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PROJETO DE UMA TURBINA EÓLICA DE EIXO
HORIZONTAL PARA REGIÃO LITORÂNEA DO ESTADO
DO RIO DE JANEIRO
FILIPPO DOS SANTOS CORRÊA
Projeto de Graduação apresentado ao Curso de
Engenharia Mecânica da Escola Politécnica,
Universidade Federal do Rio de Janeiro, como
parte dos requisitos necessários à obtenção do
título de Engenheiro.
Orientador:
Prof. Armando Carlos de Pina Filho, D.Sc.
RIO DE JANEIRO
SETEMBRO 2017
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
Departamento de Engenharia Mecânica
DEM/POLI/UFRJ
PROJETO DE UMA TURBINA EÓLICA DE EIXO HORIZONTAL
PARA REGIÃO LITORÂNEA DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO
Filippo dos Santos Corrêa
PROJETO FINAL SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO DEPARTAMENTO
DE ENGENHARIA MECÂNICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS
REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE
ENGENHEIRO MECÂNICO
Aprovado por:
Prof. Armando Carlos de Pina Filho, D.Sc. (Orientador)
Prof. Fábio da Costa Figueiredo, D.Sc.
Prof. Fernando Pereira Duda, D.Sc.
RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL
SETEMBRO 2017
iii
Corrêa, Filippo dos Santos.
Projeto de uma Turbina Eólica de Eixo Horizontal para Região
Litorânea do Estado do Rio de Janeiro / Filippo dos Santos Corrêa
– Rio de Janeiro: UFRJ / Escola Politécnica, 2017.
Vi, 54 p.: il.; 29,7 cm
Orientador: Armando Carlos de Pina Filho
Projeto de Graduação – UFRJ / Escola Politécnica / Curso de
Engenharia Mecânica, 2017.
Referências Bibliográficas: p. 50-51.
1. A Energia Eólica. 2. Aerogerador. 3. Projeto do Aerogerador.
4. Documentação Gráfica do Projeto. 5. Conclusão. 6. Anexos. I.
Pina Filho, Armando Carlos de. II. Universidade Federal do Rio
de Janeiro, Escola Politécnica, Engenharia Mecânica. III. Projeto
de uma Turbina Eólica de Eixo Horizontal para Região Litorânea
do Estado do Rio de Janeiro.
iv
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica / UFRJ como parte
dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Mecânico.
PROJETO DE UMA TURBINA EÓLICA DE EIXO HORIZONTAL
PARA REGIÃO LITORÂNEA DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO
Filippo dos Santos Corrêa
Setembro 2017
Orientador: Armando Carlos de Pina Filho
Curso: Engenharia Mecânica
Com o aumento da preocupação em relação às questões climáticas do aquecimento
global, o Brasil e vários outros países do mundo tem investido fortemente no
desenvolvimento de fontes alternativas de energia. A geração de energia eólica é uma
das fontes alternativas mais limpas e que mais se destaca, devido as suas inúmeras
vantagens. Esse trabalho tem como o objetivo o projeto mecânico de um aerogerador de
médio porte de eixo horizontal utilizando como referência as condições da região
litorânea do estado do Rio de Janeiro, que transforma a energia eólica em elétrica. É
feita uma pequena introdução sobre a energia eólica no Brasil e no mundo, uma
explicação sobre os tipos de aerogeradores existentes e em seguida apresenta o
dimensionamento e desenhos dos principais elementos do aerogerador, utilizando dos
conhecimentos adquiridos ao longo do curso de graduação em engenharia mecânica. O
projeto foi bem sucedido, cumpriu as exigências iniciais, encontrando coeficientes de
segurança adequados para as diversas situações.
Palavras-chave: Energia Eólica, Aerogerador, Eixo Horizontal, Projeto Mecânico.
v
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of
the requirements for the degree of Mechanical Engineer.
MECHANICAL DESIGN OF A HORIZONTAL AXIS WIND TURBINE
TO THE COASTAL REGION OF THE STATE OF RIO DE JANEIRO
Filippo dos Santos Corrêa
Setember 2017
Advisor: Armando Carlos de Pina Filho
Course: Mechanical Engineering
With the increasing concern about global warming climate issues, the Brazil and several
other countries around the world have been investing heavily in the development of
alternative energy sources. The wind power generation is one of the cleanest and most
prominent alternative energy sources, due to its many advantages. This project has as its
objective the mechanical design of a medium-sized wind turbine using a horizontal axis,
and as reference the conditions of the coastal region of the state of Rio de Janeiro,
which turns wind energy into electricity. A small introduction is made on wind energy
in Brazil and in the world, an explanation about the types of existing wind turbines and
then presents the sizing and drawings of the main elements of the wind turbine, using
the knowledge acquired during the mechanical engineering graduation course. The
project was successful, meting the initial proposed requirements and finding adequate
security coefficients for the different situations.
Keywords: Wind Power, Wind Turbine, Horizontal Axis, Mechanical Design
vi
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO..........................................................................................................1
1.1. MOTIVAÇÃO E OBJETIVO...................................................................................1
1.2. A ENERGIA EÓLICA..............................................................................................1
1.3. POTENCIAL ENERGÉTICO...................................................................................3
1.3.1. POTENCIAL ENERGÉTICO NO BRASIL..........................................................3
1.3.2. POTENCIAL ENERGÉTICO NO MUNDO.........................................................6
1.3.3. POTENCIAL DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO............................................7
1.4. AEROGERADOR.....................................................................................................9
1.4.1 - TURBINA EÓLICA DE EIXO HORIZONTAL (HAWT).................................10
1.4.2 - TURBINA EÓLICA DE EIXO VERTICAL (VAWT).......................................12
2. PROJETO DO AEROGERADOR..........................................................................15
2.1. DADOS INICIAIS...................................................................................................15
2.2. ESTIMATIVA DA POTÊNCIA..............................................................................15
2.3. DIMENSIONAMENTO DAS PEÇAS....................................................................20
2.3.1. SELEÇÃO DO AEROFÓLIO...............................................................................20
2.3.2. PÁ DO ROTOR.....................................................................................................24
2.3.3. BOSSO (HUB) .....................................................................................................28
2.3.4. EIXO DE BAIXA..................................................................................................29
2.3.5. SISTEMAS DE APOIO........................................................................................32
2.3.6. CHAVETAS..........................................................................................................37
2.3.7. SISTEMA DE TRANSMISSÃO E GERADOR...................................................39
2.3.8. NACELE...............................................................................................................40
2.3.9. CHASSI.................................................................................................................41
2.3.10. SISTEMA DE GUINADA (YAW) ....................................................................42
2.3.11. TORRE................................................................................................................43
3. DOCUMENTAÇÃO GRÁFICA DO PROJETO...................................................48
4. CONCLUSÃO............................................................................................................49
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS....................................................................50
6. ANEXOS....................................................................................................................52
1
1. INTRODUÇÃO 1.1. MOTIVAÇÃO E OBJETIVO
Na atualidade, devido ao aumento da preocupação global em relação às
questões ambientais defende-se cada vez mais a busca pela substituição da fonte de
energia de origem fóssil por uma fonte renovável, a fim de reduzir problemas como o
aquecimento global e o efeito estufa.
