ESTUDO DE MECANISMO APLICADO NA GERAÇÃO DE ENERGIA A PARTIR DE CORRENTES OCEÂNICAS. Guilherme Amaral do Prado Campos

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1 ESTUDO DE MECANISMO APLICADO NA GERAÇÃO DE ENERGIA A PARTIR DE CORRENTES OCEÂNICAS Guilherme Amaral do Prado Campos Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica, COPPE, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Engenharia Mecânica. Orientador: Max Suell Dutra Rio de Janeiro Dezembro de 2013

2 ESTUDO DE MECANISMO APLICADO NA GERAÇÃO DE ENERGIA A PARTIR DE CORRENTES OCEÂNICAS Guilherme Amaral do Prado Campos DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO INSTITUTO ALBERTO LUIZ COIMBRA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA DE ENGENHARIA (COPPE) DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS EM ENGENHARIA MECÂNICA. Examinada por: Prof. Max Suell Dutra, Dr.-Ing. Prof. Felipe Maia Galvão França, Ph.D. Prof. Jules Ghislain Slama, D.Sc. Prof. Luciano Santos Constantin Raptopoulos, D.Sc. RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL DEZEMBRO DE 2013

3 Campos, Guilherme Amaral do Prado Estudo de Mecanismo Aplicado na Geração de Energia a Partir de Correntes Oceânicas/ Guilherme Amaral do Prado Campos. Rio de Janeiro: UFRJ/COPPE, XVI, 125 p.: il.; 29,7 cm. Orientador: Max Suell Dutra Dissertação (mestrado) UFRJ/ COPPE/ Programa de Engenharia Mecânica, Referências Bibliográficas: p Energia de Correntes de Marés e Oceânicas. 2. Hidrofólio Oscilante. 3. Mecanismo Passivo de Inversão da Asa. I. Dutra, Max Suell. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE, Programa de Engenharia Mecânica. III. Título. iii

4 A minha esposa pelo companheirismo e incentivo durante esse período de mestrado. Aos meus pais pelo apoio e compreensão. E em memória do meu avô Sobral pelo exemplo de vida. Cercado de honestidade, caráter e respeito ao próximo. iv

5 Agradecimentos Meus agradecimentos ao meu orientador, professor Max Suell Dutra, pela oportunidade que me foi oferecida de realizar minha tese de mestrado em um dos laboratórios mais conceituados da COPPE/UFRJ, Laboratório de Robótica (LabRob). Agradeço ao diretor da Natec Equipamentos, Juan Martinez, por permitir a flexibilização do meu horário de trabalho e a CEO da empresa, Eloísa Rocha, pela confiança e compreensão. Além dos meus companheiros de trabalho pela troca de conhecimento. Agradeço ao meu amigo Leonardo Pinhel, que nos momentos críticos dessa dissertação esteve ao meu lado, ajudando através de discussões extremamente esclarecedoras. Agradeço ao meu amigo Fabrício Lopes e Silva, por me ajudar na proposta dessa dissertação, com discussões técnicas e companhia no LabRob. À minha família e amigos, que souberam compreender as razões que me levaram a fazer o mestrado. A minha mãe e meu pai pelos seus conselhos, sabedoria e carinho. Eles são os responsáveis pela formação do meu caráter e princípios. À minha esposa, Bruna, por me manter cheio de força para andar em frente apesar das diversidades. Sua força, personalidade e carinho me trouxe equilíbrio pra conseguir finalizar essa dissertação. Guilherme Amaral do Prado Campos v

6 Resumo da Dissertação apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M.Sc.) ESTUDO DE MECANISMO APLICADO NA GERAÇÃO DE ENERGIA A PARTIR DE CORRENTES OCEÂNICAS Guilherme Amaral do Prado Campos Dezembro/2013 Orientador: Max Suell Dutra Programa: Engenharia Mecânica Este trabalho tem como objetivo o estudo dos atuais sistemas de geração de energia por fontes oceânicas e o desenvolvimento de um projeto conceitual de um Hidrofólio Oscilante. Esse dispositivo é uma alternativa às turbinas horizontais e verticais que, na área de geração de energia por correntes oceânicas. A opção pelo Hidrofólio está pautada na vantagem de gerar o menor impacto ambiental aos seres marinhos, visto que o seu movimento oscilatório é menos nocivo do que o movimento giratório das turbinas. Foram discutidos no projeto conceitual, os mecanismos de inversão e o mecanismo de acionamento da transmissão. No mecanismo de inversão foi desenvolvido um conceito passivo de inversão utilizando as forças hidrodinâmicas, já no mecanismo de acionamento adotamos uma solução de transmissão por correntes. vi

7 Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.) STUDY ON MECHANISM APPLIED POWER GENERATION FROM OCEAN CURRENTS Guilherme Amaral do Prado Campos December/2013 Advisors: Max Suell Dutra Department: Mechanical Engineering This work aims to study the current power generation systems for oceanic resources and the development of a conceptual design of an Oscillating Hydrofoil. This device is an alternative horizontal and vertical turbines in the area of power generation by ocean currents. The choice is guided by the Hydrofoil advantage of generating less environmental impact to marine life, whereas its oscillatory motion is less harmful than the rotating motion of the turbines. The mechanisms of reversal and the drive transmission mechanism were discussed in the conceptual design. In the inversion mechanism developed a passive concept of inversion using hydrodynamic forces to help in reversing already in the drive mechanism we adopt a solution of transmission chains. vii

8 Sumário Capítulo 1 As Energias Renováveis Mudando a Malha Energética Introdução Descrição dos Capítulos... 6 Capítulo 2 Energia dos Oceanos: Estado da Técnica Fontes Oceânicas Energia das Ondas Energia de Maré Energia das Correntes de Marés e Oceânicas Energia Térmica dos Oceanos Gradiente de Salinidade Conversores de Energia das Ondas Coluna de Água Oscilante Corpos Oscilantes Transbordo (Run-up) Conversores de Energia de Maré Conversores de Energia das Correntes de Marés e Oceânicas Turbinas Horizontais e Verticais Dispositivos do Tipo Venturi Hidrofólios Oscilantes Capítulo 3 Fundamentos da Hidrodinâmica e sua Aplicação na Energia dos Oceanos Conceitos Básicos Empuxo Tipos e Regimes de Escoamentos Equação de Bernoulli Número de Reynolds Cavitação Corpos Submersos Carenagem Perfis Aerodinâmicos ou Hidrodinâmicos Arrasto viii

