O papel da Engenharia Mecânica nas energias renováveisprojfeup/submit_14_15/uploads/relat_1M01... · diferentes componentes que formam um aerogerador; ... as turbinas tubulares,

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

O papel da Engenharia Mecânica nas energias

renováveis

Energia Eólica

Ano Letivo 2014/15

Projeto FEUP 1º Ano -- MIEM:

Armando Sousa Teresa Duarte

Equipa 1M01_2:

Supervisor: Teresa Duarte Monitor: Rita Afonso

Estudantes:

Ana Beatriz Barbosa Marques Sousa (201403955)

Inês Isabel Ferreira Viegas (201406182)

João Pedro de Almeida Lopes Ponte dos Reis (201403711)

Mauro Costa Soares (201405656)

Rita Isabel Lino Barros (201306050)

Vítor Rafael Betencourt Carvalho (201405811)

O papel da Engenharia Mecânica nas energias renováveis - Energia Eólica 2/32

Resumo

O tema abordado no trabalho, proposto na unidade curricular “Projeto FEUP”, no curso

de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica, é o papel da engenharia mecânica nas

energias renováveis, focando principalmente a energia eólica. A escolha do subtema,

Energia Eólica, teve origem numa decisão grupal e democrática que evidencia a importância

das engenharias, nomeadamente, da engenharia mecânica.

Como tal, pretende-se esclarecer o leitor no que toca: às diferentes etapas envolvidas

na produção de energia elétrica, desde o momento em que o aerogerador capta a energia

cinética contida no vento, passando pela sua transformação em energia elétrica, até ao

momento final em que esta entra na rede elétrica e fica à disposição do consumidor; aos

diferentes componentes que formam um aerogerador; aos tipos de aerogeradores que

existem atualmente (de eixo vertical e de eixo horizontal); às vantagens e desvantagens da

energia eólica; aos critérios envolvidos na escolha de um local para a construção de um

parque eólico; e aos custos envolvidos na rentabilização deste tipo de energia.

Além disto, far-se-á também uma referência à atualidade das energias renováveis,

nomeadamente da energia eólica, em Portugal e no Mundo, apresentando-se algumas

estatísticas e gráficos que irão complementar essas informações.

Por outro lado, também se procurou conciliar os objetivos da equipa com os objetivos da

unidade curricular “Projeto FEUP”, nomeadamente, integrar os novos alunos no ambiente

universitário, desenvolver capacidades como a comunicação e o trabalho em equipa (as

chamadas soft skills), as quais serão indispensáveis no mundo empresarial, e incrementar a

discussão científica de um tema, bem como o desenvolvimento de um pequeno projeto.

Palavras-Chave

Aerogerador, cabine ou nacelle, energia, energia eólica, energias renováveis, gerador,

offshore, parque eólico, rotor, turbina, vento


Agradecimentos

Em primeiro lugar, gostaríamos de agradecer à supervisora do projeto FEUP,

Professora Teresa Margarida Guerra Pereira Duarte, pelo acompanhamento e incentivo

dados durante a realização deste relatório.

Seguidamente, gostaríamos de agradecer à monitora Rita Afonso pela ajuda e

disponibilidade com que podemos sempre contar.

Por fim, gostaríamos de agradecer à Faculdade de Engenharia da Universidade do

Porto (FEUP), pela oferta de uma biblioteca com inúmeros recursos e pelas sessões da

semana intensiva dedicada unicamente à unidade curricular “Projeto FEUP”, ambas

indispensáveis à realização deste trabalho.


Índice

Página

Lista de Figuras…………………………………………………………………………………..5

1. Introdução…………………………………………………………………………………….6

2. O que é a Energia Eólica?...........................................................................................7

2.1. A origem do vento………………………………………………………….7

2.2. Por que é que é uma energia renovável?............................................8

3. Componentes de uma turbina eólica ……………………………………………………..9

4. Tipos de aerogeradores……………………………………………………………………11

5. Funcionamento do aerogerador…………………………………………………………..13

5.1. Conversão da energia do vento em energia elétrica…………...…….13

5.2. Como é controlado um aerogerador……………………………………14

5.3. De que forma deve estar orientado de modo a garantir um máximo

aproveitamento da energia proporcionada pelo vento?.....................14

5.4. Será que a produção de energia elétrica aumenta em proporção

direta ao aumento de velocidade do vento?.......................................15

5.5. Como é transportada a energia desde o aerogerador até ao

consumidor?.......................................................................................15