Pode-se observar uma grande mudança nos últimos anos nas principais fontes
de matrizes energéticas em diversos países do mundo, com a redução da utilização de
fontes como o petróleo e gás natural, e um aumento nas fontes eólicas, solares,
biomassa e biocombustível.
O Brasil é um país com um vasto território, uma grande costa litorânea , grande
incidência solar que contribui para a formação de vento e consequentemente possuindo
um excelente potencial eólico.
Assim levando em conta a atual mentalidade da utilização de fontes renováveis
e as características do nosso país, este trabalho consiste em um projeto de um
aerogerador de eixo horizontal de médio porte, levando em conta como base de dados a
costa litorânea do estado do Rio de Janeiro.
O trabalho apresenta uma breve introdução sobre a energia eólica, o potencial
energético no Brasil e no mundo, informações gerais sobre aerogeradores, na parte do
projeto será abortado inicialmente um estudo aerodinâmico seguido do
dimensionamento dos componentes mecânicos.
1.2. A ENERGIA EÓLICA
A Energia eólica é a energia que provém da radiação solar, em vista que os
ventos são gerados pelo aquecimento não uniforme da superfície terrestre, o vento é
uma forma de energia cinética esta pode ser captada e transformada em outros tipos de
energia dependendo da finalidade desejada.
2
Esta transformação pode ocorrer com a utilização de diversos equipamentos,
entre eles tem-se: os aerogeradores que transformam a energia cinética em energia
elétrica, os moinhos de vento que a transformam em energia mecânica ou ainda as velas
utilizadas para impulsionar embarcações. A figura 1 apresenta um exemplo de um
moinho de vento com um parque eólico moderno ao fundo.
Figura 1 - Moinho de vento e com um parque eólico ao fundo, nos Países Baixos [1]
A utilização da energia eólica possui inúmeras vantagens quando comparadas
com as energias tradicionais e mesmo quando comparada com outros tipos de energias
renováveis.
Entre as principais vantagens da energia eólica têm-se inicialmente as questões
ambientais, ela é considerada como uma das formas mais limpa de energia pelo fato de
não emitir poluentes, e quando comparada a solar, outra que está entre as mais limpas
formas de energia, a eólica não possui necessidade da retirada de silício do solo para a
fabricação de placas solares, que é uma atividade que causa certo impacto ambiental.
A energia eólica é uma fonte inesgotável de energia, ela não inutiliza grandes
áreas para a sua instalação como é o caso com as hidrelétricas, que causam um grande
impacto ambiental. A área dos parques eólicos podem ainda ser utilizada para a
agricultura ou a criação de gado, ela gera emprego, investimentos em regiões
desfavorecidas e benefícios financeiros, possui excelente rentabilidade do investimento
recuperando em poucos meses os gastos da fabricação, instalação e manutenção.
3
Apresentam baixo custo de manutenção quando comparado aos outros tipos de
usinas de energia, que exigem cuidados e tratamento mais caros.
Quando observado a um nível de estado, sua implementação reduz a
dependência externa do país em relação a combustíveis fósseis, como o petróleo.
Gerando certa poupança devido à menor aquisição de direitos de emissão de CO2 para
cumprir o protocolo de Quioto e redução das penalizações por não cumprir. Podendo
ainda atribuir parte da cota da redução de GEE (gases de efeito estufa) para outros
setores da atividade econômica caso necessário.
Entre as desvantagens da utilização da energia eólica tem-se a dependência de
condições climática, que variam durante o ano, que pode assim criar certas dificuldades
caso ela seja a principal fonte de energia para certa região.
Causam ainda certo impacto visual para os moradores locais, além de causar
impactos sonoros, ruídos devido a operação, e podendo também afetar os pássaros da
região que podem ser pegos pelo giro das pás.
1.3. POTENCIAL ENERGÉTICO
1.3.1. POTENCIAL ENERGÉTICO NO BRASIL
O Brasil é um país que possui um grande potencial em energia eólica, segundo
um estudo realizado pelo centro de pesquisa de energia elétrica da Eletrobrás, o
território brasileiro tem capacidade de gerar até 300 GW, mas a capacidade instalada
atualmente é de apenas 10,75 GW, que representa 3,6% do potencial máximo.
O potencial eólico é mais intenso durante os meses de junho a dezembro,
coincidindo com o período de menor intensidade de chuvas, assim sendo uma excelente
opção de investimento em vista que a maior parte da matriz energética brasileira é
proveniente de hidrelétricas, como pode ser observado na figura 2.
4
Figura 2 – Gráfico da matriz energética brasileira (2016) [2]
O primeiro aerogerador instalado no Brasil ocorreu em 1992, localizado no
arquipélago de Fernando de Noronha (Pernambuco). A turbina eólica, com capacidade
de 225 KW, entrou em operação após 2 anos, sendo conectada no sistema elétrico do
país na cidade de Gouveia – MG. Ela foi o resultado de uma parceria entre o Centro
Brasileiro de Energia Eólica (CBEE) e a Companhia Energética de Pernambuco
(CELPE), com um financiamento do instituto dinamarquês Folkecenter, sendo o
primeiro aerogerador comercial a entrar em operação na América do Sul.
Devido à falta de incentivos pelo governo, durante os próximos 10 anos pouco
se investiu na energia eólica como fonte alternativa de energia, entretanto esse cenário
muda com a crise energética de 2001. A crise do apagão, como ficou conhecida, ocorreu
devido a uma soma de fatores, entre eles pouca chuva, falta de planejamento e
investimento em geração e transmissão de energia pelo governo.
A crise leva o governo a criar o Programa Emergencial de Energia Eólica
(PROEÓLICA), incentivando a contratação de empreendimento de geração de energia
eólica no país. O programa teve como objetivo a contratação de 1050 MW de projetos
até dezembro de 2003. Essa primeira medida levou em conta a excelente sinergia da
energia eólica com a hidrelétrica, comentada anteriormente. Entretanto esse programa
não conseguiu obter o rápido resultado esperado e foi substituído pelo Programa de
5
Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica (PROINFA), com o objetivo de
aumentar a participação da energia elétrica produzida por empreendimentos de
produtores independentes autônomos, concebidos com base em fontes eólica, pequenas
centrais hidrelétricas e biomassa. Com garantia de compra da energia gerada por 20
anos e de financiamento de até 80% do empreendimento pelo BNDES, esse programa
consiste na implantação de 3330 MW de capacidade, distribuídos igualmente entre as
fontes de energia participantes. O PROINFA abriu caminho para a fixação da indústria
de componentes e turbinas eólicas no país.