9 Sustentação Vórtice Número de Strouhal Hidrodinâmica dos Dispositivos Dispositivos Flutuantes Hidrodinâmica dos Dispositivos com Turbinas Hidrodinâmica de Dispositivos Submersos Capítulo 4 Mecanismos Aplicados a Energia dos Oceanos Fundamentos dos Mecanismos Classificação de Mecanismos Grau de Liberdade (GDL) e Tipos de Movimento Elos e Juntas (ou Articulações) Principais Mecanismos Fundamentos da Dinâmica Cadeias Cinemáticas Modelos Cinemáticos Leis de Newton Modelos Dinâmicos Capítulo 5 Projeto Conceitual do Mecanismo Evolução do Projeto Estado da Técnica: Hidrofólios Oscilantes Principais Parâmetros dos Hidrofólios Oscilantes Modelos de Hidrofólios Oscilantes Estudados Sistema de Inversão da Asa Sistema de Acionamentos Concepção do Dispositivo Descrição Funcional Descrição do Mecanismo de Inversão Descrição do Acionamento Análise do Projeto Efeitos Hidrodinâmicos Análise Dinâmica do Hidrofólio Análise Dinâmica do Mecanismo de Inversão Análise do Acionamento Análise de Potência e Rendimento ix

10 Impactos Ambientais Capítulo 6 Conclusão Referências Bibliográficas ANEXO I TABELA CL E CD ANEXO II LISTA DE EMPRESAS APÊNDICE A CÁLCULO DA TRANSMISSÃO x

11 Lista de Figuras Figura 1.1: Investimento mundial realizado entre os anos de 2004 a 2012 em energias renováveis [1] Figura 1.2: Porcentagem dos recursos consumidos para gerar energia elétrica no mundo no ano de 2011 [1] Figura 1.3: Representa os investimentos realizados em geração de energia a partir de fontes renováveis entre 2004 e 2012, em bilhões de dólares [1]... 3 Figura 1.4: Dados da geração de energia a partir de energia eólica de 1996 a 2012 [1] Figura 1.5: Comparativo entre os Hidrofólios Oscilantes e a turbina de eixo horizontal, com mesmas capacidades [5]... 5 Figura 2.1: Evolução da Capacidade Instalada no Brasil [6] Figura 2.2: Classificação dos dispositivos para geração de energia devido à onda do mar [19] Figura 2.3: Limpet - Detalhe construtivo e funcional [20] Figura 2.4: Limpet - Equipamento instalado na ilha de Islay na Escócia [21] Figura 2.5: Oyster - Detalhe construtivo e de funcionamento [22] Figura 2.6: Oyster - Equipamento fabricado e pronto para ser instalado [23] Figura 2.7: Pelamis. (a) Detalhes da parte interna do Pelamis; (b) Detalhe da parte hidráulica [7] Figura 2.8: Pelamis. (a) Conjunto de Pelamis instalado em Portugal [divulgação]; (b) Conjunto de 40 Pelamis idealizado para gerar até 30 MW [24] Figura 2.9: Penguin - Dispositivo desenvolvido pela Wello Oy [20] Figura 2.10: Projeto do Conversor Hiperbárico, localizado no porto de Pecém no Ceará (Foto de Divulgação) Figura 2.11: Forma construtiva do Wave Dragon [25] Figura 2.12: Detalhe do fluxo de água para geração de energia através da Turbina [25] Figura 2.13: Barragem de La Rance em Brittany na França Figura 2.14: Esquema de cada dispositivo. (a) Turbina Horizontal; (b) Turbina Vertical; (c) Hidrofólio Oscilante; (d) Venturi. [20] Figura 2.15: Seagen, instalado no Norte da Irlanda, desenvolvido pela Marine Current Turbines Ltd [22] Figura 2.16: Turbina do tipo Kobold desenvolvida no projeto Enermar [28] xi

12 Figura 2.17: Turbina de Eixo Vertical desenvolvida pela Blue Energia. Detalhes construtivos [28] Figura 2.18: Turbina Helicoidal Golov - Detalhe apenas das hélices [28] Figura 2.19: Modelo em Cad 3D do Beluga 9, desenvolvido pela Alstom Hydro [20].. 28 Figura 2.20: Stingray. Detalhe dos componentes do equipamento [30] Figura 2.21: Pulse-Stream, modelo 3d, dispositivo desenvolvido pela Pulse Tidal [20] Figura 2.22: Pulse-Stream, Instalado no Humber estuário na Inglaterra [20] Figura 2.23: Biostream desenvolvido pela BioPower, detalhe do disposto e ambiente [31] Figura 3.1: Esquema do equilíbrio entre a força de empuxo e o peso do corpo Figura 3.2: Tipos de escoamentos. (a) Escoamento Laminar; (b) Escoamento turbulento Figura 3.3: Esboço do perfil com suas cotas principais e forças aerodinâmicas Figura 3.4: Detalhes das curvas que formam o perfil NACA 0015 [35] Figura 3.5: Dispositivos diferentes em construção, mas com mesmo objetivo. (a) Pelamis [43]; (b) OPT Powerbuoy [43] Figura 3.6: Conversor Hiperbárico da COPPE/UFRJ [Foto de Divulgação] Figura 3.7: Sistema de Transbordo. (a) Esquema do dispositivo [25]; (b) Wave Dragon [25] Figura 3.8: Modelos de Turbinas de Eixo Horizontal. (a) Turbina Simples (MCT); (b) Turbina dupla (MCT) Figura 3.9: Modelos de turbinas de eixo vertical. (a) Turbina de Kobold e Enermar; (b) Turbina de Gorlov Figura 3.10: Render de dois modelos atuais. (a) Oyster [40]; (b) BioWave [41] Figura 3.11: Conceitos antigos de gerador por oscilação. (a) EB Frond [42]; (b) WaveRoller [42] Figura 3.12: Esboço dos parâmetros hidrodinâmicos [44] Figura 3.13: (a) Modelo em computador e modelo real do dispositivo Stingray [45]; (b) Modelo renderizado do BioStream [41] Figura 3.14: (a) Dispositivo Pulse Tidal instalado no Estuário de Humber, UK; (b) Fazenda de Pulse-Stream em fase de desenvolvimento Figura 4.1: (a) Mecanismo de catraca [47]; (b) Roda de Genebra [47] Figura 4.2: Geradores de Retas. (a) Modelo de quatro barras de Roberts [47]; (b) Modelo de quatro barras de Chebyschev [47] Figura 4.3: Esboço dos seis pares inferiores [50]. (a) Junta de Revolução; (b) Junta Prismática; (c) Junta Helicoidal; (d) Junta Cilíndrica; (e) Junta Esférica; (f) Par Plano.57 xii

