenamento pode ser feito através de baterias.

Este sistema, que armazena energia em baterias necessita de um dispositivo para

controlar a carga e a descarga da bateria. O controlador de carga tem como principal objetivo

não deixar que haja danos ao sistema de bateria por sobrecargas ou descargas profundas. Para

alimentação de equipamentos que operam com corrente alternada (CA) é necessário a

utilização de um inversor.

2.1.1 GASTO ENERGÉTICO

Para que possamos estabelecer o projeto energético em uma propriedade, é necessário

primeiramente conhecer o seu consumo de energia, para ter certeza de que será capaz de

suprir sua demanda.

Podemos usar como exemplo uma propriedade com consumo mensal de energia de em

média 850 quilowatts. O consumo de energia dá-se em maiores proporções das 06:00 às 22:00

horas. Mas é preciso considerar que em nenhum momento do dia o gasto de energia é

uniforme, pois varia de acordo com as atividades exercidas em cada horário.

Para o dimensionamento do sistema eólico primeiro devemos saber qual a exigência

elétrica da propriedade, visto que o investimento é relativamente caro, principalmente se

tratando de pequena propriedade rural.

2.1.2 COMPONENTES DA ESTRUTURA EÓLICA

Dimensões das pás

Para que o alternador comece a gerar energia elétrica para armazenamento nas baterias

é necessário uma velocidade média de vento superior a 25 km/h ou 6,94 m/s. Seria então

recomendado uma torre com 6 metros de comprimento, contendo 3 hélices com 0.70m cada.

Gerando um diâmetro de 1,40m e um deslocamento de 7m de perímetro.

Controlador de carga

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

não deixar que haja danos ao sistema de bateria por sobrecargas ou descargas profundas.

Caixa multiplicadora

A transmissão, que engloba a caixa multiplicadora, possui a finalidade de transmitir a

energia mecânica entregue pelo eixo do rotor até o gerador. É composta por eixos, mancais,

engrenagens de transmissão e acoplamentos. O projeto tradicional de uma turbina eólica

consiste em colocar a caixa de transmissão mecânica entre o rotor e o gerador de forma a

adaptar a baixa velocidade do rotor à velocidade de rotação mais elevada dos geradores

convencionais.

3. ORÇAMENTO DOS MATERIAIS UTILIZADOS NO PROJETO

Para a implantação deste projeto será necessário a obtenção de alguns produtos e

equipamentos, a análise do orçamento é de suma importância para a compra destes por

valores mais baixos, impactando diretamente no valor final do projeto, fazendo com que este

se torne viável ou não.

Tabela com os principais custos para a execução do projeto.

Produtos Quant. Preço unitário Preço total

Gerador Eólico 2 KW 01 R$ 1.423,29 R$ 1423,29

Hélice com 3 pás 01 R$ 488,94 R$ 488,94

Controlador 01 R$ 325,11 R$ 325,11

Inversor 01 R$ 852,44 R$ 852,44

Torre com 6 metros (com 3 cabos de aço) 01 R$ 245,75 R$ 245,75

Bateria 06 R$ 447,98 R$ 2687,88

Fio de eletricidade

(da torre á casa) 6,0mm

400 mts R$ 1,50 R$ 600,00

TOTAL R$ 6623,41

Cotação: Qingdao Windwings Wind Turbine Co., Ltd. – Produto importado da China, valores já incluem custos de impostos e transporte.

Custos mensais sobre mão de obra necessária:

Cargo/função Quant. Salário Total

Operário para montagem da torre 02 R$ 1.800,00 R$ 3.600,00

Eletricista 01 R$ 2.000,00 R$ 2.000,00

TOTAL R$ 5.600,00

Considerando um prazo de 2 dias para instalação do equipamento. Abrange

capacidade para atender em média a instalação em 10 propriedades ao mês. Gerando assim

um custo de mão de obra em cada instalação de R$ 560,00.

É necessário a construção de um cômodo equivalente 4m², de alvenaria e coberto,

próximo a torre eólica, para armazenamento da energia das baterias e inversor, sendo de

responsabilidade do proprietário a sua construção.