Apesar do sucesso obtido pelos programas onde a produção de energia eólica
nacional passou de 22 MW (em 2003) para 600,8 MW (em 2009), apenas no final de
2009 que o governo cria outra medida governamental que impulsiona o
desenvolvimento da energia eólica no país, o segundo Leilão de Energia de Reserva
(LER). Este foi o primeiro leilão comercial exclusivamente voltado à fonte eólica, o 2º
LER foi um sucesso com a contratação de 1,8 GW, assim incentivando novos leilões
que aumentaram significativamente a produção da energia eólica brasileira.
Em agosto de 2010 ocorre o 3º LER juntamente com o Leilão de Fontes
Alternativas (LFA) onde foram contratados 2 GW de fonte eólica. Em 2011, são
realizados mais três leilões onde foi contratado 2,9 GW, em dezembro de 2012 ocorre
outro leilão com a contratação de mais 281,9 MW.
Em 2013 foram contratados mais 4,71 GW de potencia no decorrer de três
leilões, batendo um recorde de contratação naquele ano. Em 2014 foi contratado 2,25
GW, em 2015 mais 1,2 GW, entretanto em 2016 não ocorre novas contratações. Esse
decline pode ser observado no gráfico da figura 3.
Figura 3 – Evolução da capacidade instalada no Brasil (2016) [2]
6
1.3.2. POTENCIAL ENERGÉTICO NO MUNDO
Nos últimos anos, devido ao alto custo da produção de energia e a preocupação
global em relação ao meio ambiente, juntamente com as vantagens fornecidas pela
utilização da energia eólica como fonte de energia renovável, tem levado inúmeros
países a estabelecerem incentivos regulamentando e dirigindo investimentos financeiros
a fim de estimular a geração de energia eólica. Pode-se observar esse crescimento da
capacidade eólica mundial no gráfico da figura 4.
De acordo com dados do relatório da GWEC (conselho global de energia
eólica, sigla em inglês), pode-se esperar dois tipos de cenários globais em relação ao
desenvolvimento da energia eólica mundial, de acordo com o cenário positivo relativo à
continuação da preocupação em relação à redução de CO2 na atmosfera, estima-se que o
potencial eólico chegaria em 2000 GW em 2030, isso seria 16,7-18,8% do
abastecimento global de energia, assim salvando aproximadamente 3 bilhões de
toneladas de CO2 emitidos anualmente, podendo chegar em 25-30% do abastecimento
global até 2050.
Figura 4 – Capacidade eólica instalada acumulada [5]
Até 2005 a Alemanha era o país que liderava o ranking de produção de energia
eólica, mas em 2008 ele foi ultrapassado pelos EUA. Em 2010, o ranking muda mais
uma vez apresentando a china como o maior produtor de energia eólica. Observam-se
essas mudanças pela tabela 1.
7
Tabela 1 – Ranking de países em capacidade eólica instalada [1] [5]
Já se podem identificar alguns números significativos devido ao
desenvolvimento acelerado da energia eólica em diversas partes do mundo. Em 2015,
3,7% da matriz energética global eram devido à produção eólica. Em 2016 na EU
(União Europeia) os números chegam a 10,4%, na Dinamarca 37,6%, na Austrália do
Sul chega a 49%. O numero de empregos gerados pela indústria eólica alcançou
1155000 ao final de 2016.
1.3.3. POTENCIAL DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO
O estado do Rio de Janeiro apresenta varias regiões com um bom potencial
eólico. Em um estudo realizado pelo governo do estado em parceria com a Sociedade
Fluminense de Energia (SFE) podem-se identificar três principais regiões, na figura 5,
para um bom empreendimento eólico-elétrico no estado do Rio de Janeiro.
Área 1 – Litoral Norte Fluminense: Apresenta extensa planície costeira, com
baixa rugosidade e regimes de vento propícios a aproveitamentos eólicos, com
velocidades médias anuais em torno de 6,5m/s (a 50m de altura) nas melhores áreas. É
uma região boa para a instalação de grande usinas eólicas devido a sua baixa densidade
demográfica e mais distantes subestações.
8
Figura 5 – Mapa de Áreas mais promissoras para aproveitamento eólico-elétrico [4]
Área 2 – Região dos Lagos: área litorânea de esplêndida beleza por seus
inúmeros acidentes geográficos, com densidade demográfica relativamente elevada,
próxima de subestações de médio e grande porte, com velocidades médias anuais
próximas de 7.0m/s (a 50m de altura) nas melhores áreas.
É uma região boa para a instalação de usinas eólicas de dezenas até centenas de
Megawatts, dispersas entre as oportunidades geográficas existentes. Área com tendência
a ter maior custo de terreno para empreendimentos deste tipo, mas menores custos de
interligação ao sistema elétrico.
Área 3 – Região Serrana, polígono Piraí-Vassouras-Petrópolis. Apresentam
algumas regiões propícias à instalação de usinas eólicas de pequeno e médio porte, com
velocidades médias anuais de 6.0m/s a 6.5m/s nos melhores locais, podendo ultrapassar
7.5m/s nas maiores elevações. Por serem áreas com relevo mais complexo, podem
existir potenciais dificuldades de acesso para transporte e montagem de turbinas,
interligação ao sistema elétrico e subestações eventualmente distantes.
No final de 2010, o estado do Rio de Janeiro construiu o Parque Eólico de
Gargaú, localizado na cidade de São Francisco de Itabapoana, no litoral norte
9
fluminense (área 1). O parque tem 17 aerogeradores de 1,65 MW, gerando 28 MW
diários. Ela é a primeira central geradora de energia eólica da região sudeste.
Nos anexos, tem-se tabelas com a potencia eólica instalável em diversas
velocidades de vento nas alturas de 50,75 e 100 m, das três regiões de interesse,
podendo ter uma melhor visão do potencial eólico do estado do Rio de Janeiro.
1.4. AEROGERADOR
Os aerogeradores ou turbinas eólicas são equipamentos que transformam a
energia cinética do vento em energia elétrica. Os aerogeradores podem ser separados em
dois tipos básicos, pelo modo que a turbina gira. Ela pode girar com base no eixo
horizontal, HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine), ou pode girar com base num eixo
vertical, VAWT (Vertical Axis Wind Turbine).