6. Vantagens e Desvantagens da Energia Eólica…………………………………………17

7. Energia Eólica Offshore……………………………………………………………………19

8. Caraterização de um local: identificação de locais……………………………………..21

potenciais

9. Custos……………………………………………………………………………………….22

10. Energia Eólica no Mundo e em Portugal………………………………………………...23

11. Conclusões………………………………………………………………………………….29

12. Referências Bibliográficas…………………………………………………………………31


Lista de figuras

Página

Figura 1……………………………………………………………………………………………7

Figura 2……………………………………………………………………………………………8

Figura 3…………………………………………………………………………………..……..…9

Figura 4…………………………………………………………………………………………..10

Figura 5…………………………………………………………………………………………..12

Figura 6…………………………………………………………………………………………..13

Figura 7…………………………………………………………………………………………..14

Figura 8…………………………………………………………………………………………..15

Figura 9…………………………………………………………………………………………..16

Figura 10…………………………………………………………………………………………18

Figura 11…………………………………………………………………………………………20

Figura 12…………………………………………………………………………………………21

Figura 13…………………………………………………………………………………………22

Figura 14…………………………………………………………………………………………23

Figura 15…………………………………………………………………………………………24

Figura 16…………………………………………………………………………………………25

Figura 17…………………………………………………………………………………………26

Figura 18…………………………………………………………………………………………27


1. Introdução

Um dos problemas mais debatidos na atualidade é a questão energética. A energia

pode ser definida como “a capacidade de gerar trabalho”, como algo que consegue por em

movimento a matéria e que não pode ser destruída, apenas transformada noutros tipos de

energia, estando presente em tudo no universo [1]

Nos dias de hoje, as principais fontes de energia são de origem não renovável, isto é, o

tempo de reposição das mesmas, num prazo útil, pela natureza, é insuficiente. Em

acréscimo, estes recursos são extremamente poluentes e responsáveis por graves

problemas ambientais, de que é exemplo o buraco do ozono e as consequentes alterações

climáticas.

As energias renováveis são fontes energéticas que se autorregeneram (no fundo, nunca

se gastam). Para além disto, devido ao facto da poluição por elas gerada ser diminuta,

surgem como a melhor solução a este problema, apresentando um impacto ambiental quase

omisso.

A energia eólica é um exemplo e não só se destaca pelo excelente rendimento como

pelo baixo custo de manutenção e de instalação: uma turbina eólica comum, instalada nos

chamados parques eólicos, é capaz de produzir até 2 a 3 Mw, podendo satisfazer as

necessidades energéticas de 2000 a 3000 lares. [2]

Para a produção desta energia são usados aerogeradores que são constituídos por

vários componentes que possibilitam a conversão da energia cinética do vento em energia

mecânica, presente no movimento de rotação das pás, que, posteriormente, será convertida

por um gerador em energia elétrica. Ao longo deste processo, como em qualquer outro,

perdem-se fações da energia fornecida ao sistema inicialmente (energia dissipada). Assim

tem-se procurado ao longo dos anos, compensar estas perdas com o desenvolvimento de

turbinas eólicas nas quais é máximo o aproveitamento da energia contida no vento. [2]

Um exemplo dessas turbinas será abordado e desenvolvido ao longo do trabalho.

Trata-se das turbinas mais comumente utilizadas, as turbinas tubulares, cujo rotor é de eixo

horizontal.


2. O que é a energia eólica?

2.1 A origem do vento

A energia eólica é um tipo de energia renovável proveniente da “energia cinética contida

no vento”. [3]

Ao longo da superfície terrestre, a radiação solar recebida difere de local para local,

sendo o seu valor nas zonas equatoriais superior ao valor registado nas zonas polares.

Como consequência do aquecimento desigual da atmosfera pelo sol (Fig. 1), verificar-se-ão

diferenças de pressão ao longo da superfície terrestre que irão originar o movimento de

massas de ar (vento) – o ar quente, menos denso sobe, arrefecendo, tornando-se

progressivamente mais denso e por isso realizando um movimento descendente. Por outro

lado, o movimento de rotação da Terra e as variações sazonais da radiação solar incidente

nos vários pontos do globo são também responsáveis pelo aparecimento deste elemento da

atmosfera terrestre. O vento resulta, assim, da radiação solar. [3]

Figura 1 – Variação da intensidade da radiação solar incidente (W/m2) ao longo da superfície terrestre [4]


2.2 Por que é considerada uma energia renovável?

Uma energia é considerada renovável quando têm origem em fontes naturais, que

não se esgotam pois têm uma capacidade regenerativa, isto é, as suas fontes de energia

renovam-se num período compatível com o da vida humana.

Como a energia eólica tem origem no vento, que por sua vez é originado pela

radiação solar, uma fonte natural de energia, podemos classificá-la como energia renovável

(Fig. 2). [2]

Figura 2 – Parque eólico na Serra do Barbanza, Coruña, Galicia [5]


3. Componentes de uma turbina eólica

Um aerogerador (Fig. 4) corresponde à tecnologia usada para captar e transformar a

energia cinética do vento, a qual é posteriormente transformada em energia elétrica. Estes

“moinhos eólicos” são essencialmente constituídos por: [6]

• Um rotor;

• Uma cabine ou nacelle;

• Uma torre de suporte.

No rotor (Fig. 3) estão localizadas as pás ou hélices, que têm frequentemente cerca

de 30 metros. Podem ser feitas de diversos materiais como a madeira, compostos sintéticos

ou metais, variando consoante a sua grandeza e as condições atmosféricas a que está

sujeita. Para que as pás girem, são necessários um anemómetro e um medidor de direção

de vento, com a função de medir a velocidade e a direção do mesmo, respetivamente. Os

objetivos destes mecanismos são: otimizar o processo de conversão de energia, pois as

pás do rotor orientam-se consoante a direção do vento (sempre perpendicular a esta) e,

impedir o funcionamento do aerogerador aquando a ocorrência de velocidades muito

elevadas, obrigando-o a posicionar as pás e o rotor num plano paralelo à direção do vento.