3.1 PREÇO MÉDIO DE VENDA E CUSTO BENEFICIO

Considerando um custo do material de R$ 6.623.41, mais o custo da mão-de-obra de

R$ 560,00 por construção, totaliza-se R$ 7.183,41. Colocando a margem de lucro de 30%

equivale a R$ 2.155,02. Totalizando um preço ao interessado de R$ 9.338,43.

Retomando o exemplo da nossa propriedade, considera-se um gasto mensal de energia

de em média de 850 quilowatts, e o custo da energia de R$ 0,2366 por quilowatt, o gasto

mensal da propriedade seria por volta de R$ 201,11. Isso significa que o investimento no

sistema eólico levaria aproximadamente 4 anos para se pagar, ainda sem considerar os

aumentos na taxa de energia que se teria neste período.

4. VANTAGENS E DESVANTAGENS DO SISTEMA EÓLICO

O sistema de geração de energia eólica pode servir para suprir totalmente a

necessidade de energia de uma propriedade. Apresenta inúmeras vantagens, além de gerar

empregos, é uma fonte de energia inesgotável e não emite gases poluentes, diminuindo a

emissão de gases do efeito estufa.

A geração de energia elétrica por meio de turbinas eólicas constitui uma alternativa

para diversos níveis de demanda, sendo considerada a energia mais limpa do planeta,

disponível em diversos lugares e em diferentes intensidades, uma boa alternativa às energias

não-renováveis. As pequenas centrais podem suprir pequenas localidades distantes da rede,

contribuindo para o processo de universalização do atendimento. Contribuindo para a redução

da emissão, pelas usinas térmicas, de poluentes atmosféricos; diminuindo a necessidade da

construção de grandes reservatórios.

Porém também apresenta seus aspectos negativos, como impacto às aves locais que se

chocam nas pás, e o efeito sonoro, que faz com que as habitações mais próximas tenham que

ser no mínimo a 200 metros de distância.

Apesar de efeitos negativos, como alterações na paisagem natural, esses impactos

tendem a atrair turistas, gerando renda, emprego, arrecadações e promovendo o

desenvolvimento regional.

5. PROJETO PRATICO

O projeto refere-se ao direcionamento de uma propriedade de media 15.000 m², com

base econômica na agricultura e avicultura. Numa estrutura de um pavilhão de 600 m², na

criação de frangos de corte, em parceria de integração com alguma empresa frigorífica na

área. Em dimensões estruturais mais exatas, corresponde a 50 m de comprimento por 12 m de

largura, com comportamento para ate 6.000 aves num ambiente fechado protegido por frentes

de madeiras, rodeados de murros com 0,60 m em todo perímetro, fixada com tela de malha

com espessura de 0,02 m, para evitar entrada de outras aves no ambiente alojado, e vedação

com cortinados laminados padrão de cores amarelas, tanto lateralmente quanto na parte

superior interna (no forro interno do aviário). As instalações elétricas estão todas ligadas ao

sistema eólico, com uma quantidade de 21 lâmpadas florescentes de capacidade de 25 W

(watts), 6 ventiladores de 0,5 cv (corresponde a 368 W), 3 linhas de tratadores contendo 3

motores de 1,5 cv (corresponde a 1.100 W), e mais um motor de abastecimento inicial das

caixas ligadas com o silo com capacidade de 2 cv (mais de 1400 W). Finalmente uma bomba

d’água para nebulização das aves de capacidade de 2 cv.

A casa corresponde a 140 m², dividida em 6 cômodos, 3 quartos, sala, cozinha e

banheiro. Contendo ao total mais 10 lâmpadas distribuídas nas proporções dos cômodos e na

própria casa.

Maquete feita pelo grupo com base na propriedade modelo do projeto.

BIBLIOGRAFIA

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em 22/07/2012 as 13:45 horas.

<www.cresesb.cepel.br/content.php?cid=tutorial_eolica > acessado em 22/07/2012 as 14;00

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<http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/atlas/pdf/06-Energia_Eolica%283%29.pdf> acessado

em 22/07/2012 as 15:00 horas.

<http://neosolar.com.br/media/pdf/manuais/moura_baterias_estacionarioas_clean_pt.pdf>

acessado em 22/07/2012 as 15:30 horas.

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< http://www.qdfzy.com/en/default.asp> acessado em 22/07/2012 as 18:00 horas.