Os aerogeradores também podem ser classificados pelo seu tamanho e
finalidade, cada tamanho é mais indicado a um tipo de aplicação:
Pequeno porte (≤10 KW) é indicado para uso residencial, fazendas ou
sistemas isolados, os sistemas isolados utilizam normalmente alguma
forma de armazenamento da energia gerada, este armazenamento pode
ser feito pela utilização de baterias, caso for utilizado em aparelhos
elétrico, ou ainda na forma de energia potencial gravitacional, como é o
caso em algumas fazendas onde a finalidade é armazenar água
bombeada para futura utilização;
Médio porte (10-250 KW) é indicado em uma geração de energia
distribuída ou sistemas híbridos, os sistemas híbridos são desconectados
da rede convencional, e apresentam outras fontes de geração de energia,
esses sistemas são mais complexos e exigem sistema de controle para
que haja uma maximização da eficiência na entrega de energia;
Grande porte (> 250KW) é indicado em geração de energia distribuída
ou fazendas eólicas, normalmente utilizados em fazendas eólicas que
apresentas grande número de aerogeradores com um sistema interligado
a rede elétrica, embora em alguns casos pode-se utilizar aerogeradores
de grande porte em um sistema hibrido;
10
Os aerogeradores podem ainda ser classificados pelo número de pás: Monopá,
Bipá, Tripá ou Multipá. O numero de pás influencia na eficiência do aerogerador, um
menor número de pás consiste em uma maior eficiência, entretanto perde-se
estabilidade, normalmente utiliza-se o Tripá.
Por último, os aerogeradores podem ser classificados pela orientação do vento:
Upwind, quando o vento incide pela parte frontal do aerogerador, eles
precisam de um sistema de guinada (yaw) para fazer a correção da
direção do vento;
Downwind, quando o vento incide pela parte traseira do aerogerador,
sua principal vantagem é não precisar de um sistema de guinada (yaw),
pois o rotor pode ser flexível e auto orientado;
1.4.1 - TURBINA EÓLICA DE EIXO HORIZONTAL (HAWT)
Os aerogeradores de eixo do tipo horizontal são os mais comuns, grande parte
da experiência mundial está voltada para a sua utilização, são mais conhecidos e
utilizados devido a sua maior eficiência, a cada 10 m de altura a velocidade do vento
pode aumentar em até 20% e o potencial eólico em 34%, assim compensam o seu maior
custo. Pode-se observar um exemplo na figura 6.
Ele é movido por forças aerodinâmicas chamadas de forças de sustentação (lift)
e forças de arrasto (drag). Quando um elemento obstrui o movimento do vento ele sofre
a ação de forças que atuam perpendicularmente ao escoamento (forças de sustentação) e
de forças que atuam na direção do escoamento (forças de arrastro). Ambas são
proporcionais ao quadrado da velocidade relativa do vento. As forças de sustentação são
dependentes da geometria do corpo e do ângulo de ataque (formado entre a velocidade
relativa do vento e o eixo do corpo).
Os rotores que giram predominantemente sob o efeito de forças de sustentação
permitem liberar muito mais potência do que aqueles que giram sob o efeito de forças
de arrasto, para uma mesma velocidade de vento. Os rotores de eixo horizontal ao longo
do vento (aerogeradores convencionais) são predominantemente movidos por forças de
sustentação, por isso eles devem possuir um mecanismo para o ajuste da orientação.
11
Construtivamente, as pás podem ter as mais variadas formas e empregar os mais
variados materiais. Em geral, utilizam-se pás rígidas de madeira, alumínio ou fibra de
vidro reforçada.
Figura 6 – Aerogerador de eixo horizontal [6]
Quanto à posição do rotor em relação à torre, o disco varrido pelas pás pode
estar à jusante do vento (downwind) ou a montante do vento (upwind). Sistemas upwind
devem possuir um sistema de guinada (yaw), enquanto a orientação realiza-se
automaticamente nos sistemas downwind.
Os rotores mais utilizados para geração de energia elétrica são os de eixo
horizontal do tipo hélice, normalmente compostos de 3 pás ou em alguns casos
(velocidades médias muito altas e possibilidade de geração de maior ruído acústico) 1
ou 2 pás.
Os principais componentes do aerogerador de eixo horizontal são:
Rotor: as pás do rotor recebem o vento e converte a energia cinética em
energia mecânica de rotação que é transmitido para o eixo;
Eixo: faz a transmissão da rotação entre o rotor e a caixa
12
multiplicadora;
Caixa multiplicadora: Aumenta a rotação do eixo entre o Bosso (HUB)
do rotor e o gerador;
Nacele: é a carcaça de proteção montada sobre a torre, onde se situam o
gerador, caixa multiplicadora, controladores e eixo;
Gerador: é responsável pela transformação de energia mecânica em
energia elétrica;
Torre: é responsável pela sustentação de todos os outros componentes
ao solo;
1.4.2 - TURBINA EÓLICA DE EIXO VERTICAL (VAWT)
Os aerogeradores de eixo vertical têm a vantagem de não necessitarem de
mecanismos de acompanhamento para variações da direção do vento, o que reduz a
complexidade do projeto e os esforços devido às forças de Coriolis. Os rotores de eixo
vertical também podem ser movidos por forças de sustentação (lift) e por forças de
arrasto (drag). Os principais tipos de rotores de eixo vertical são Darrieus, Savonius e
turbinas com torre de vórtices.
Os rotores do tipo Darrieus são movidos por forças de sustentação, tendo assim
uma melhor eficiência do que a do tipo Savonius, podendo atingir 40% de eficiência em
ventos fortes, é constituída por duas ou três lâminas curvas (como as de um helicóptero)
de perfil aerodinâmico, atadas pelas duas pontas ao eixo vertical. Como observado na
figura 7.
Figura 7 – Aerogerador de eixo vertical do tipo Darrieus [1]
13
O rotor do tipo Savonius é um dos mais simples, confiável, e
aerodinamicamente ele é movido principalmente pela força de arrasto do ar, ele consiste
em duas ou três cavidades tendo um formato de “S” quando olhando por uma visão
superior, sua maior eficiência se dá em ventos fracos e pode chegar a 20%, devido a sua
simplicidade elas são mais baratas e começam a girar em velocidades mais baixas que
os outros tipos de aerogeradores. Como observado na figura 8.
Figura 8 – Aerogerador de eixo vertical do tipo Savonius [1]
Tem-se também os aerogeradores de eixo vertical do tipo Giromill, ele é um
subtipo da turbina Darrieus com lâminas retas em vez de curvas, como observado na
figura 9. Eles apresentam passo variável para reduzir a pulsação do torque. As
vantagens de um passo variável são: um torque de partida elevado, uma curva de torque
relativamente ampla e com uma melhor eficiência. Operam de forma eficiente com
ventos turbulentos, as velocidades das laminas são inferiores o que reduz a tensão de
flexão da lamina.