[6]

Figura 3 – Rotor de um aerogerador de eixo horizontal [7]


Na cabine estão alojados diversos equipamentos como: o veio principal, que está

ligado ao rotor e a um multiplicador (que aumenta velocidade do veio para produzir mais

energia); o travão de disco e um sistema hidráulico (usados em casos de emergência por

exemplo, quando a velocidade do vento é demasiado elevada ou quando é necessário

efetuar a manutenção do aerogerador); a caixa de velocidades (pouco frequente); o gerador

elétrico (responsável pela conversão da energia cinética em elétrica); o mecanismo de

orientação direcional; o radiador de arrefecimento (usado em casos de sobre aquecimento

dos componentes da cabine). [6]

Por último, a torre suporta a cabine e eleva o rotor até a uma altitude em que a

velocidade do vento é superior à do solo. Como as torres modernas podem ter mais de 100

metros, a estrutura destas tem de suportar cargas bastante significativas, como também

resistir a uma exposição de diferentes condições atmosféricas ao longo da sua via útil

(estimada em cerca de 20 anos). Posto isto, os materiais mais usados na construção da

torre são o aço e o betão, pois também revelam mais segurança no que toca à manutenção

do aerogerador. [6]

Figura 4 – Aerogerador Tubular [8]

Legenda:

1. Fundação

2. Conexão com a rede elétrica

3. Torre

4. Escadaria de Acesso

5. Mecanismo de orientação

direcional

6. Cabine/Nacelle

7. Gerador

8. Anemómetro

9. Freio/Veio Principal

10. Caixa de Velocidades

11. Pá

13. Cubo rotor


4. Tipos de Aerogeradores

Existem dois tipos de aerogeradores:

• Aerogeradores com velocidade constante;

• Aerogeradores com velocidade variável (Fig. 5).

Os aerogeradores com velocidade constante utilizam geradores síncronos (ou de

indução), sendo estes diretamente conectados à rede elétrica. [9]

Apesar destes aerogeradores terem a vantagem de serem de construção simples e

pouco dispendiosa, apresentam um baixo desempenho aerodinâmico quando se verifica

uma grande variação da velocidade e da direção do vento. Assim, variações rápidas da

velocidade do vento originam variações da potência elétrica gerada, o que prejudica a

estabilidade da tensão da rede local. [10]

Desta forma, os aerogeradores com velocidade constante foram substituídos pelos

aerogeradores com velocidade variável.

Os aerogeradores com velocidade variável podem usar quer geradores síncronos,

quer assíncronos. [9]

Nestes aerogeradores, a conexão à rede elétrica é feita através de um conversor de

frequência eletrónica. A frequência produzida pelo gerador depende da sua rotação, pelo

que esta irá variar em função da variação da rotação da turbina. Através do conversor, a

frequência da energia elétrica fornecida pelo aerogerador vai ser constante e sincronizada

com a rede elétrica. [9]


Este tipo de aerogeradores permite uma maximização do desempenho aerodinâmico

e a redução das flutuações de carga mecânica. As grandes desvantagens que apresentam

relacionam-se com a grande dificuldade/complexidade de construção. [9]

Figura 5 - Esquema elétrico de um gerador com velocidade variável que usa um

conversor de frequência para o controlo da frequência da geração elétrica [9]


5. Funcionamento do aerogerador

5.1 Conversão da energia do vento em energia elétrica

O rotor, constituído pelas pás das turbinas, é posto em movimento por ação da força do

vento. A energia cinética do vento origina, assim, energia mecânica que se manifesta

através do movimento de rotação das pás. Seguidamente, ela é conduzida para o veio de

alta rotação contido na nacelle (cabine) e a sua frequência reduzida (da ordem dos 0,33 Hz

ou 0,5 Hz) é adaptada pela caixa de velocidades (quando existe) à frequência do gerador e,

consequentemente, à frequência da rede elétrica (50 Hz). No gerador, a energia mecânica é

convertida em energia elétrica. Ao mesmo tempo que todo este processo de conversão

ocorre, o radiador de arrefecimento envia, através de um sistema de tubagens, água fria

para arrefecer o gerador. [6]

Após ser produzida energia elétrica ela é transportada por cabos contidos no interior da

torre até à rede elétrica (Fig. 6). [6]

Atualmente existem diferentes tipos de aerogeradores elétricos, sendo que as opções

mais básicas se reduzem ao gerador síncrono (alternador) e ao gerador assíncrono (de

indução). [6]

Figura 6 – Conexão das turbinas eólicas à rede elétrica doméstica. [19]


5.2 Como é controlado um aerogerador

Um aerogerador é controlado através de um controlo automatizado em tempo real.

