19 – Como usar os ventos para gerar energia?

Dimensionamento de energia eólica

Bom dia, pessoal. Hoje iremos discutir sobre o dimensionamento da energia eólica. Ou seja, como utilizar a energias dos ventos para consumo próprio. Assim como os capítulos anteriores, serão dados apenas os passos básicos para o dimensionamento desta fonte. Porém, já adianto que um trabalho bastante sofisticado sobre energia eólica envolve o uso de softwares e o acesso a dados de difícil acesso. Digo isso por experiência própria, por trabalhar em energia eólica tanto no aspecto energético, quanto no aspecto mais estrutural das torres eólicas.

Como funciona a energia eólica

Basicamente a energia eólica é relacionada com a velocidade dos ventos. Logo, é muito importante o conhecimento do valor da velocidade dos ventos. A potência é diretamente proporcional com a velocidade dos ventos. Isto porque a energia mecânica dos ventos atinge as pás eólicas, e as mesmas através de um rotor, convertem a energia mecânica em energia elétrica para ser utilizada. Recomendo bastante a leitura do primeiro texto sobre dimensionamento do consumo para dar prosseguimento a utilização da energia adquirida. Apesar da estrutura da eólica ser mais simples do que os dois sistemas de energia solar vistos nos textos anteriores, um dimensionamento bastante avançado exige muitos recursos que muitas vezes você não tem uma fácil acessibilidade. A imagem abaixo ilustra o funcionamento de uma turbina de uma forma detalhada, citando cada componente da torre eólica.

Velocidade dos ventos e rendimento da energia eólica

Conforme dito no paragrafo anterior, o principal motor desta fonte de energia é a velocidade dos ventos. Logo, é importante em alguns casos a determinação da velocidade de entrada do vento na turbina, tal como sua velocidade de saída. Isto pois a diferença entre ambas as velocidades influencia na potência real extraída pela turbina. Ressaltando que esta diferença é feita no próprio calculo da potência da turbina.

Logo, percebe-se que a velocidade do vento nunca que pode ser igual a de entrada, muito menos igual a zero, pois isto indicaria que a turbina funcionaria como uma barreira. Ou seja, não estar ocorrendo o deslocamento das hélices.

Sendo assim, existe um limite no qual a potência da turbina pode atingir, diretamente relacionado com estas velocidades. Este rendimento é chamado de Betz. Para qualquer trabalho próximo do real, é importante considerar que o rendimento da sua turbina sempre será abaixo (não igual) deste de Betz. Este rendimento de Betz é conhecido também em literaturas como coeficiente de potência. Em estudos mais avançados, a determinação do coeficiente é determinada através dos ângulos das pás da turbina e do raio do rotor.

A recomendação é para trabalhos mais simples considerar um valor fixo de rendimento para calcular a potência da turbina eólica. Para trabalhos mais avançados, é até recomendável o uso de um software para calcular este coeficiente e assim determinar a potência da turbina. Para tal trabalho também envolve já determinar o tipo de turbina previamente, tal como a estimativa da velocidade de entrada e de saída.

Outras considerações

*Para estudos envolvendo sazonalidade, é importante ter mais dados em especial sobre a velocidade do vento, pois a energia eólica é sazonal, possuindo valores em diferentes tempos (horas, minutos, dias, etc.). Inclusive existe uma função chamada Weibull que projeta a variação destas velocidades de vento. Esta função é muito útil para trabalhos aprofundados em relação as velocidades do vento, tal como sua energia gerada.

*Existem trabalhos em que você tem que projetar uma turbina eólica. Em outras palavras, determinar a área do seu rotor, tal como simular esta turbina. Tal simulação envolve a projeção de gráficos envolvendo força da pá, ângulo de ataque, dentre outros. Em outras palavras, para checar as condições operacionais da turbina.

*É importante saber a área em que a energia será colocada. Isto pois dependendo do ponto, haverá diferentes velocidades para o vento atingir a turbina. O mesmo pode se dizer sobre a altura da torre eólica.

*Finalmente, é importante dimensionar os outros componentes do sistema eólico além das turbinas, como o banco de baterias, inversores, dentre outros componentes que ajudam na transmissão de energia.

Conclusão

Enfim, este foi um guia de como montar um sistema eólico. Ressaltando que diferente das energias anteriores, esta energia tem um leque para estudos bastantes aprofundados. Tais estudos podem envolver não só dimensionamento de sistemas energéticos, mas também de montagem de componentes deste sistema (como as próprias torres). Os links na descrição são estudos de dimensionamento da energia eólica. Até a próxima e bons estudos.

Exemplos de estudo eólico

AMARAL, B. M. Modelos VARX para geração de cenários de vento e vazão aplicados à comercialização de energia. Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, 2011.

DUTRA, R. Energia Eólica: Princípios e Tecnologia. CRESESB, 2008.

FERREIRA, F. B. Dimensionamento de um sistema de geração de energia elétrica integrado com energia solar e eólica utilizando o software RETSCREEN. Universidade Federal do Pampa, 2015.

JUNIOR, E. R. N. Metodologia de projeto de turbinas eólicas de pequeno porte. Universidade do Estado do Rio de Janeiro, 2008.

MEDEIROS, A. E. DA S. Aproveitamento eólico para uma vila de pescadores. Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2012.

Rafael Henrique

Sou graduado em Engenharia de Energia pela PUC Minas. Recentemente, concluí o mestrado em Planejamento de Sistemas Energéticos pela UNICAMP. Decidi dar inicio a este blog, com o intuito de abrir o espaço de divulgação científica relacionado a energia e seus temas relacionados.

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1 Resultado

  1. 5 de abril de 2020

    […] temos inclusive dicas de dimensionamento de sistemas limpos, como a solar e a eólica. E também falamos sobre a importância de se estudar o consumo. Não podemos também nos esquecer […]

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