14
Figura 9 – Aerogerador de eixo vertical do tipo Giromill [1]
As principais vantagens de turbinas de eixo vertical são:
Não precisam de um sistema que ajuste a direção do vento, assim
diminuindo o custo de produção, montagem e manutenção;
Possuem a habilidade de tirar vantagem com ventos turbulentos e
rajadas, o mesmo não acontece com os horizontais, em fato essas
situações ainda aceleram a fadiga dos horizontais;
Maior facilidade de manutenção de seus componentes devido a
proximidade do solo;
Podem ser instalados de forma mais agrupada nos parques eólicos,
assim não precisando de tanto espaço, podem ainda ser instalados em
baixo dos horizontais existentes assim aumentando a eficiência do
parque;
As principais desvantagens de turbinas de eixo vertical são:
Apresentam uma menor eficiência quando comparada com as de eixo
horizontal;
As torres de sustentação são mais baixas, assim não se beneficiam de
ventos de maior velocidade;
Cargas aerodinâmicas cíclicas, que induzem a fadiga;
15
2. PROJETO DO AEROGERADOR 2.1. DADOS INICIAIS
Para o desenvolvimento do aerogerador, foi necessário determinar certas
condições iniciais. O projeto consiste de um aerogerador de eixo horizontal, de médio
porte, com três pás, utilizando as condições climáticas do litoral norte fluminense do
estado do Rio de Janeiro [4].
Assim foram determinados os seguintes dados iniciais:
Velocidade de projeto =>
Diâmetro do rotor =>
Número de pás =>
Altura da torre =>
Diâmetro do bosso =>
2.2. ESTIMATIVA DA POTÊNCIA
Para estimar a potencia de um aerogerador, deve-se começar a calcular a partir
da energia cinética de uma massa de ar com certa velocidade que passa pela área do
aerogerador. Como mostrado na figura 10.
Figura 10 – Fluxo de ar através de uma seção A [6]
16
Parte da energia cinética do vento é dissipada ao passar pela área varrida pelas
pás do aerogerador, seção A, essa parte da energia é convertida em energia mecânica
através da rotação das pás do aerogerador. Assim apenas parte da potência do vento é
aproveitada e convertida em energia elétrica, assim foi introduzido o , que é o
coeficiente da potência aproveitada.
Com o objetivo de determinar o valor máximo de , o físico alemão Albert
Betz considerou um conjunto de pás em um tubo onde representa a velocidade do
vento na região anterior às pás, a velocidade do vento no nível das pás e a
velocidade no vento após deixar as pás, conforme apresentado na figura 11.
Figura 11 – Perda da velocidade do vento ao passar por um conjunto de pás [6]
Como na figura 11, Betz assume um deslocamento homogêneo do fluxo de ar a
uma velocidade que é retardada pelo conjunto de pás, assumindo uma velocidade
a jusante das pás. Pela lei da continuidade, tem-se:
Como a redução da pressão do ar é mínima, a densidade do ar pode ser
considerada constante. A energia cinética dissipada pelo aerogerador é a diferença entre
a energia cinética a montante e a energia cinética a jusante do conjunto de pás:
A potência dissipada do vento por sua vez é dada pela derivada temporal da
energia cinética dissipada:
17
Neste ponto é necessário fazer duas considerações extremas sobre a relação
entre as velocidades e :
A velocidade do vento não é alterada ( ), neste caso nenhuma
potência é extraída;
A velocidade do vento é reduzida a valor zero ( ), neste caso o
fluxo de massa de ar é zero, o que significa também que nenhuma
potência seja retirada;
A partir dessas duas considerações extremas, a velocidade referente ao máximo
de potência dissipada é um valor entre e . Este valor pode ser calculado se a
velocidade no rotor é conhecida. A massa de ar é dada por:
Pelo teorema de Rankine-Froude [6], pode-se assumir que a relação entre as
velocidades , e é dada por:
Assim ao substituir as equações anteriores na equação da potencia dissipada,
tem-se:
,
[
] * (
)
+-
Onde:
Potência do vento=>
Coeficiente de potência=> {
*
+ [ (
)
]}
18
Figura 12 – Distribuição de em função de
[6]
Assim ao considerar em função de
tem-se:
No entanto, ao fazer a estimativa de potência para o projeto do aerogerador,
deve-se utilizar o indicado baseado no tipo de aerogerador que está sendo projetado,
ao invés de utilizar o .
Para isso utiliza-se a tabela 2 na parte de seleção de aerofólio, onde com o
, encontra-se e assim com a figura 13 obtém que para o
projeto.
19
Figura 13 – Gráfico de em função de para vários tipos de rotores [9]
Utilizando as formulas deduzidas anteriormente, tem que a potência do vento
que passa pela área do aerogerador é:
(
)
Onde:
Massa específica do ar=> kg/m3
Assim uma estimativa teórica da potência aproveitada pelo rotor do
aerogerador é:
20
2.3. DIMENSIONAMENTO DAS PEÇAS
2.3.1. SELEÇÃO DO AEROFÓLIO
Existe diversos tipo de aerofólio no mercado, neste projeto utiliza-se da tabela
2 como base para a seleção do perfil de aerofólio mais indicado para as condições de
projeto.
Com as condições iniciais de projeto, tem que o raio do rotor é de 10 m, assim
o perfil do aerofólio escolhido foi a NACA 63415, apresentando e .
A Tip speed ratio ( ) é um importante critério no projeto, ele é a razão entre a
velocidade na ponta da pá em relação à velocidade de projeto do vento.
O coeficiente de solidez ( do rotor é definido como a razão entre a área total
das pás e a área “varrida” pelas pás.
Tabela 2 – Tabela de seleção de aerofólio em função do rotor [10]
21
Tem-se:
Com isso pode-se encontrar que velocidade angular das pás do rotor é:
Figura 14 – Forças atuantes na pá do aerogerador [11]
Onde:
W= Velocidade resultante na pá [m/s]
U= Velocidade do vento [m/s]
= Velocidade linear da pá [m/s]
= Ângulo de ataque [o]
β= Ângulo de passo [o]
D= Força de arrastro [N]
L= Força de sustentação [N]
= Ângulo de escoamento [o]
Fator de interferência do escoamento axial
Com base na figura 14, pode-se calcular:
√
22
(
)
Para determinar o , com base em [12], identifica-se que a razão entre o
diâmetro do bosso e o diâmetro do rotor será 0,2. Assim calcula-se o comprimento da
corda da pá:
Calcula-se o número de Reynolds em que o aerogerador que está exposto com:
Quando analisado um perfil de aerofólio, busca-se um ângulo de ataque ( ) de
modo que maximize a relação entre o coeficiente de sustentação ( e coeficiente de
arrastro ( ). Assim utilizando um software para análise de aerofólios [16], tem-se:
Figura 15 – Gráfico de em função do para aerofólio Naca 63-415 [16]
23
Figura 16 – Gráfico de em função do para aerofólio Naca 63-415 [16]
O coeficiente de sustentação e arrastro para é:
Assim utilizando a Teoria de Glauert [11], pode-se encontrar a força normal, a
força tangencial e o torque no plano frontal do rotor:
A força tangencial ( é igual à zero no centro do rotor, devido à simetria.