[6]

5.3 De que forma deve estar orientado de modo a garantir um máximo aproveitamento da energia proporcionada pelo vento?

O rotor deve estar orientado na direção perpendicular [9] à do vento de forma a

maximizar a captação da energia contida nele (Fig. 7). O componente da turbina que realiza

esta função é o mecanismo de orientação direcional, cujo motor dispõe a nacelle e o rotor

da turbina no plano adequado, mediante a informação recebida pelo sensor de direção

colocado em cima da cabine (nacelle), num anemómetro.[6]

No entanto, para velocidades muito elevadas a turbina para o seu funcionamento e o

mecanismo de orientação direcional orienta a nacelle e o rotor de forma a evitar a sua

danificação. [6]

Figura 7 – Ilustração de um aerogerador. [20]

http://www.gereportsbrasil.com.br/


5.4 Será que a produção de energia elétrica aumenta em proporção

direta ao aumento da velocidade do vento?

Seria de esperar que a energia elétrica produzida aumentasse em proporção à

velocidade do vento que atuasse no aerogerador. De facto, isto apenas é possível verificar

até uma velocidade máxima do vento. Ou seja, na cabina da turbina existe um componente

(sistema de controlo) cuja função é controlar o funcionamento da turbina mediante as

medidas de velocidade do vento registadas. Assim, a partir da velocidade de 5m/s

(aproximadamente) a turbina começa a funcionar; para ventos com velocidades a partir de

25m/s (aprox.) o seu funcionamento é interrompido (Fig. 8) (o travão de disco faz com que

as pás parem, para prevenir estragos no aerogerador). [6]

Figura 8 – Relação entre a velocidade do vento e a produção de energia elétrica. [21]

5.5 Como é transportada a energia desde o aerogerador até ao

consumidor?

Os aerogeradores podem incorporar sistemas isolados, híbridos ou interligados à rede

elétrica. [9]

Nos sistemas isolados, constituídos por aerogeradores de pequeno porte e, por isso,

direcionados, fundamentalmente, para pequenas localidades, é privilegiado o

http://www.proceedings.scielo.br/scielo.php?pid=MSC0000000022002000100028&script=sci_arttext


armazenamento de energia. Para fornecer energia a equipamentos que operam em corrente

alternada, é necessário que o aerogerador contenha um dispositivo que faça a conversão da

corrente contínua em corrente alternada. [9]

Nos sistemas híbridos, os aerogeradores operam em conjunto com outras fontes

geradoras de energia (painéis fotovoltaicos…). Devido ao facto de produzir corrente elétrica

em corrente alternada, necessita também de um inversor/conversor. [9]

Nos sistemas interligados à rede elétrica estão envolvidos um grande número de

aerogeradores, os quais não necessitam de sistemas de armazenamento de energia, pois

toda a energia produzida é canalizada, diretamente, para a rede elétrica. [9]

Após este processo de transformação, a energia é transportada até ao consumidor por

uma rede elétrica, à qual se encontram ligados os aerogeradores (Fig. 9). [2]

Figura 9 – Energia eólica e o consumo doméstico de energia elétrica. [22]

http://planetavidaverde.blogspot.com/2011_03_01_archive.html


6. Vantagens e Desvantagens da Energia Eólica

A energia eólica transporta consigo vários benefícios quer para a sociedade em geral

quer para o estado. No entanto, este tipo de energia apresenta desvantagens que também

devem ser consideradas quando se instala um parque eólico (Fig. 10). [11]

As fontes de energia renováveis devem-se, na sua maioria, à radiação solar e são,

simultaneamente, as fontes de energia mais antigas e mais modernas usadas pelo Homem.

[6]

A utilização da energia gerada pelo vento remonta às civilizações mais antigas, tais

como a civilização grega ou romana. Também Portugal usou o vento para conquistar terras

desconhecidas e fazer trocas comerciais, pois o vento era utilizado para encher as velas dos

barcos que, por sua vez, facilitavam o movimento dos mesmos. [11]

Após a utilização do vento para movimentar os barcos no mar, a sua utilização foi

estendida ao uso em terra, nomeadamente aquando da construção dos primeiros moinhos

de vento. [11]

A partir do século XVI, o vento passou a ser uma das principais fontes de energia

não animal, o que foi essencial para o desenvolvimento do setor industrial. [11]

Hoje em dia, a energia eólica é considerada a “fonte de energia renovável mais

promissora para a produção de eletricidade, tendo em conta aspetos de segurança do

aprovisionamento energético, de sustentabilidade ambiental e viabilidade económica.” [6]

A energia eólica traduz-se em diversas vantagens para a sociedade tais como, o

facto de ser uma energia inesgotável, visto que necessita apenas da existência de vento

para gerar energia, o que faz com que não emita gases poluentes nem gere resíduos. Esta

diminuição de gases poluentes diminui também os gases de efeito de estufa. [11]

A criação de parques eólicos também representa benefícios para as comunidades

onde estão inseridos, pois criam novos empregos, geram investimento em zonas mais

desfavorecidas e permitem, também, outras utilizações do terreno, tanto para a prática da

agricultura como para a criação de gado. [11]

A utilização do vento para a produção de energia representa inúmeras vantagens

para o Estado, pois reduz a utilização de combustíveis fósseis (que têm proveniência de

outros países), cumpre o protocolo de Quioto [11] (“O Protocolo de Quioto é um tratado

internacional com compromissos mais rígidos para a redução da emissão dos gases com

efeito de estufa (GEE), considerados como a principal causa do aquecimento global” [11].