13 Figura 4.4: Mecanismo de quatro barras. (a) e (b) Tipo manivela; (c) Tipo dupla manivela [47] Figura 4.5: (a) Mecanismo biela-manivela [2]; (b) Mecanismo complexo composto por atuador [47] Figura 4.6: Fluxograma da Mecânica [46] Figura 4.7: Tipos de Cadeias. (a) Cadeia cinemática aberta [2]; (b) Cadeia cinemática fechada [47] Figura 4.8: Manipulador Serial mostrando os links e as juntas [53] Figura 4.9: Definição dos parâmetros de Denavit-Hartenberg [46] Figura 4.10: Junta Universal ou Hooke ou Cardan [46] Figura 5.1: (a) Esquema do modelo Hidrofólio [44]; (b) Movimento de pitching e heaving [29] Figura 5.2: (a) Modelo com uma placa; (b) Linhas de Corrente Figura 5.3: Modelo com uma placa. (a) Pressão do Escoamento; (b) Velocidade do Escoamento Figura 5.4: (a) Modelo com três placas; (b) Linhas de Corrente Figura 5.5: Modelo com três placas. (a) Pressão do Escoamento; (b) Velocidade do Escoamento Figura 5.6: (a) Modelo com perfil hidrodinâmico na horizontal com um braço; (b) Linhas de Corrente Figura 5.7: Modelo com perfil hidrodinâmico na horizontal com um braço. (a) Pressão do Escoamento; (b) Velocidade do Escoamento Figura 5.8: (a) Modelo com perfil hidrodinâmico na horizontal com dois braços; (b) Linhas de Corrente Figura 5.9: Modelo com perfil hidrodinâmico na horizontal com dois braços. (a) Pressão do Escoamento; (b) Velocidade do Escoamento Figura 5.10: Pressão estática máxima sobre cada modelo Figura 5.11: Pressão dinâmica máxima sobre cada modelo Figura 5.12: Projeto conceitual do Sruth Saoirse [64] Figura 5.13: Acionamento com sistema de engrenagens [65] Figura 5.14: Acionamento com sistema biela-manivela [29] Figura 5.15: Acionamento com sistema hidráulico, projeto Stingray [30] Figura 5.16: Projeto Conceitual do Hidrofólio Figura 5.17: Projeto do Sistema de Inversão da Pá Figura 5.18: Sistema de Acionamento do DGECO Figura 5.19: Limitador angular e Mola. (a) Posição final de subida; (b) Posição inicial de descida xiii

14 Figura 5.20: Sistema de Acionamento. (a) Posição de Descida transmite; (b) Posição de subida transmite Figura 5.21: Ângulo de operação do braço Figura 5.22: Diagrama de forças Figura 5.23: Coeficiente de Sustentação, NACA Figura 5.24: Coeficiente de Arraste, NACA Figura 5.25: Força de Sustentação devido à variação de ângulos do braço e para cinco velocidades do fluido no momento de subida Figura 5.26: Força de Arrasto devido à variação de ângulos do braço e para cinco velocidades do fluido no momento de subida Figura 5.27: Forças hidrodinâmicas versus o ângulo de ataque efetivo, para a velocidade de 2 m/s Figura 5.28: Movimento Oscilatório. (a) Gráfico do ângulo (em radianos) do braço; (b) Velocidade do braço, considerando a frequência de 0,5Hz Figura 5.29: Posições de angulares do Hidrofólio. (a) Posição de descida; (b) Posição de subida Figura 5.30: Força Tangencial devido à variação de ângulos do braço e para cinco velocidades do fluido no momento de subida Figura 5.31: Força Tangencial devido à variação de ângulos do braço e para cinco velocidades do fluido no momento de subida Figura 5.32: Forças de reação versus o ângulo do braço, para a velocidade de 2 m/s Figura 5.33: Torque do Hidrofólio em cada posição de operação, para a velocidade de 2 m/s Figura 5.34: Torque do Hidrofólio versus o ângulo do braço, para a velocidade de 2 m/s Figura 5.35: Mecanismo de quarto barras com Sistema de coordenadas cartesianas [66] Figura 5.36: Forças de reação no momento da inversão Figura 5.37: Força de torque gerado sobre o mecanismo de quatro barras versus o ângulo do braço Figura 5.38: Esforços sobre a mola Figura 5.39: Força da mola versus o ângulo do braço Figura 5.40: Força da mola versus o ângulo de ataque efetivo do perfil hidrodinâmico Figura 5.41: Componentes do sistema de acionamento Figura 5.42: Potência versus Posição do Hidrofólio xiv

15 Figura 5.43: Potência do Hidrofólio versus o ângulo do braço Figura 5.44: Rendimento de alguns dispositivos de geração por correntes oceânicas e/ou de marés xv

16 Lista de Tabelas Tabela 1.1: Países com sistema de geração de energia oceânica instalada [2]... 4 Tabela 4.1: Valores dos parâmetros para a Junta Universal da figura anterior Tabela 5.1: Posição versus os ângulos do dispositivo Tabela 5.2: Características do perfil hidrodinâmico Tabela 5.3: Parâmetros da Transmissão por Corrente Tabela 5.4: Parâmetros da Análise Dinâmica xvi

17 Capítulo 1 As Energias Renováveis Mudando a Malha Energética 1.1. Introdução As novas fontes de energia estão modificando o rumo da matriz energética mundial. Alguns anos atrás, a sociedade não conseguia imaginar como seria o mundo sem os recursos fósseis, visto que tal recurso monopolizava o desenvolvimento de novas tecnologias. Hoje, o investimento em fontes renováveis está crescendo e permitindo a criação de tecnologias voltadas para a sustentabilidade. Na Figura (1.1) é apresentada a progressão dos investimentos nessas fontes de energia nos últimos anos. Figura 1.1: Investimento mundial realizado entre os anos de 2004 a 2012 em energias renováveis [1]. A história do desenvolvimento mundial nos últimos dois séculos, está vinculada ao uso das fontes fósseis (basicamente, carvão e petróleo). A exploração de tais recursos foi motivo de guerras e representa expressiva influência na economia 1