Com isso a potência real no eixo de baixa e a eficiência do aerogerador são:
24
2.3.2. PÁ DO ROTOR
As pás do rotor foram modeladas com base no aerofólio NACA 63415, e terá
uma carenagem feita de fibra de vidro, por ter alta resistência mecânica e durabilidade.
Seu preenchimento será dado por uma espuma rígida de poliuretano, e para dar suporte
às forças mecânicas terão uma haste de aço AISI 4340 temperado e revenido a 315ºc em
seu interior.
Figura 17 – Modelo da pá
Dados do material:
Resistencia à tração:
Resistencia ao escoamento:
Massa específica:
Comprimento da haste: L=8 m
Largura da haste: b=0,087 m
Espessura da haste: h=0,087m
25
Utilizando do SolidWorks encontra-se a massa da fibra de vidro e do
poliuretano, assim o peso total da pá é:
A carga será distribuída uniformemente ao longo da pá, como pode ser
observado na figura 18, assim:
Figura 18 – Carga distribuída ( ) na haste e diagramas de esforços
Para a força normal e tangencial, foi considerado o pior caso, onde as forças
são aplicadas na extremidade da pá e a mesma se encontra na horizontal, assim a força
tangencial está no eixo Y com a mesma direção do peso e a força normal em X, como
pode ser observado nas figuras 19 e 20.
26
Figura 19 – Força normal na haste e diagramas de esforços
Figura 20 – Força tangencial na haste e diagramas de esforços
27
Momento de inercia da haste:
Tensão normal devido ao momento fletor :
Tensão normal devido ao momento fletor :
Tensão normal devido ao momento fletor :
Tensão cisalhante devido ao esforço cortante :
Tensão cisalhante devido ao esforço cortante :
Tensão cisalhante devido ao esforço cortante :
28
Utilizando a teoria de Von Mises:
√ (
)
Onde:
Assim tem-se que o fator de segurança da pá projetada é:
2.3.3. BOSSO (HUB)
O bosso do rotor é a parte responsável para a fixação das pás do rotor, e a
transferência do movimento de rotação do rotor ao eixo de baixa rotação. O material
usado para sua construção foi o Alumínio 6061 T6, que é um material leve e altamente
resistente.
A fixação de cada pá ao bosso é feita através de uma ligação flangeada, com
uma viga em seu interior, utilizando oito parafusos M24x140 em cada conexão.
O bosso possui um diâmetro de 4m, o cubo central do bosso tem 2,2m de
diâmetro e um furo central de 90 mm, o acoplamento do eixo de baixa no furo apresenta
um rasgo de chaveta paralelo que será calculado mais a frente. Com a utilização do
SolidWorks tem que o seu peso será:
29
Figura 21 – Modelo do bosso
Além disso, ele terá uma cúpula acoplada ao cubo central com o objetivo de
melhorar a aerodinâmica do rotor.
2.3.4. EIXO DE BAIXA
O eixo de baixa rotação é o elemento responsável para fazer a transmissão da
rotação do rotor à caixa multiplicadora. Ele está apoiado em dois mancais de rolamento,
que serão calculados mais a frente.
O material do eixo será o aço AISI 4340 temperado e revenido a 315ºc, e para
o seu dimensionamento foi utilizado o critério estático da Máxima Energia de Distorção
e o critério dinâmico de Soderberg.
Figura 22 – Esforços no eixo de baixa
30
Para o dimensionamento deve-se iniciar pela Seção 2, pois como visto em [12],
ela é a seção mais solicitada, o coeficiente de segurança mínimo para o projeto é 2.
Assim utilizando como base [12] [13]:
Momento fletor:
[ ( ) ]
Com base em [12] temos que o comprimento da seção 1 será 70% do
comprimento do bosso, assim:
Critério estático da teoria da máxima energia de distorção [13]:
,
[
]
-
,
[
]
-
Para o critério dinâmico de Soderberg [13]:
Limite de resistência à fadiga para vida infinita do material:
Como então:
Onde:
Fator de acabamento superficial –
Para superfície retificada:
31
Fator de tamanho -
Para tem-se:
Foi utilizado inicialmente , depois de calculado o novo
diâmetro com o critério de Soderberg o valor de foi recalculado, a
fim de achar um resultado mais preciso foram feitas mais duas
interações, assim:
Fator de carregamento -
Para flexão, tem-se:
Fator de temperatura -
Para Temperatura , tem-se:
Fator de confiabilidade -
Para uma confiabilidade de 99% tem-se:
Assim:
Com isso:
{
[(
)
(
)
]
}
{
*(
)
(
)
+
}
32
O valor calculado é o mínimo que a seção deve ter, o valor real será dado em
função do rolamento escolhido, assim com base nos estudos do rolamento feito a seguir,
tem-se que as dimensões da seção 2:
O comprimento da seção 2 terá o mesmo tamanho da largura do mancal de
rolamento utilizado. Neste caso:
O diâmetro da seção 1 será o mesmo que o da seção 2, pois assim garante que
ela resistirá aos esforços sofridos, já que a seção 2 é a seção de maiores esforços. Tem-
se:
Como a seção 3 será a seção de encosto do rolamento, tem-se que o valor mínimo de
com base em [17] , e como . Assim:
2.3.5. SISTEMAS DE APOIO
O sistema de apoio para o eixo de baixa velocidade será composto por dois
mancais idênticos. Será utilizado o rolamento autocompensadores de rolos da SKF. Foi
feita essa escolha devido ser um rolamento capaz de suportar alta carga radial e boa
axial.