Neste tratado, “os países desenvolvidos teriam que arranjar alternativas menos poluentes”

[12] para obterem a energia de que necessitam) e é uma das fontes de energia mais barata.

[11]

Por fim, traduz-se também em vantagens para os promotores deste tipo de energia,

visto que, os aerogeradores necessitam de reduzida manutenção e não necessitam de

combustível para funcionarem. É também um bom investimento, pois a energia gasta em

todo o processo de criação e instalação dos aerogeradores é facilmente recuperada. [11]

No entanto, a energia eólica também tem desvantagens tais como o facto de não

existir vento sempre que é necessária a geração de energia. Contribui para a poluição

visual, visto que a instalação dos aerogeradores modifica a paisagem e provoca poluição

sonora, pois quando o vento colide com as pás, produz um ruído constante, que faz com

que as populações apenas possam habitar a uma distância mínima de 200m do parque

eólico. Também tem um impacto negativo para as outras espécies, nomeadamente para as

aves, pois estas colidem com as pás, o que pode afetar os seus hábitos de migração. [11]

O vento tem, também, caraterísticas especiais que devem ser consideradas aquando

da instalação de um parque eólico. [6]

Existem obstáculos, tais como árvores, edifícios e formações rochosas que

diminuem a velocidade do vento. [6]

Outra caraterística a ter em conta é o “efeito de esteira”, o que se traduz numa

diferença de energia entre o vento que “entrou” na turbina e o vento que “sai” da mesma,

pois este último tem uma velocidade inferior ao vento incidente. Por este motivo, a

instalação dos aerogeradores tem de ser efetuada de um modo rigoroso e cuidado para

minimizar o efeito de esteira. Mesmo assim, “a energia perdida devido ao efeito de esteira é

de cerca de 5%.” [6]

Figura 10 - Imagem do Parque eólico próximo a Caen, França [13]


7. Energia Eólica Offshore

“Cientistas estão à beira de uma revolução na energia eólica:

Cientistas de Vladivostok, uma cidade na costa russa do Pacífico, propuseram uma

nova solução tecnológica. Esta vai permitir evitar uma série de problemas da energia

eólica.” [11]

Uma das desvantagens da energia eólica – “a inconstância do vento” – tende a

deixar de ser um problema, visto que cientistas russos criaram novos aerogeradores com

um eixo de rotação vertical. [111]

“O vento é uma fonte de energia renovável, e as suas possibilidades são,

aparentemente, intermináveis.” [11] E, apesar de vários países produzirem uma grande

parte da sua energia através de turbinas eólicas, esta energia não tem tido avanços. Este

facto justifica-se através do elevado custo desta energia, dos riscos ambientais de

infrassons que esta apresenta e devido à inconstância do clima. Porém, alguns destes

problemas podem ser evitados se se adotar uma solução tecnológica proposta pelos

especialistas russos. [11]

“A maioria das turbinas eólicas têm um eixo localizado no plano horizontal. Isso

permite aumentar a sua eficiência e posicionar a turbina muito acima do chão, onde o vento

é mais forte. A alternativa é um eixo vertical, quando a turbina roda como um carrossel,

perto do solo.” [11]

Inicialmente, essa ideia foi considerada irracional, pois a produção de energia está

relacionada proporcionalmente com a velocidade do vento e o vento é mais forte em pontos

mais afastados do solo, do que em locais perto do solo. [11]

No entanto, vários cientistas afirmam que esses obstáculos podem ser ultrapassados

através da escolha do local de instalação do gerador. A proposta destes investigadores

passa por colocar os aerogeradores no mar, o que aumenta a potência destes em 10 vezes

ou mais, pois acima da superfície do mar, o vento é mais estável e tem uma velocidade

superior (Fig. 11). [11]

No mar, o vento tem um comportamento diferente daquele que tem em terra. O mar

não apresenta tanta rugosidade [6], o que “faz com que a variação da velocidade do vento

com a altura seja pequena, e, portanto,” [6] não existe necessidade de instalar torres

elevadas. Também no mar, o vento apresenta menos turbulência do que em terra, [11] “o


que faz esperar uma vida útil mais longa para as turbinas”. [11]

A estabilidade das turbinas é assegurada por âncoras no fundo do mar.[11] “No

centro da estrutura, acima da água, há uma pequena torre ao torno da qual gira lentamente

um rotor com pás.” [6] Estas estruturas têm a facilidade de poderem ser rebocadas por mar

e não é necessário aumentar o suporte das mesmas devido ao aumento da sua capacidade,

pois a água suporta a estrutura. [11]

Figura 11 - Imagem ilustrativa da instalação de aerogeradores offshore [14]


8. Caraterização de um local: identificação de locais potenciais

Um dos fatores determinantes para o sucesso económico é a instalação das turbinas

em locais com ventos fortes e persistentes. [6]

Inicialmente, é necessário aplicar regras de escolha relacionadas com o senso

comum, tais como o facto de os cumes das montanhas serem, geralmente, muito ventosos,

ao contrário dos vales e que os planaltos elevados e as zonas costeiras podem ser locais

ventosos. [6]

Os locais devem, também, ser estudados com mapas e com medições efetuadas

nos locais de interesse. Estas medições de vento são executadas com anemómetros (Fig.

