Energia Eólica: Princípios e Impactos

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Tema 06 – Princípios do 
funcionamento
Bloco 1
Prof. José Paulo Diogo Júnior
Energia Eólica e Solar
W
BA0520_v1_0
Objetivos
• Noções sobre a tecnologia de 
aerogeradores.
• Princípios do funcionamento de 
aerogeradores.
• Apresentar os impactos socioambientais 
no uso de energia eólica.
Introdução
• Crescente consumo de energia elétrica 
traz um questionamento a todos os 
países: como “gerar” mais energia com 
menos impacto? 
• Esta narrativa se estende por anos 
fazendo com que muitos países passem a 
migrar sua matriz energética para fontes 
de energia renováveis e de baixo impacto 
ambiental.
Introdução
• Encontrar uma fonte de energia 
abundante e que consiga saciar a fome 
de usuários cada vez mais conectados e 
dependentes de equipamentos elétricos 
é extremamente difícil.
Aspectos gerais
• Energia eólica: inicia sua ideia com uma 
perspectiva atraente, por aproveitar uma 
fonte quase inesgotável e simples.
• Porém, existem vários impactos 
socioambientais que tal uso gera: ruídos 
e morte de animais aéreos, além de 
requerer um complexo estudo para 
viabilizar a instalação afim de maximizar a 
produção e minimizar os custos.
Tecnologia
• Quando a energia eólica passou a ser 
cogitada para a transformação da energia 
cinética dos ventos em energia elétrica 
surgiram diversos tipos de aparelhos.
• Equipamentos de eixo horizontal, eixo 
vertical, com apenas uma pá, duas e três 
pás, gerador de indução, gerador síncrono, 
entre outros. 
Tecnologia
• Ao passar do tempo foram apresentados 
projetos mais robustos.
• Eixo de rotação horizontal, três pás, 
alinhamento ativo, gerador de indução e 
estrutura não flexível.
Fonte: Adaptado de CBEE, 2000 apud ANEEL, s/d.
Dados
• Em relação à capacidade de geração 
elétrica, as primeiras turbinas eólicas 
desenvolvidas e produzidas em escala 
industrial eram de 10 a 50 kW de 
potência nominal. 
• 1990: a potência nominal destas 
turbinas saltaram para 100 a 300 kW. 
Aspectos gerais
• As primeiras turbinas utilizavam 
multiplicadores de velocidade para tentar 
aumentar a eficiência dos aerogeradores
em velocidades baixas.
Aspectos gerais
• Com a evolução da tecnologia, estes 
multiplicadores de velocidade foram 
substituídos por grandes síncronos e 
sistemas de controle permitindo um 
acionamento direto dos geradores 
com velocidades variáveis em 
qualquer tipo de gerador.
Aspectos gerais
• Em relação a aplicabilidade destes 
geradores eólicos: podem ser conectados 
à rede elétrica (on-grid) ou destinadas ao 
suprimento de eletricidade a comunidades 
ou sistemas isolados(off-grid). 
• Em relação ao local para instalação: 
podem ser em terra, conhecidos por 
onshore, ou em região marítima, 
conhecidos por offshore. 
Aspectos gerais
• Sistema offshore: custo mais elevado 
para instalação;
à potencial de geração é maior, quando 
comparados com sistemas onshore.
Aspectos gerais
• Existem 3 tipos de turbinas quando 
relacionadas ao porte:
§ Pequeno porte: Potencial nominal < 
500 kW.
§ Médio Porte: Potencial nominal 500 kW -
1 MW.
§ Grande porte: Potencial nominal > 1 MW.
Aspectos gerais
• Uso de turbinas eólicas como uma fonte 
de energia: constitui uma boa alternativa 
para diversos níveis de demanda. 
• O uso de pequenas centrais pode suprir a 
necessidade energética em locais 
distantes da rede elétrica. 
Aspectos gerais
• Centrais de grande porte: podem suprir 
altas demandas energéticas.
• Contribuindo com uma parcela significativa 
do Sistema Interligado Nacional (SIN).