18 mundial. O Petróleo, principal combustível fóssil, foi o grande responsável pelas crises energéticas mundiais, dada sua escassez e consequente alta de preços. O mundo atual está empenhado em se tornar energeticamente sustentável. As grandes potências mundiais vêm investindo nas fontes de energia renováveis, mas continuam totalmente dependentes dos combustíveis fósseis. Nenhum país que dependa de apenas um tipo de recurso energético está seguro para promover um desenvolvimento econômico sólido para o seu povo. Desta forma, os países vêm investindo na diversificação das fontes de energia como meio de ampliação da sua matriz energética. Na Figura (1.2) é apresentada a divisão de recursos utilizados na geração de energia mundial de acordo com o princípio de geração utilizado. O caminho para mudança da matriz energética é a diversificação. Figura 1.2: Porcentagem dos recursos consumidos para gerar energia elétrica no mundo no ano de 2011 [1]. A exploração de fontes de energia renováveis tornou possível a diversificação das fontes de energia, o que causou a expansão da matriz energética. A Figura (1.3) apresenta o investimento realizado em energia renovável através dos anos. 2

19 Figura 1.3: Representa os investimentos realizados em geração de energia a partir de fontes renováveis entre 2004 e 2012, em bilhões de dólares [1]. O Brasil em 2004 investia apenas 0,5 bilhões de dólares em energia renovável, já em 2012 esse investimento foi de 5,4 bilhões de dólares. Esse aumento nos investimentos permitiu que a energia eólica no Brasil e no mundo tivesse um expressivo crescimento em 16 anos (Figura 1.4). Figura 1.4: Dados da geração de energia a partir de energia eólica de 1996 a 2012 [1]. O planeta terra possui ¼ de terra e ¾ de água. Essa abundância de recursos hídricos nos levou a pesquisar sobre os oceanos e analisar como utilizá-los como fontes geradoras de energia. Pode-se dizer que os oceanos foram pouco explorados como recurso energético, visto que os primeiros dispositivos só foram desenvolvidos a partir do século XVIII. A energia dos oceanos surge como uma opção para ajudar na diversificação da malha energética. Opção que traz consigo uma grande variedade de sub fontes como: energia das ondas, energia de maré, energia de correntes de maré, energia de correntes oceânicas, energia térmica dos oceanos e gradiente de salinidade. Na tabela 3

20 (1.1) são mostrados os principais países que investiram nesse tipo de tecnologia e a capacidade até o momento instalado. Tabela 1.1: Países com sistema de geração de energia oceânica instalada [2]. Capacidade [kw] País Recurso Instalada Projetos Aprovados Bélgica Energia das Ondas Canada Correntes de Maré e Oceânicas (e correntes de rio) Energia de Maré Energia das Ondas China Correntes de Maré e Oceânicas Energia de Maré Dinamarca Energia das Ondas Nova Zelândia Energia das Ondas 2 x 20 (1 em Oregon) 220 (1 projeto) Energia de Maré (2 projetos) Holanda Correntes de Maré e Oceânicas Gradiente de Salinidade Noruega Gradiente de Salinidade 4 - Portugal Energia das Ondas Energia das Ondas Coreia do Sul Correntes de Maré e Oceânicas 1 - Energia de Maré Espanha Energia das Ondas Suécia Energia das Ondas Correntes de Maré e Oceânicas Vários dispositivos em Inglaterra Energia das Ondas 7340 teste Vários dispositivos em Correntes de Maré e Oceânicas 6700 teste 4

21 Com o objetivo de gerar o menor impacto ambiental possível, neste trabalho optou-se por utilizar um tipo de dispositivo que não tivesse movimento rotativo, pois poderia vir a ferir os seres marinhos [3]. Sendo assim, optou-se pelo mecanismo que se aproximava dos movimentos dos peixes, tal dispositivo é chamado de Hidrofólio Oscilante. A primeira publicação sobre Hidrofólio Oscilante ocorreu em 1981, feita por McKinney e DeLaurier, e utilizava o ar como fonte [4]. A partir desse momento, outros pesquisadores decidiram investir nesse tipo de dispositivo. Esse mecanismo permite a geração de energia em uma região de baixa profundidade, cerca de 20 a 30 metros. Outros tipos de dispositivos necessitam de uma maior profundidade para a mesma capacidade de geração, por exemplo, as turbinas de eixo horizontal. (Figura 1.5). Figura 1.5: Comparativo entre os Hidrofólios Oscilantes e a turbina de eixo horizontal, com mesmas capacidades [5]. O presente trabalho tem como objetivo estudar a energia dos oceanos, desenvolvendo um pré-projeto de um Hidrofólio Oscilante. Assim, será possível estudar um mecanismo capaz de inverter a posição da pá de forma passiva (controle de passo da pá), com isso, gerar energia com um grau de eficiência satisfatório e com menor impacto ambiental. Na próxima seção será descrito o que será discutido em cada capítulo. 5

22 1.2. Descrição dos Capítulos Nessa seção será possível entender como a dissertação está organizada. No Capítulo 2, energia dos oceanos estado da arte, expõe-se de forma sucinta como a energia dos oceanos é dividida e quais os principais dispositivos desenvolvidos para operar a partir de determinada fonte. No Capítulo 3, hidrodinâmica aplicada a energia dos oceanos, os conceitos básicos da hidrodinâmica e a interação fluido estrutura são esclarecidos. Além desses dois pontos busca-se entender sobre a hidrodinâmica dos dispositivos desenvolvidos ou em desenvolvimento que foram concebidos para gerar energia a partir das ondas e das correntes de maré e oceânicas. Dando continuidade, no Capítulo 4, mecanismos aplicados a energia dos oceanos, discute-se conceitos principais dos mecanismos, não só isso, buscando detalhar um pouco da dinâmica dos mesmos. Com o objetivo de desenvolver um dispositivo tecnicamente viável, será visto nesse capítulo os principais mecanismos na área de energia dos oceanos. No Capítulo 5, projeto conceitual do mecanismo, discute-se a evolução do projeto, os dados utilizados, o conceito final do mecanismo, entre outros pontos. O projeto proposto será comparado com outros para verificar sua importância mediante aos demais. Por fim, o Capítulo 6 expõe as conclusões e indica alguns pontos que podem ser desenvolvidos no futuro. 6