12) e sensores de direção. [6]

Figura 12 - Imagem de um anemómetro [15]


9. Custos

Os custos para aproveitamento do recurso eólico são variáveis, pois dependem do

valor das instalações e das tecnologias usadas na criação de um parque eólico (Fig. 13). [6]

“Verifica-se que, para os investimentos totais médios atuais em sistemas de

conversão de energia eólica, a rendibilidade é assegurada tipicamente a partir das 2000

horas de funcionamento anual” [6] (cerca de 84 dias).

Figura 13 - O maior complexo eólico do mundo está instalado na Alemanha [16]


10. Energia Eólica no Mundo e em Portugal

Figura 14 - Capacidade Total Global de produção de Energia de origem eólica [17]

Energia Eólica encontra-se atualmente em mais de 80 países do mundo, sendo que

em 24 deles já se produz uma quantidade considerável de mais de 1000 MW.

Considerando o estudo realizado pela GWEC, a capacidade total de Energia obtida

através de processos Eólicos a nível mundial, atingiu em 2013 um valor de 318 mil MW,

havendo um aumento significativo de cerca de 200 mil MW nos últimos 5 anos, um

crescimento extraordinário de quase o triplo, dos valores apresentados em 2008 (Fig. 14).

Isto tudo deve-se a uma maior sensibilização por parte dos governos recentes, que

face aos problemas ecológicos ou económicos (dependência externa para a obtenção de

combustíveis não renováveis) que são apresentados por estudos, investigações e relatórios

de diversas instituições privadas, ou mesmo governamentais, se viram forçados a encontrar

alternativas às formas de obtenção de energia conventuais (combustíveis fósseis). Uma das

formas mais práticas encontradas, foi a instalação de diversos parques eólicos por todo o

mundo, havendo, por consequência, um aumento exponencial nos valores de transformação

de energia eólica para energia útil e necessária aos cidadãos nestes últimos anos.


Figura 15 - Top 10 Maiores países transformadores de Energia Eólica [17]

Pelo gráfico dos resultados mundiais, do total de capacidade de produção de energia

de origem eólica, conclui-se o significativo contributo da China para os resultados mundiais,

já que no ano passado, apresenta-se como o grande produtor mundial com cerca de 91 mil

MW, um valor já extraordinário comparando a média global de produção (Fig. 15).


Neste gráfico é também visível um domínio europeu na tabela do Top 10 mundial de

transformação de energia eólica, com a presença de 6 países europeus (Alemanha,

Espanha, Reino Unido, Itália, França e Dinamarca). Estes resultados são a reflexão das

políticas da União Europeia com o intuito de tornar os países membros mais sustentáveis a

níveis ecológicos, energéticos e económicos.

Figura 16 - Capacidade instalada anualmente por região [17]

Ao dividir o mundo em regiões continentais, através dos dados do relatório anual da

mesma organização (GWEC,) consegue-se observar uma grande discrepância de valores

na instalação de estruturas, entre 2005 e 2013, de obtenção de energia a partir de origens

eólicas. É notável a enorme diferença entre as regiões Europeia, Norte Americana e Asiática

e as regiões da América Latina, Africana e do Pacífico (Fig. 16). Tudo isto se pode explicar

pela capacidade económica que está associada a cada região. Como é notório as regiões

com mais poder económico, e mais desenvolvidas a nível global, têm uma maior aplicação

de investimento na instalação e desenvolvimento de sistemas de produção energética.

Pode-se também detetar um crescimento no investimento nos últimos anos, havendo

apenas a exceção da América do Norte que no último ano reduziu significativamente o seu

investimento, devido a decisões políticas internas. Em consequência disso o Canadá


passou ser o investidor maior na região da América do Norte, sendo que o campeão de

investimento na Europa, atualmente é a Alemanha, e a nível mundial o grande

impulsionador é a República Popular da China, com um total de aumento da capacidade de

produção em 2013 de 16 mil MW (45% do investimento mundial em 2013).

A partir de estudos, estatísticas e relatórios da entidade internacional para as

energias provenientes do vento, deteta-se um enorme crescimento da China neste ramo de

mercado, tendo sidos aplicados gigantes esforços e investimentos, nesta forma de origem

energética, prevendo-se para 2020 (dados orçamentais do governo da RP Chinesa) uma

capacidade total de produção de energia que chega a 200 mil MW, cerca de 60% da

capacidade total global atual.