• Importantes ganhos: redução de emissão 
de gases na atmosfera, redução do uso de 
usinas térmicas e diminuindo a 
necessidade de construção de grandes 
reservatórios de água para hidroelétricas.
Impactos
• Impactos socioambientais negativos: os 
sonoros e visuais. 
• Sonoros: ruído provocado pelos rotores 
acoplados às turbinas eólicas, variando 
segundo as especificações do 
equipamento.
• Podemos citar o caso das turbinas do tipo 
múltiplas pás, que são menos eficientes e 
mais barulhentas que os aerogeradores de 
hélices de alta velocidade.
• Na tentativa de evitar transtornos à 
população vizinha: o nível de ruído deve 
atender a normas e padrões 
estabelecidos pela legislação vigente.
• Impacto visual: a população vizinha tem 
reclamado do agrupamento de torres e 
de aerogeradores, principalmente em 
parques eólicos.
Impactos
• Não há alternativa: sendo que alguns 
países estão preferindo as instalações 
offshore para amenizar este tipo de 
impacto.
• Existe uma crescente percepção de que 
parques eólicos onshore têm criado uma 
crescente demanda de turistas na região, 
podendo assim gerar renda, empregos e 
promovendo o desenvolvimento regional.
Impactos
• Outro impacto negativo é a possibilidade 
de interferências eletromagnéticas, que 
perturbam a transmissão de dados que 
podem piorar ou até mesmo bloquear o 
acesso ao sinal de rádio, televisão e 
celulares. 
• Estas interferências podem ter grandes 
variações dependendo do material 
utilizado na fabricação das pás, local da 
instalação do parque eólico e 
equipamentos das turbinas eólicas.
• Possível impacto ambiental: interferência 
em rotas de vôos de aves, sendo este tipo 
de impacto ambiental crucial.
• Morte de pássaros ao se chocarem com os 
aerogeradores, pode ocorrer de o 
equipamento ser avariado ao ponto de ser 
necessária a troca das pás.
• Gerando um custo de manutenção ao 
equipamento e de não funcionamento 
durante um determinado tempo.
Impactos
Tema 06 – Princípios do 
funcionamento
Bloco 2
Prof. José Paulo Diogo Júnior
Energia Eólica e Solar
Tipos de sistemas eólicos
• Existem três tipos de sistemas eólicos: 
sistemas isolados, sistemas híbridos e 
sistemas de injeção na rede.
• Sistema isolado: off-grid é aquele que não 
tem qualquer contato com a rede elétrica 
de distribuição de energia. 
Tipos de sistemas eólicos
• Existem três tipos de sistemas eólicos: 
sistemas isolados, sistemas híbridos e 
sistemas de injeção na rede.
• Sistema isolado: off-grid é aquele que não 
tem qualquer contato com a rede elétrica 
de distribuição de energia.
Tipos de sistemas eólicos
à a energia gerada pelos aerogeradores é 
armazenada em baterias estacionárias, para 
a energia elétrica poder ser utilizada em 
momentos de não geração por falta de 
condições mínimas de vento.
• Para poder utilizar a energia dos 
aerogeradores: necessário alterná-la de 
corrente contínua, corrente gerada pelas 
turbinas eólicas, para corrente alternada, 
corrente utilizada na maioria dos 
equipamentos elétricos (a corrente 
alternada é o tipo de corrente utilizada na 
transmissão de energia elétrica da rede).
Tipos de sistemas eólicos
• Para que isto ocorra: uso de um inversor 
senoidal de corrente. 
• O equipamento é conhecido por ser 
senoidal, pois a energia consumida no 
Brasil é referente à60Hz, como foi 
instituída por Castelo Branco através da lei 
no 4.454 de 6 de novembro de 1964,...
Tipos de sistemas eólicos
(continua)
• ...quando olhados em um osciloscópio 
revelam um gráfico na forma de seno, 
sendo esta então a função de um 
osciloscópio, transformar a energia 
gerada por uma turbina eólica igual a 
energia da rede elétrica.
Tipos de sistemas eólicos
• Sistemas híbridos: produzem energia 
elétrica em simultâneo com outra fonte 
eletroprodutora.