23 Capítulo 2 Energia dos Oceanos: Estado da Técnica 2.1. Fontes Oceânicas As fontes de energias renováveis são conhecidas há alguns séculos. Entretanto, o seu uso para geração de energia em grande escala só foi possível nas últimas duas décadas. Isto ocorreu devido a grandes investimentos, principalmente em fontes eólicas e solares. A Eólica é a fonte renovável que teve o maior crescimento na última década, sendo que só no Brasil o crescimento foi de 27,1 MW em 2005 para 2509,5 MW em 2012, ou seja um crescimento, no período de 7 anos, de 9260,1% [6]. Figura 2.1: Evolução da Capacidade Instalada no Brasil [6]. Há cerca de 10 anos dizia-se que a tecnologia em energia eólica possuía um custo elevado e baixa eficiência. Atualmente, devido às quebras de paradigmas, a tecnologia dos geradores eólicos é tão competitiva quanto uma Usina Termoelétrica, porém não polui como a mesma. 7

24 Assim como a fonte eólica, as fontes oceânicas podem representar mais um passo significativo na redução da dependência das fontes de energia provenientes de combustíveis fósseis. Os recursos que podem ser aproveitados dos oceanos são de diversos tipos. No âmbito da geração de energia podem ser divididos em: ondas, maré, correntes de maré, correntes oceânicas, diferencial de temperatura e diferencial de salinidade. Esses recursos serão tratados como uma sub fonte dos oceanos, sendo que cada tipo possui características diferentes com relação aos outros. A seguir será discutido cada tipo de energia proveniente dos oceanos Energia das Ondas As ondas dos oceanos surgem a partir da energia do sol. Os raios solares transferem sua energia térmica à atmosfera terrestre, consequentemente, a energia transferida permite uma troca de temperatura no ambiente obtendo-se um ar mais quente e outro mais frio. A partir dessas diferenças de temperaturas, surgem os movimentos dos ventos na crosta terrestre [7,8]. A interação vento-oceano se transforma na energia das ondas que pode ser decomposta em energia potencial e cinética, cujas magnitudes dependerão da velocidade e do período de vento, além do comprimento do mar que o vento sopra [9]. As ondas são uma fonte regular de energia cuja intensidade pode ser prevista com vários dias de antecedência [8]. Essas vantagens de regularidade e conhecimento prévio da intensidade permite programar o dispositivo gerador de energia para seu melhor desempenho. O potencial teórico total da energia das ondas é estimado em TWh/ano (115 EJ/ano), cerca de duas vezes o fornecimento de eletricidade mundial em Estima-se um potencial global de 500 GW possível de ser alcançado considerando-se a instalação de dispositivos na parte costeira e que os mesmos possuam um rendimento mínimo de 40%. Todos os valores são estimados em virtude das constantes mudanças climáticas do planeta que podem influenciar nas intensidades e períodos dos ventos futuros [9]. Para calcular a energia da onda para mover cada partícula de água,, é necessária a integração ao longo do comprimento de onda [10]. Para o cálculo da 8

25 integração é considerado que cada partícula diferencial se desloca de um ponto simétrico da calha para a crista da onda. Com essa abordagem é possível obter a energia potencial total referente ao comprimento de onda por unidade de comprimento de crista. Sendo assim, utilizando a conservação de energias, pode-se igualar as energias potencial e cinética. Assim, é dada pela equação (2.1) [10]. (2.1) Onde, é a energia do comprimento da onda, é a densidade da água, A é amplitude da onda e g é a aceleração da gravidade. A equação de potência por unidade de comprimento de crista ( ) é definida através da equação (2.2) [10]. (2.2) (2.3) (2.4) (2.5) Onde, é a velocidade de fase, é comprimento da onda, é a velocidade de grupo e é a potência fornecida. A equação (2.5) pode ser expressa em termos do período de onda, [10,11]. (2.6) (2.7) Onde, é a altura da onda e a série histórica é H=2A. A partir da equação de potência teórica disponível nos oceanos é possível definir que tipo de dispositivo poderá ser aplicado em determinado local. 9

26 Atualmente, existem diversos centros de pesquisas e empresas desenvolvendo projetos para geração de energia a partir da energia das ondas, estes projetos são classificados, segundo seu princípio de funcionamento, da seguinte forma: Coluna de Água Oscilante ( Oscillating Water Column, OWC); Corpo Oscilante ( Oscillating Body, OB); Transbordo ( Overtopping ). Na seção 2.2 serão discutidos os primeiros dispositivos criados para geração de energia a partir da energia das ondas, bem como alguns dos dispositivos em desenvolvimento Energia de Maré A oscilação da maré é consequência, basicamente, da lei da gravitação universal de Newton, segundo a qual as matérias se atraem na razão direta de sua massa e na razão inversa do quadrado da distância que a separa. A Lua, devido à sua proximidade, é o corpo celeste que mais influência a maré, seguindo-se o Sol, por força de sua enorme massa. A influência dos demais planetas e estrelas é bem menos significativa [12]. Essa oscilação possui um padrão previsível e de grande serventia para geração de energia elétrica. Para saber o tipo de maré de cada região é necessário que seja feito o levantamento com o objetivo de aplicar a melhor solução para geração de energia. Na seção 2.3 serão discutidos os primeiros dispositivos criados para geração de energia devido à energia de maré, além dos dispositivos em desenvolvimento Energia das Correntes de Marés e Oceânicas As correntes de marés e oceânicas possuem velocidades relativamente baixas se comparadas com a velocidade do vento. Entretanto, a densidade da água é mais de 800 vezes o valor da densidade do ar [13, 14]. Se comparadas as equivalências de velocidades de uma fonte para outra, quando o fluxo de água atinge a velocidade de 2 m/s no ar a velocidade será de 18 m/s. 10