Figura 17 - Portugal – Capacidade geradora acumulada [18]

Considerando a realidade nacional atual (Fig. 17), Portugal encontra-se na sétima

posição como o maior transformador de energia eólica, vindo atrás de países como a

Alemanha, Espanha, Itália, França, Dinamarca e Reino Unido. Considerando o reduzido

espaço territorial, em relação a outros Estados (Alemanha, França), pode-se concluir que

apesar de não produzida muita energia, em bruto em relação aos primeiros da lista

(Espanha com 23 mil MW e sobretudo Alemanha com 33 mil MW), Portugal tem um valor de

produção/área territorial, capaz de lutar pelos primeiros lugares com as grandes potências.

No final de 2013 (dados ewea –European Wind Energy Association) a nível


nacional, são produzidos cerca de 4 mil MW de energia (1,7 % da capacidade europeia

segundo a EWEA), um valor que todos os anos tem aumentado, com um pico de

desenvolvimento entre 2004 e 2009 em que passamos de um valor de apenas 500 MW,

para os 3.500MW, uma diferença de 3 mil MW em apenas 5 anos.

Ainda comparando os resultados nacionais com os europeus, Portugal é o país com

maior nível de penetração da energia eólica, representando cerca de 17% dessa penetração

europeia, ficando apenas atrás da Dinamarca (grande apostadora na instalação de

estruturas e equipamentos na sua plataforma continental). Querendo isto dizer que Portugal

é ainda um forte apostador, na instalação e desenvolvimento no ramo da Energia Eólica.

Figura 18 - Capacidade geradora por distritos e regiões autónomas

A níveis internos, a capacidade de produção de energia de origem eólica, encontra-

se mais concentrada em certos pontos e regiões do país (Fig. 18). A maior concentração de

estruturas instaladas e em concentração observam-se nas regiões mais montanhosas e

interiores (distritos de Viseu, Vila Real, Coimbra e Castelo Branco), apesar de ainda haver

alguns focos, de produção elevada, nos distritos de Lisboa e Viana do Castelo).


É notória a contribuição do distrito de Viseu para estas estatísticas, onde a

capacidade de produção é de 934 MW. Estes valores são justificados com a enorme

concentração de parques eólicos nessa região, havendo em quase todos os pontos altos, ou

de elevado potencial, estruturas capazes de transformar a força do vento em energia. Como

exemplo da grandeza dessa concentração de estruturas instaladas, segundo a E2P

(Energias Endógenas de Portugal), no concelho de Lamego (pertencente ao distrito de

Viseu), existem 6 parques eólicos com uma capacidade total de 51,5 MW.


11. Conclusões

Desde os primórdios que o vento é usado como fonte de energia. Em Portugal, teve um

papel importante na época dos descobrimentos, desde a navegação ao desenvolvimento da

indústria, através dos moinhos de vento.

Hoje em dia, a energia eólica é utilizada para a produção de energia elétrica e tem vindo

a desenvolver-se, tornando-se uma tecnologia muito utilizada em determinados países.

Atualmente, os cientistas têm desenvolvido a tecnologia das turbinas para serem

criados parques eólicos em offshore. Nestes, a produção de energia elétrica é maior e o

impacto visual é menor.

Por outro lado, recomenda-se o uso de energias renováveis e “limpas”, ou seja, não

poluentes, como a energia eólica: a fonte energética é-nos oferecida gratuitamente, pois

trata-se de uma força da Natureza – o vento- e, é uma energia que, apesar do custo das

infraestruturas ser variável, em pouco tempo de funcionamento, recupera-se o valor

investido nas mesmas.

Uma outra ressalva que se pode fazer é o facto de ser das energias renováveis mais

utilizadas em Portugal, devido ao relevo do território e à faixa costeira. No entanto, poderia

ser ainda mais desenvolvida, principalmente em offshore, pois Portugal possui uma vasta

área costeira, nomeadamente, o Oceano Atlântico.

É uma área em franco desenvolvimento e um modo de obtermos maior independência

dos combustíveis fósseis.

A engenharia mecânica tem um impacto bastante considerável na energia eólica,

principalmente na construção dos aerogeradores. Devido à localização onde são colocados,

os aerogeradores estão sujeitos a condições atmosféricas adversas, pelo que a escolha do

material destes é bastante importante, condicionando o seu tempo de vida. Assim, a

engenharia mecânica intervém na escolha do melhor material na produção dos

aerogeradores e também na sua dimensão, proporcionando assim um melhor rendimento e

um maior tempo de vida útil. Um outro aspeto em que poderá intervir é no desenho das

peças que constituem o aerogerador, sendo que o rendimento da turbina depende

substancialmente deste fator.

Este trabalho permitiu a aquisição de novos conhecimentos sobre o tema apresentado,

bem como a realização de um relatório, uma apresentação e um póster científico. Para além

disso, permitiu a interação entre os diferentes membros da equipa, desenvolvendo, deste


modo competências sociais e relacionais.

Por fim, pode-se também concluir que a unidade curricular projeto FEUP contribuiu de

forma preponderante para o desenvolvimento do percurso académico dos estudantes, já

que permitiu a integração dos novos alunos no ambiente universitário e incremento das

competências pessoais, nomeadamente, comunicacionais. Também a semana intensiva,

dedicada exclusivamente a esta unidade curricular, permitiu que os alunos adquirissem

novos conhecimentos sobre a realização de relatórios, posters e apresentações, muito

importantes no ambiente académico.