• Esta fonte secundária pode ser de origem 
fotovoltaica, geradores elétricos de diesel, 
entre outros.
Tipos de sistemas eólicos
• Neste tipo de sistema o funcionamento 
é similar ao sistema isolado, a única 
diferença é que neste caso as baterias 
são carregadas por mais de um tipo degerador.
Tipos de sistemas eólicos
• Sistema de injeção na rede: grid-tie é um 
sistema que ao gerar energia elétrica a 
“injeta” na rede elétrica pública, utilizando 
a rede para transmitir a energia gerada.
• Este é o caso mais comum quando se trata 
de aerogeradores de alta tensão. 
Tipos de sistemas eólicos
Aspectos gerais
• A energia eólica é a energia cinética do ar 
em movimento, sendo transformada em 
energia cinética de rotação nas pás, que 
devido ao contato com os geradores é 
transformada em energia elétrica. 
• O movimento do ar, ou deslocamento de 
massa de ar, é causado pelo aquecimento 
diferenciado na superfície da Terra.
Aspectos gerais
• Pelo fato da Terra não ser uniforme, 
ocorre uma desigualdade na distribuição 
da incidência de energia solar que chega 
até a Terra, provocando assim pontos de 
diferentes temperaturas na superfície.
• Através de anemômetros instalados por 
diversas instituições espalhadas pelos país, 
cada um com objetivos diferentes, a 
energia eólica é capaz de ser medida e 
quantificada por toda a extensão do 
território nacional.
Aspectos gerais
• Estes equipamentos medem a velocidade 
do vento em m/s, mas também pode ser 
medido em outras unidades como km/h e 
nós, necessitando apenas serem 
convertidas.
Aspectos gerais
• A quantidade de instituições que coletam 
dados relacionados a velocidade do vento 
no Brasil é enorme.
• Instituto Nacional de meteorologia 
(INMET), Instituto Nacional de Pesquisas 
Espaciais (INPE), concessionárias de 
energia elétrica, entre outros.
Aspectos gerais
• Através desta coleta constante de dados 
dos ventos foi possível concluir que a 
disponibilidade energética do vento 
geralmente não é constante durante o 
ano todo.
• Podendo ser estas variações referentes a 
alterações: climáticas, microclima, brisa 
terrestre e marítima, rajadas de ventos, 
entre outros fatores.
Aspectos gerais
• Princípio básico: conversão da energia 
cinética em elétrica. 
• As turbinas eólicas são produzidas com pás 
giratórias para que com a incidência do 
vento seja criado um movimento de 
rotação, transmitindo esta energia giratória 
para o gerador que, através do processo 
de conversão eletromecânica, produzirá 
uma potência elétrica de saída.
Aspectos gerais
• Estas pás são aerodinâmicas que 
funcionam pelo princípio físico da 
sustentação à exatamente o mesmo 
princípio utilizado em asas de aviões.
Aspectos gerais
Bernoulli
• O princípio de Bernoulli: equação de 
Bernoulli ou Trinômio de Bernoulli, ou 
ainda Teorema de Bernoulli.
• Descreve o comportamento de um 
fluido movendo-se ao longo de uma linha 
de corrente e traduz para os fluidos o 
princípio da conservação de energia.
• A força de sustentação: perpendicular ao 
fluxo do vento resultante na pá (Vres).
• Resultado da subtração vetorial da 
velocidade do vento incidente (VW) com a 
velocidade tangencial da pá da turbina 
eólica (Vtan):
Aspectos gerais
• Vtan: produto da velocidade angular do 
rotor (Wrotor) pelo raio do rotor:
Vtan = Wrotor . Raio
• A força de arrasto: produzida na mesma 
direção de Vres. A resultante das 
componentes da força de sustentação e 
de arrasto na direção Vtan, produz o 
torque (Tmec) da turbina eólica.
• A potência mecânica (Pmec) extraída do 
vento é igual ao torque vezes a 
velocidade angular do rotor:
Pmec = Tmec . Wrotor