27 As marés produzem fluxos com grande intensidade que são chamados de correntes de maré [15] e podem ser utilizados para a geração de energia. Tais correntes são causadas pela atração gravitacional entre o Sol e a Lua, como dito na seção Esta atração possui vários padrões que influenciam diretamente nas correntes de maré. A identificação destes padrões permite a observação das características que definem as condições de máxima geração de energia. Diferente das correntes de marés, as correntes oceânicas são geradas a partir de circulação oceânica, vazões de rios, movimento de marés e diferenças de níveis de temperatura e salinidade [16]. Os dispositivos para geração de energia por correntes de marés diferem em alguns aspectos dos de correntes oceânicas. Nas correntes de maré, os dispositivos deverão permitir a geração de energia nos dois sentidos do fluxo, enquanto nas correntes oceânicas os dispositivos precisam ser desenvolvidos para trabalhar em apenas sentido único de fluxo. As profundidades de atuação também são diferentes, sendo as profundidades para as correntes oceânicas maiores que as de correntes de maré, na maioria dos casos. E as velocidades nas correntes de marés, geralmente, são maiores que as de correntes oceânicas. Na Europa, o potencial das correntes de marés é de especial interesse para o Reino Unido, Irlanda, Grécia, França e Itália. Mais de 106 locais foram localizados como promissores para aplicação de dispositivos geradores de energia a partir das correntes. Estima-se que seja possível gerar até 48 TWh / ano somando todos esses locais. Outros locais no globo terrestre também possuem boas perspectivas como: China, República da Coreia, Canadá, Japão, Filipinas, Nova Zelândia e América do Sul [9]. Na seção 2.4 serão discutidos os primeiros dispositivos criados para geração de energia devido à energia das correntes de marés e oceânicas, além dos dispositivos em desenvolvimento Energia Térmica dos Oceanos O oceano é o maior coletor solar do mundo [15]. Entretanto, apenas 15% são retidos como energia térmica pelo oceano [9]. Para que seja viável a utilização dessa 11

28 fonte para geração de energia elétrica é necessário que a diferença de temperatura mínima seja 20 C e a profundidade seja por volta de 1000 m [9, 15]. O local propício para este tipo de energia é a área dos trópicos, visto que a temperatura da superfície do oceano pode chegar a 25 C, enquanto no fundo, a aproximadamente 1000 m, a temperatura fica entre 5 e 10 [9]. A energia térmica dos oceanos tem potencial global teórico entre e TWh/ano [9]. Esse potencial energético é o fator principal para o avanço das pesquisas nessa área, porém ainda existe pouco investimento para o desenvolvimento de novos dispositivos, apesar dos esforços dos pesquisadores. Os projetos, atualmente, utilizam os conceitos de caldeira bastante disseminados no ambiente fabril. O dispositivo para conversão de energia térmica pode utilizar três esquemas de conversão, assim como as caldeiras, que são: aberto, fechado ou hibrido [9]. O ciclo fechado utiliza a diferença de temperatura entre os fluidos para produzir energia, obedecendo ao ciclo de Rankine fechado. Neste, a amônia é tipicamente utilizada no ciclo de alimentação como fluido de trabalho. O grande fluxo de água quente, na superfície do mar, é usado para aquecer a amônia transformando-a em vapor. O vapor de amônia aciona uma turbina que está acoplada a um gerador elétrico. Os ciclos fechados estão entre os mais eficientes processos para geração de energia por fonte térmica [17]. Os ciclos abertos e híbridos são pouco estudados por isso não serão descritos com maiores detalhes. Este tipo de tecnologia OTEC ( Ocean Thermal Energy Conversion ) tem encontrado algumas limitações operacionais como: a manutenção de aspiradores, trocador de calor com incrustações e corrosão do sistema. Apesar desses problemas na geração de energia elétrica, existem outras formas de utilizar essa fonte, como no resfriamento do ar condicionado presente nas plataformas de petróleo [9] Gradiente de Salinidade A mistura de água doce e água do mar libera energia na forma de calor. Aproveitando o potencial químico entre as duas fontes de água, através de uma membrana semipermeável, pode-se capturar esta energia em forma de pressão, em vez de calor, que pode então ser convertido em formas de energia útil [9, 18]. Recentemente, o potencial técnico para geração de energia foi calculado em

29 TWh / ano (6 EJ / ano) [18]. Gradientes de salinidade tem potencial para gerar eletricidade, entretanto, são poucas as linhas de pesquisa nesse campo Conversores de Energia das Ondas As ondas são acumuladoras de energia cinética e potencial que podem ser aproveitadas para geração de energia elétrica. Sua utilização como fonte geradora de energia, atualmente, parece inviável devido ao seu custo. Porém, é preciso lembrar que há 15 anos, as energias eólica e solar também foram tachadas como inviáveis e hoje, em alguns países, a energia eólica é a principal fonte de energia devido a sua redução de custo e incentivos financeiros do governo. A Europa é um exemplo onde o investimento está propiciando um retorno de desenvolvimento tecnológico através do Centro Europeu de Energia Marinha (EMEC European Marine Energy Center ). A Figura (2.2) apresenta a classificação dos dispositivos para a geração de energia utilizando onda do mar. Figura 2.2: Classificação dos dispositivos para geração de energia devido à onda do mar [19]. 13

30 Coluna de Água Oscilante Os conversores OWC ( Oscillating Water Column ) são estruturas onshore ou offshore de cimento ou de aço, sendo que os dispositivos compostos de aço normalmente operam com sua estrutura parcialmente submersa. O princípio de funcionamento desse dispositivo consiste no movimento de uma coluna de ar devido à compreensão de uma coluna de líquido. Dessa forma quando a coluna de ar se move para cima e para baixo dentro do coletor uma turbina é acionada. Um detalhe dessa turbina (tipo Wells axial) é a geração de energia em ambos os sentidos, visto que o formato das pás proporciona o giro apenas em um sentido, apesar do fluxo de ar mudar de direção. A geração de energia é feita pelo gerador que se encontra acoplado à turbina. Diversos projetos OWC foram desenvolvidos e alguns construídos, porém a maioria encontra-se fora de operação. Os principais projetos foram o Energetch (na Autália), o Limpet (na Grã-Bretanha), Ilha de Pico (em Portugal) e Migthty Wale (no Japão) [19]. o Voith Hydro Wavegen (UK): A Voith desenvolveu o mais bem sucedido projeto de conversor, o Limpet. Instalado no ano de 2000, na ilha de Islay na Escócia. O dispositivo é constituído de uma carenagem de captura (ou coletor), uma turbina e um gerador. O princípio de funcionamento é idêntico ao descrito anteriormente. A grande vantagem da Voith é que ela constrói a própria Turbina de Wells cujo diâmetro é de 2,6 metros. O Limpet pode gerar até 500 kw e está conectada ao sistema elétrico da Grã- Bretanha desde 2001 [19, 20]. Essa geração de 500 kw só foi possível após vários estudos sobre qual seria o melhor local para a implantação desse tipo de dispositivo, já que o mesmo precisa ser fixado no solo costeiro (onshore) e depende de ondas com grande energia para o deslocamento de ar dentro da carenagem de captura. 14