33
Figura 23 – Forças axiais e radiais no rolamento do eixo de baixa
Figura 24 – Mancal do eixo de baixa [17]
34
Figura 25 – Rolamento do eixo de baixa [17]
Com base no catálogo [17], pode-se calcular a carga dinâmica equivalente do
rolamento que é dada por:
Onde:
Com isso:
Assim calcula-se a vida nominar com 90% de confiabilidade:
35
(
)
Onde:
, para rolamento de rolos;
(
)
Convertendo para anos tem-se:
Onde:
Para o rolamento da torre, que conecta a torre ao restante do aerogerador:
Figura 26 – Força axial e radial no rolamento da torre
36
Figura 27 – Rolamento da torre [17]
Com base no catálogo [17], pode-se calcular a carga dinâmica equivalente do
rolamento que é dada por:
Com isso:
37
Assim calcula-se a vida nominar com 90% de confiabilidade:
(
)
Onde:
, para rolamento de rolo;
(
)
2.3.6. CHAVETAS
A fixação do bosso no eixo de baixa rotação e do eixo na caixa multiplicadora
é dada pela utilização de uma chaveta. Ela será do tipo plana retangular feita de aço
AISI 4340. Assim:
Para o dimensionamento da chaveta foi utilizado os slides e notas de aula de
elementos de máquina I do professor Flávio [19], que é baseado em [13], assim com a
medida do bosso e a tabela 3:
38
Tabela 3 – Tabela de dimensões padronizadas ABNT para chavetas [19]
Para um Coeficiente de segurança CS=2, tem-se:
Tensão de cisalhamento e tensão de compressão:
39
Pela teoria da energia de distorção, a resistência ao cisalhamento:
Logo, os coeficientes de segurança de cisalhamento e compressão são:
2.3.7. SISTEMA DE TRANSMISSÃO E GERADOR
O aerogerador utiliza de um gerador elétrico para fazer a conversão da energia
mecânica de rotação do eixo em energia elétrica.
Assim para maximizar a energia gerada pelo aerogerador, primeiramente deve-
se aumentar a rotação que chega ao gerador elétrico, para isso utiliza-se de uma caixa
multiplicadora.
Além disso, é necessária a utilização de um sistema de freio, que será
responsável pela redução da rotação do eixo, caso a velocidade do vento esteja muito
elevada, para assim evitar a sua danificação.
Neste projeto foi utilizado um motor redutor da Geremia Redutores, este
consiste em um gerador elétrico acoplado a uma caixa multiplicadora e com sistema de
freio, não foi necessária a utilização de acoplamento no eixo, já que este modelo
40
apresenta eixo vazado, assim o encaixe do eixo de baixa acontece diretamente na caixa
multiplicadora do motor redutor. Ele é fixado ao chassi lateralmente com quatro
parafusos M24x60 de cada lado. Com base na rotação do eixo de baixa e a tabela 4
retirada do catálogo [18] foi escolhido o motor redutor do modelo GD 90/2R.
Tabela 4 – Tabela do catalogo de motores redutores [18]
Assim calcula-se que a potência elétrica que será entregue pelo gerador é:
2.3.8. NACELE
A nacele é a carcaça do aerogerador, ela serve como um compartimento e
proteção aos efeitos diretos do meio ambiente para os elementos do aerogerador, entre
eles o eixos, mancais, caixa multiplicadora, gerador, freio.
Ela protege esses elementos aos efeitos diretos do meio ambiente. Foi
escolhida a fibra de vidro como material, por ser leve e resistente aos efeitos climáticos.
Ele será constituído de duas peças, ela será fixada ao chassi com a ajuda de quatro
41
parafusos M24x160 e quatro porcas M24, o selamento entre as duas peças será dado por
seis parafusos M16x60 e seis porcas M16.
Figura 28 – Modelo do nacele
2.3.9. CHASSI
O chassi é a estrutura que serve como base para todos os componentes do
aerogerador. Nele serão fixados os mancais de rolamento, o nacele, o motor redutor e o
sistema de guinada, é o chassi que fixa todos os elementos do aerogerador na torre.
Ele será fabricado com Aço AISI 1030 normalizado, composto de vigas de
perfil retangular e chapas grossas que serão soldadas. No centro apresenta um tubo
flagelado que encaixa sobre o rolamento da torre. Como se pode observar na figura 26.
42
Figura 29 – Modelo do chassi
2.3.10. SISTEMA DE GUINADA (YAW)
O sistema de guinada (yaw) é o componente do aerogerador que tem como
objetivo manter o rotor sempre na direção que maximize a sua eficiência.
Foi utilizado como base para o projeto um artigo sobre a cauda de um
aerogerador [14], e a figura 30 para o seu dimensionamento. O sistema de guinada
utilizado é passivo, sendo composto de um tubo de perfil retangular fixado ao chassi
com a utilização de dois parafusos M20x170 e duas porcas M20, com uma cauda na
ponta, sendo esta soldada ao tubo retangular, e um rolamento na torre próximo ao
nacele.
Ele será fabricado em Alumínio 6061 T6 por ser leve e muito resistente, e seu
dimensionamento será:
43
Figura 30 – Dimensionamento da cauda [14]
(
)
Figura 31 – Figura da cauda do projeto
2.3.11. TORRE
A torre é o elemento que tem como função sustentar todo o aerogerador em
uma altura na qual o escoamento seja laminar, tendo em vista que o escoamento é
turbulento na região próxima ao solo devido às irregularidades do terro. Com base em
[15] tem que a altura da torre em um terreno sem obstáculos deve ser de 18,3m (60 ft)
somado do raio do rotor do aerogerador, ou 9,14m (30 ft) acima do obstáculo mais alto
44
dentro de um raio de 46,45m2 somado ao raio do rotor.
Neste projeto a torre apresenta uma altura de 50m, foi escolhida essa altura,
pois é uma das alturas dos mapas eólicos do estado do Rio de Janeiro disponível em [4].
A torre é formada por tubos cilíndricos Aço AISI 1030 normalizado de dimensões do
padrão AISI de 32`` Schedule 40, divididos em quatro partes comerciais transportáveis
unidas por flanges, a união dos flanges é feita utilizando oito parafusos M16x55 e oito
porcas M16 em cada união, e a base é fixada em fundação no solo.
Tabela 5 – Tabela de dimensões padronizada tubo de aço carbono Schedule
Dados do material:
Resistencia à tração:
Resistencia ao escoamento:
Módulo de elasticidade:
Altura da torre:
Espessura da parede do tubo:
Massa específica linear:
45
Diâmetro externo do tubo:
Diâmetro interno do tubo:
Peso da torre:
Área da seção transversal - :
Momento de inercia:
Pode-se calcular a carga crítica de flambagem pela atuação do próprio peso
[20]:
Assim o fator de segurança à flambagem ao próprio peso é:
Para calcular a carga crítica de flambagem devido às forças externas, onde é
a constante para o tipo de extremidade [13], tem-se:
46
Figura 32 – Forças Atuantes na Torre
Com base das forças atuantes na torre, tem-se que o fator de segurança a
flambagem devido a forças externas é:
Em seguida foi calculado o fator de segurança levando em conta os esforços
horizontais.
Momento fletor devido a
Esforço cortante devido a
47
Tensão devido à flexão:
Tensão devido à compressão:
Tensão cisalhante no engaste:
Com isso utilizando o critério de Máxima Energia de Distorção (MED):
√
E o fator de segurança será:
48
3. DOCUMENTAÇÃO GRÁFICA DO PROJETO
Foram dimensionados diversos componentes mecânicos e selecionados alguns
elementos comerciais. Assim é necessário que sejam feita a apresentação gráfica dessas
peças para uma melhor compreensão do tema tratado durante o projeto.