12.Referências bibliográficas

[1] UNIVERSAL. Acedido a 1 de Novembro de 2014.

http://www.universal.pt/main.php?id=4

[2] ENEOP. Acedido a 28 de setembro de 2014. http://www.eneop.pt/

[3] FEUP. Acedido a 28 de Setembro de 2014.

http://paginas.fe.up.pt/~em02090/Documentos/final2.pdf

[4] WIKIPEDIA. Acedido a 16 de Outubro de 2014.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Painel_solar_fotovoltaico

[5] Paulo Brandao. Acedido a 28 de setembro de 2014.

https://www.flickr.com/photos/paulobrandao/2681257421/

[6] Castro, Rui. 2011. Uma Introdução às Energias Renováveis: Eólica, Fotovoltaica e

Mini-hídrica. 1ª Edição. Lisboa: IST Press.

[7] PIXABAY. Acedido a 17 de outubro de 2014.

http://pixabay.com/pt/cata-vento-energia-energia-e%C3%B3lica-123572/

[8] Wikimedia. Acedido a 17 de outubro de 2014.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wind_turbine_int.svg

[9] CRESESB. Acedido a 27 de Setembro de 2014.

http://www.cresesb.cepel.br/principal.php

[10] UFRGS. Acedido a 27 de Setembro de 2014.

http://www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/10182/000594787.pdf?...

[11] Portal Energia. Acedido a 28 de Setembro de 2014. http://www.portal-energia.com/

http://www.universal.pt/main.php?id=4

http://paginas.fe.up.pt/~em02090/Documentos/final2.pdf

http://pt.wikipedia.org/wiki/Painel_solar_fotovoltaico

https://www.flickr.com/photos/paulobrandao/2681257421/

http://pixabay.com/pt/cata-vento-energia-energia-e%C3%B3lica-123572/

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wind_turbine_int.svg

http://www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/10182/000594787.pdf


[12] Infopédia. “Protocolo de Quioto”. Acedido a 4 de Outubro de 2014.

http://www.infopedia.pt/$protocolo-de-quioto;jsessionid=Zi3ceyHKf28J9Q3HyM3yBA__

[13] Wikimedia.” Parque eólico próximo a Caen, França”. Acedido a 8 de Outubro de

2014. http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/00/%C3%89oliennes_Caen.jpg

[14] Süeddeutsche.de. Acedido a 8 de Outubro de 2014.

http://polpix.sueddeutsche.com/polopoly_fs/1.1755070.1377522179!/httpImage/image.jpg_gen/de

rivatives/640x360/image.jpg

[15] Wikimedia. Acedido a 8 de Outubro de 2014.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1b/Anemometer.jpg

[16] Wikimedia. Acedido a 8 de Outubro de 2014. “O maior complexo eólico e

capacidade de energia solar do mundo está instalada na Alemanha”.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5c/Windpark_Havelland_1.jpg

[17] Global Wind Energy Council – 2013. Acedido a 2 de Novembro de 2014.

[18] EWEA 2013. Acedido a 2 de Novembro de 2014.

[19] CE-EÓLICA. Acedido a 2 de Novembro de 2014. http://www.pucrs.br/ce-

eolica/faq.php?q=21

[20] GE REPORTS BRAZIL. Acedido a 2 de Novembro de 2014.

http://www.gereportsbrasil.com.br/post/100841197474/de-vento-em-popa-como-a-ge-esta-

transformando-as

[21] SCIELO PROCEEDINGS. Acedido a 2 de novembro de 2014.

http://www.proceedings.scielo.br/scielo.php?pid=MSC0000000022002000100028&script=sci

_arttext

[22] PLANETA VIDA VERDE. Acedido a 2 de novembro de 2014.

http://planetavidaverde.blogspot.pt/2011_03_01_archive.html

http://www.infopedia.pt/$protocolo-de-quioto;jsessionid=Zi3ceyHKf28J9Q3HyM3yBA__

http://polpix.sueddeutsche.com/polopoly_fs/1.1755070.1377522179!/httpImage/image.jpg_gen/derivatives/640x360/image.jpg

http://polpix.sueddeutsche.com/polopoly_fs/1.1755070.1377522179!/httpImage/image.jpg_gen/derivatives/640x360/image.jpg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1b/Anemometer.jpg

http://www.pucrs.br/ce-eolica/faq.php?q=21

http://www.pucrs.br/ce-eolica/faq.php?q=21

http://www.gereportsbrasil.com.br/post/100841197474/de-vento-em-popa-como-a-ge-esta-transformando-as

http://www.gereportsbrasil.com.br/post/100841197474/de-vento-em-popa-como-a-ge-esta-transformando-as



http://planetavidaverde.blogspot.pt/2011_03_01_archive.html

Documents

O papel da Engenharia Mecânica nas energias renováveisprojfeup/submit_14_15/uploads/relat_1M01... · diferentes componentes que formam um aerogerador; ... as turbinas tubulares,