31 Carenagem de Captura Turbina Ondas Ar Comprimido no Interior da Carenagem Figura 2.3: Limpet - Detalhe construtivo e funcional [20]. Figura 2.4: Limpet - Equipamento instalado na ilha de Islay na Escócia [21] Corpos Oscilantes Os conversores do tipo corpos oscilantes possuem uma variedade grande de dispositivos para realizar a mesma função de gerar energia elétrica a partir das oscilações das ondas. Esses dispositivos podem ser flutuantes ou submersos, sendo os flutuantes os mais estudados até o presente momento. Os flutuantes e os submersos podem ser divididos em dois tipos: os de translação vertical e os de rotação. Serão discutidos a seguir alguns dispositivos que estão sendo desenvolvidos e poderão contribuir para a geração de energia em vários países, num futuro próximo. o Aquamarine Power (UK): A Aquamarine é a criadora do Oyster. Um dispositivo desenvolvido para trabalhar de forma subaquática e que se movimenta a partir das oscilações das ondas. Ele foi concebido para operar próximo à costa e a sua profundidade de trabalho está em torno de 10 a 15 metros. Sua estrutura 15

32 principal é composta por: uma base, um arco e dois cilindros. O princípio de funcionamento do Oyster é definido pelo movimento oscilatório do oceano sobre o arco, sendo esse movimento responsável por transferir para os cilindros a energia necessária para movimentá-lo. Esse movimento axial do cilindro se assemelha ao de uma bomba alternativa. Dentro do cilindro, o seu fluido, que geralmente é a água do mar dessalinizada, é transferido para uma bomba que por sua vez, gira o eixo do gerador elétrico. Arco Cilindro Base Planta de Conversão de Energia Linha de Alta Pressão Figura 2.5: Oyster - Detalhe construtivo e de funcionamento [22]. Figura 2.6: Oyster - Equipamento fabricado e pronto para ser instalado [23]. A primeira geração do Oyster foi instalada em 20 de novembro de 2009 no European Marine Energy Centre (EMEC) em Orkey, Escócia. A segunda geração do Oyster é chamada de Oyster 800. Ele foi instalado na EMEC em 2011, porém foi em fevereiro de 2012 que a empresa conseguiu autorização para instalar mais dois dispositivos no mesmo local. A instalação de mais dois Oyster 800 possibilitou a empresa atingir sua meta inicial de projeto de testar três equipamentos em conjunto para avaliar o desempenho do sistema e atingir o objetivo do projeto de gerar 2,4MW [20]. 16

33 o Pelamis Wave Power (UK): A Pelamis Wave é a empresa responsável pelo projeto Pelamis P2. Esse projeto é a segunda geração desse tipo de dispositivo que foi desenvolvido para operar de forma semi-submersa. Sua estrutura principal é composta por cinco seções de tubos unidos por juntas de articulação que permitem a flexão em dois graus de liberdade. No interior dos tubos existem interligações hidráulicas cujos principais componentes são os cilindros, os acumuladores e os geradores elétricos. (a) (b) Figura 2.7: Pelamis. (a) Detalhes da parte interna do Pelamis; (b) Detalhe da parte hidráulica [7] (a) (b) Figura 2.8: Pelamis. (a) Conjunto de Pelamis instalado em Portugal [divulgação]; (b) Conjunto de 40 Pelamis idealizado para gerar até 30 MW [24]. Essas interligações hidráulicas permitem uma geração continua de energia conforme os movimentos das ondas. A partir desse fenômeno dos oceanos, a empresa Pelamis decidiu projetar e construir o seu primeiro dispositivo movido 17

34 pelas ondas. Atualmente, esse equipamento já foi adquirido por duas empresas: E.ON Climate and Renewables e Scottishpower Renewables. Essas empresas fizeram uma parceria visando melhorar o dispositivo através do aprendizado de cada uma. Ambas estão operando no European Marine Energy Centre (EMEC) em Orkey, Escócia. Elas estão simulando uma fazenda de geração de energia com o objetivo de avaliar a influência de cada estrutura, na geração e distribuição dessa energia. A Scottishpower Renewables espera que a partir dessa experiência seja viável a implantação de 66 Pelamis para geração de 50MW em Orkey. o Wello Oy (Finlândia): O Penguin é um navio que possui no seu interior uma massa excêntrica, semelhante a um came assimétrico. Essa massa excêntrica é a principal fonte de desequilíbrio que serve para a movimentação do eixo vertical quando as ondas interagem com o navio. O perfil do came em conjunto com a frequência e amplitude das ondas pode aumentar ou diminuir a velocidade de giro do eixo, e consequentemente, a geração de energia elétrica [20]. A empresa Wello Oy desenvolveu esse novo conceito de gerar energia em cooperação com a EMEC. O Projeto original do Penguin prevê uma carga estrutural de 1600 toneladas e um comprimento de 30 metros. O dispositivo será mantido no local através de três âncoras que permitem o seu deslocamento para que gere energia. Outro detalhe do projeto é que apenas 2 metros de sua superfície serão visíveis após sua instalação. A expectativa para esse dispositivo é gerar 0.6 MW, mesmo nos oceanos conturbados e perigosos. Gerador Elétrico Estrutura do Navio Rolamento Eixo Vertical Massa Excêntrica Figura 2.9: Penguin - Dispositivo desenvolvido pela Wello Oy [20]. Os primeiros testes foram realizados com um protótipo de escala 1:8 e foi batizado de Baby Penguin no território Finlandês. O protótipo de escala 1:1 está sendo preparado para ser instalado em Lyness Wharf, Orkney. 18

35 o LTS - COPPE UFRJ (BR): O LTS (Laboratório de Tecnologia Submarina) da COPPE/UFRJ é o responsável pelo projeto do Conversor Hiperbárico. Esse dispositivo foi projetado para instalação próxima ou distante da costa. A tecnologia brasileira é baseada na experiência que o país tem com hidrelétricas e com instalações navais do setor de petróleo. O projeto contará com 2 flutuares cuja capacidade nominal do conjunto será de 100 kw. Os elementos principais são uma turbina do tipo Pelton e uma câmara hiperbárica que injeta água sob pressão e vazão controladas. O dispositivo também é composto por um flutuador, um braço conectado ao flutuador, uma bomba hidráulica alternativa conectada ao braço, válvulas de controle e o gerador elétrico [19]. O Conversor funciona com a ação das ondas, o flutuador aciona a bomba alternativa através do braço articulado. A bomba aspira e comprime o fluído de trabalho (água num sistema fechado) que se dirige para o acumulador hidropneumático. Este se encontra pressurizado com uma mistura de água e gás nitrogênio com volume constante. A água é então liberada da câmara, sob controle de uma válvula que regulariza a pressão e a vazão para as condições ótimas para o acionamento da turbina Peltron. Esta então se move e aciona o gerador elétrico, convertendo a energia mecânica em energia elétrica [19]. Figura 2.10: Projeto do Conversor Hiperbárico, localizado no porto de Pecém no Ceará (Foto de Divulgação). 19