Essa documentação gráfica é encontrada em anexos, e foi elaborada seguindo
as recomendações [21] e obedecendo as normas técnicas. Nela observam-se os desenhos
técnicos referentes a um conjunto mecânico do aerogerador projetado, apresentando
lista de peças, vista frontal, superior, lateral, isométrica, uma vista de corte para uma
melhor visualização das peças.
49
4. CONCLUSÃO
Neste trabalho foi possível atingir o objetivo inicial de projetar de um
aerogerador de eixo horizontal, com base nas condições iniciais de vento e altura da
torre relativa à região do litoral do estado do Rio de Janeiro.
O principal objetivo do projeto foi o dimensionamento e desenho dos
principais elementos de um aerogerador. Foi necessário o uso do conhecimento das
diversas áreas da engenharia mecânica que foi adquirido ao longo do curso de
graduação, além do uso de livro, teses, artigos e sites especializados na internet.
Pode-se observar como o tema energia eólica e aerogeradores são importantes
no atual cenário global, com o Brasil e vários outros países investindo nesta área. Nos
leilões dos últimos anos se pode ver como o Brasil se desenvolveu neste aspecto embora
houvesse uma queda no número de novas contratações de 2016 para cá devido à crise
econômica e política que o nosso país está sofrendo.
O resultado encontrado cumpriu as exigências propostas para o projeto,
encontrando coeficiente de segurança adequado para as diversas situações, conseguindo
projetar um aerogerador com vida superior a 13 anos.
50
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Energia Eólica e Potencial Eólico, http://www.wikipedia.org/ , Acesso em
Julho 2017
[2] Associação Brasileira de Energia Eólica, http://www.abeeolica.org.br/ ,
Acesso em Julho 2017
[3] Vantagens e Desvantagens da Energia Eólica, https://www.portal-
energia.com/vantagens-desvantagens-da-energia-eolica/ , Acesso em Julho 2017
[4] Atlas Eólica do estado do Rio de Janeiro,
http://www.cresesb.cepel.br/publicacoes/download/atlas_eolico/AtlasEolicoRJ.pdf
[5] Global Wind Energy Council , http://www.gwec.net/ , Acesso em Julho
2017
[6] Centro de Referencia para Energia Solar e Eólica Sérgio Brito,
http://www.cresesb.cepel.br/ , Acesso em Julho 2017
[7] Energia Eólica no Mundo,
https://evolucaoenergiaeolica.wordpress.com/energia-eolica-no-mundo/ , Acesso em
Julho 2017
[8] Aerogeradores, http://centurionenergy.net/types-of-wind-turbines, Acesso
em Julho 2017
[9] Energy Plus, http://www.energieplus-lesite.be/index.php?id=16657 ,
Acesso em Julho 2017
[10] ERICH HAU, “Wind Turbines – Fundamentals, Technologies,
Aplication, Economics”, 2ª edição, Reino Unido, 2005
[11] TONY BURTON, NICK JENKINS, DAVID SHARP, ERVIN
BOSSANYI , Wind Energy Handbook, John Wiley & Sons, West Sussex, UK, 2a
edição.
51
[12] FLÁVIO DE MARCO FILHO, “Projeto Preliminar de Aerogeradores”,
Tese de Mestrado, UFRJ, Rio de Janeiro, 1989.
[13] RICHARD G. BUDYNAS e J. KEITH NISBETT, Elementos de
Máquinas de Shigley, 8ª ed., McGrawHill, 2011.
[14] Windynation, https://www.windynation.com/jzv/inf/wind-turbine-tail-fin-
sizing-your-wind-turbine-tail , Acesso em Julho 2017
[15] Distributed Wind Energy Association, http://distributedwind.org/wp-
content/uploads/2012/08/DWEA-Tower-Height.pdf , Acesso em Julho 2017
[16] XFLR5 - Programa de analise para aerofólio, asas e aviões,
https://sourceforge.net/projects/xflr5/ , Acesso Julho 2017.
[17] SKF – Fabricante de rolamentos e mancais, http://www.skf.com/br/ ,
Acesso Julho 2017.
[18] Geremia Redutores – Fabricante de motor redutores,
http://www.geremiaredutores.com.br/ , Acesso Julho 2017.
[19] Slides de aula de elementos de máquina I e II do Professor Flávio de
Marco Filho, http://mecanica-ufrj.educacao.ws/util/b2evolution/index.php?blog=21 ,
Acesso Junho 2017.
[20] KHENAS, S., DUNNETT, S., PIGGOTT, H., “Small Wind Systems for
Rural Energy Services”. 1ª edição, Michigan, EUA, 2010.
[21] A. C. de PINA FILHO, Apostilha de Desenho Técnico para Engenharia
Mecânica, Rio de Janeiro: Escola Politécnica, 2011.
52
6. ANEXOS
53
Corte A-AEscala 1 : 20
11 18 20
21
13 14
2425
26
6
19 12 15 16 17
2223
27
20
B
16,47
50
A
A
Detalhe BEscala 1:15
15 6
7
8
432
9
10
Chassi
2
1
1
1
2
4
3
1
Parafuso Sextavado M16x60
Aerofólio
30
6
3
24
5
4
Qtde. Componente
2
1
Parafuso Sextavado M24x140
Cúpula
Bosso
Num. Peça
1
3
Caixa Multiplicadora
14 Mancal SKF SNL 524-620
16
11
13
Parafuso Sextavado M24x160
Parafuso Sextavado M20x110
Flange Caixa-Motor
Eixo de Baixa
2
10
17
8
12
87
Porca Sextavada M16
Porca Sextavada M24
2
6
Parafuso Sextavado M24x60
9
115
Haste
Chaveta
Rolamento SKF 21320 E
4
4
Parafuso Sextavado M20x170
Tubo Retangular da Cauda
20
23
1
18 1
Porca Sextavada M20
1
Nacele19
Cauda
2
21
Motor (gerador)
22
26
1
Seção Superior - Torre
Rolamento SKF EE 655270/655345
1
24
25 1
Parafuso Sextavado M16x552427
Unidade: m
Escala: 1:500
1º Diedro
Desenho 1
UFRJProjeto Final de GraduaçãoProf. Armando Carlos de Pina Filho
Data: 01/09/2017Conjunto Aerogerador
Filippo dos Santos Corrêa
![363 de leitura])...Estrutura da Apresentação Motivação Objectivos Turbina Eólica Savonius Dimensionamento da Turbina Opções Construtivas Conclusões Estrutura da turbina 16](https://img.document.onl/doc/110x75/6071b9c95319c14e613264f3/363-de-leitura-estrutura-da-apresentao-motivao-objectivos-turbina.jpg)