36 Transbordo (Run-up) Até o presente momento, existem poucos dispositivos que utilizam os conversores do tipo transbordo (run-up). Esses dispositivos podem ser do tipo estrutura fixa ou flutuante. O dispositivo que tem mostrado melhor resultado é o Dinamarques Wave Dragon. o Wave Dragon (Dinamarca): O Wave Dragon foi desenvolvido com objetivo de retirar energia de ondas de baixa crista, sendo um dispositivo que pretende atender um ramo pouco aproveitado, visto que a maioria dos dispositivos que se destinam a retirar energia das ondas visam grandes amplitudes e altas frequências. O equipamento é constituído de três componentes principais: Dois defletores de onda. Estrutura essa que permite direcionar as ondas para a plataforma principal e cuja importância foi discutida em alguns artigos [25]; Plataforma principal. Concebida como um reservatório flutuante que pode operar com ondas entre 1 e 4 metros de altura. Ela possui um sistema de amortecedores a ar que regula a altura da plataforma, permitindo assim manter o nível do reservatório independente da altura da crista da onda [25]; Hidro turbinas são turbinas do tipo Kaplan utilizadas para gerar energia elétrica independente da variação de velocidade de operação [25]. Reservatório Turbinas Defletor Rampa Defletor Figura 2.11: Forma construtiva do Wave Dragon [25]. 20

37 Reservatório Turbina Rampa Figura 2.12: Detalhe do fluxo de água para geração de energia através da Turbina [25]. O Wave Dragon pertence à empresa de origem dinamarquesa. Atualmente, o protótipo do Wave Dragon foi instalado em Nissum Brendning na Dinamarca, no Mar do Norte. Este possui uma escala de 1:3 e sua capacidade de geração de energia é estimada em 1,5 MW. Para melhorar a geração de energia e ampliar os testes do dispositivo, a empresa vem solicitando licença ambiental para instalar outra unidade no País de Gales, na costa de Milford Haven [20] Conversores de Energia de Maré O principal dispositivo para geração de energia elétrica a partir da energia de maré é a barragem. Alguns países como França e Coréia do Sul optaram por esse tipo de geração de energia. As barragens são estruturas construídas com o objetivo de gerar energia elétrica. Elas normalmente possuem os seguintes componentes: reservatório, turbinas e geradores elétricos. Ao longo de anos diversas barragens foram surgindo como: La Rance (França), Anápolis Royal (Canada), Sihwa Lake (Coreia do Sul), Severn Barrage (Grã-Bretanha), Mersey Barrage (Grã-Bretanha) e algumas outras em países como a Rússia, China e Índia. A seguir serão descritas as principais barragens até o ano de o La Rance: A França foi a primeira a explorar esse tipo de geração de energia em grande escala. Baseando-se nas hidrelétricas, a barragem de La Rance foi concebida entre 1961 e 1967 com a capacidade de 240 MW, sendo sua média anual de 0,54 TWh. Para gerar essa energia foi necessária a instalação de 24 turbinas do tipo bulbo reversíveis de 10 MW cada. Outro ponto fundamental para 21

38 a geração de energia é a diferença entre os níveis de maré alta e baixa cujo máximo valor é de 13,5 metros, permitindo o acumulo de energia potencial e cinemática para geração de energia elétrica [14, 19]. A barragem de La Rance tem como princípio de funcionamento a geração em duas vias, ou seja, no sentido de maré alta (preamar) e no de maré baixa (baixamar). Quando o nível da barragem está muito baixo, um sistema de bombeamento é acionado para que se aumente esse nível até o valor de operação aceitável na barragem, sendo esse sistema alimentado pela rede elétrica em momentos de pouco uso da rede. Dessa forma, nos momentos de pico é possível utilizar a barragem para garantir a energia para a população. O que chama atenção na construção da barragem de La Rance é sua largura de 720 metros. Figura 2.13: Barragem de La Rance em Brittany na França Conversores de Energia das Correntes de Marés e Oceânicas O conhecimento técnico sobre as correntes de marés e oceânicas despertou um grande interesse de vários pesquisadores e empresas, devido à semelhança com a fonte eólica. Esta semelhança serve para ajudar no início do desenvolvimento, mas é importante lembrar que não são iguais. O fluido de operação é outro, portanto suas características são outras muito mais severas que o ar. A água do mar é um fluído que possui uma densidade 800 vezes maior e um poder de corrosão incomparável. 22

39 Os dispositivos para trabalhar com esse tipo de fluido devem ser preparados minuciosamente. Apesar do conhecimento adquirido com turbinas eólicas ter dado um salto, o mesmo não servirá para as turbinas de correntes de maré ou oceânicas. Além das turbinas, essa sub fonte permitiu que os pesquisadores desenvolvessem outros tipos de dispositivos a partir dos conhecimentos da hidrodinâmica, essas outras tecnologias são: o dispositivo de Venturi que utiliza o conceito de válvulas e o Hidrofólio oscilante que utiliza o conceito de aeroplanos [26, 27]. Na Figura (2.14) é possível visualizar o esquema básico de cada tipo. (a) (b) (c) (d) Figura 2.14: Esquema de cada dispositivo. (a) Turbina Horizontal; (b) Turbina Vertical; (c) Hidrofólio Oscilante; (d) Venturi. [20] A seguir será discutido cada um dos dispositivos. Serão relacionados os principais dispositivos de cada tipo e suas características mecânicas Turbinas Horizontais e Verticais A velocidade para geração de energia devido as correntes oceânicas e de mares é menor que as aplicadas para geração de energia a partir dos ventos. Ao projetar uma turbina marinha se devem considerar fatores como: reversão do fluxo, cavitação subaquática e condições marinhas (por exemplo, água salgada, corrosão, detritos e incrustações) [9]. Além desses fatores é importante ressaltar que os esforços sobre as turbinas de eixo horizontal no fundo do oceano sofrem momentos de maior magnitude, 23