GERAÇÃO EÓLICA Aerogeradores, O Terreno e o Vento PhD. Eng. Clodomiro Unsihuay Vila. Prof. Dr. Clodomiro Unsihuay-Vila Vila

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Micaela Beppler Neiva
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1 GERAÇÃO EÓLICA Aerogeradores, O Terreno e o Vento PhD. Eng. Clodomiro Unsihuay Vila Prof. Dr. Clodomiro Unsihuay-Vila Vila

2 Turbinas Eólicas FORÇAS AERODINÂMICAS: Arrasto : força na direção do vento Sustentação : força na direção ortogonal ao vento

Aerofólios e conceitos gerais sobre aerodinâmica FORÇAS

direção do vento incidente F D = Força de arrasto: paralela à

depende: Forma do objeto Sua orientação com relação a corrente

3 Aerofólios e conceitos gerais sobre aerodinâmica FORÇAS ATUANTES NAS PÁS F L = Força de sustentação : perpendicular à direção do vento incidente F D = Força de arrasto: paralela à direção do vento incidente Boyle, 2002 Magnitude das forças depende: Forma do objeto Sua orientação com relação a corrente de ar velocidade da corrente de ar L Lift (sustentação) D Drag (arrasto)

4 AEROFÓLIO : Terminologia Ângulo de ataque CORTE TRANSVERSAL DA PÁ Zona de pressão negativa - Sucção V w Borda de ataque Linha de corda Zona de pressão positiva Borda de fuga Distância da corda Vento incidente resultante nas pás

5 Velocidade tangencial ÂNGULO DE PASSO DAS PÁS Velocidade do vento incidente Velocidade resultante Ref: Silva, 2005 Ângulo de ataque formado entre a corda do perfil da pá e a direção do vento resultante V Wr Ângulo de passo ângulo entre o plano de rotação e a corda do perfil aerodinâmico da pá Ângulo em que a velocidade do vento resultante faz com o plano de rotação das pás

6 Conversão aerodinâmica da Energia eólica em Energia Mecânica Ref: Silva, 2005

7 ÂNGULO DE ESTOL Cresesb, 2002 Ângulo de estol é o ângulo de ataque no qual o aerofólio exibe um comportamento de estol. Estol ocorre quando o fluxo repentinamente deixa o lado de sucção do aerofólio (quando o ângulo de ataque torna-se elevado), resultando numa diminuição da força de sustentação e aumento da força de arrasto.

9 ESTRATÉGIA DE CONTROLE PARA TURBINAS DE PASSO FIXO CONTROLE ESTOL Ângulo de passo (Beta) - constante Ref: Carvalho, 2003

10 ESTRATÉGIA DE CONTROLE PARA TURBINAS DE PASSO VARIÁVEL CONTROLE DE AJUSTE DO ÂNGULO DE PASSO ( Pitch control) Ref: Carvalho, 2003

11 CARACTERÍSTICAS DE TURBINAS EÓLICAS

14 Curva de potência de uma turbina 1 3 P AV. Cp 2

17 Principais partes do Aerogerador Pás. 2. Rotor. 3. Ajuste de Passo (pitch control). 4. Freio. 5. Eixo de baixa velocidade. 6. Caixa de engrenagens. 7. Gerador. 8. Controlador. 9. Anemómetro. 10.Catavento. 11.Nacelle. 12.Eixo de alta velocidade. 13.Unidade alinh. direcção. 14.Motor Alinhamento. 15.Torre.

18 Principais partes do Aerogerador 1. Pás. -A maioria das turbinas tem 2 ou 3. O vento soprando sobre as pás ou lâminas, faz com que estas rodem! Rotor. -As pás e o cubo (hub), em conjunto, são chamados de rotor. 3. Ajuste de Passo (pitch control). -As lâminas são inclinadas sob um eixo vertical, ou passo, para controlar a velocidade do rotor e/ou parar quando os ventos que são muito altos ou muito baixos para produzir electricidade. 4. Freio. -Um travão de disco pode ser usado para imobilizar o rotor em emergências. 5. Eixo de baixa velocidade. -O rotor gira o eixo de baixa velocidade a cerca de 30 a 60 rotações por minuto. 6. Caixa de engrenagens. Ou caixa de velocidades, liga o eixo de baixa velocidade ao veio de alta velocidade, e aumenta a velocidade de rotação de cerca de 30 a 60 rotações por minuto (rpm), para a cerca de 1000 a 1800 rpm, a velocidade de rotação exigida pela maioria dos geradores, para produzir energia eléctrica. A caixa de velocidades é uma peça cara (e pesada) da turbina eólica, e os engenheiros estão estudando geradores "de transmissão directa" que operam a velocidades de rotação mais baixas e não precisam desta caixa de engrenagens.

19 Principais partes do Aerogerador 7. Gerador. -Normalmente, um gerador de indução, que produz electricidade AC a 60 ciclos, por conversão da energia mecânica da caixa de velocidades, em energia eléctrica. 8. Controlador. -O controlador inicia- a turbina eólica, com ventos de cerca 12 a 25 Km/h, e desliga-a, a cerca dos 90 Km/h para não serem danificadas por ventos muito fortes. 9. Anemómetro. Mede a velocidade do vento. 10. Catavento. Mede a direcção do vento e comunica com a unidade de direcção (Yaw), para orientar a turbina correctamente em relação ao vento. 11. Nacele. -A barquinha ou nacele fica no topo da torre ou mastro, e inclui a caixa de engrenagens, eixos de baixa e de alta velocidade, gerador, controlador, e de freio. Algumas naceles são grandes o suficiente para um helicóptero pousar. 12. Eixo de alta velocidade. Transfere a energia do rotor para o gerador elétrico. 13. Unidade alinh. Direcção: (Yaw control). Recebe indicações do catavento, e através dos motores de alinhamento (yaw drive), alinha a nacele de acordo com a direcção do vento. 14. Motor Alinhamento. (Yaw drive) fornece a força mecânica para mover a nacele para posição ideal, conforme a direcção do vento. 15. Torre. Base de sustentação e acesso á nacele, rotor, e a todos os sistemas.

20 Principais partes do Aerogerador Main bearings/main shaft 5 Hub (Rotor) Anemometer 2 9 Pitch system Gearbox Hydraulic station 7 Generator Coupling Yaw system Disc brake

21 Principais partes do Aerogerador 3 Blade Pitch control Low speed shaft 5 High speed shaft 12 Gearbox 6 Generator 7 Yaw controller 13 4 Brake System

23 Aerogeradores A energia transferida para o gerador (P) é directamente proporcional à área de superfície do rotor (A)! P A Altura acima da superfície ~1 km Ventos máximos (~1,000 m acima da superfície) Velocidade Horizontal do vento Empire state 381m Torre Eiffel 301m

31 Potencial Eólico

34 Potência Eólica Gerada

35 Potência Eólica Gerada

36 Potência Eólica Gerada

37 Potência Eólica Gerada

38 Potência Eólica Gerada

39 Energia Eólica Gerada Energia anual Gerada: EAG= [Soma(f(v)*P)] *8760

40 JN JN Espanha: Microgerador Eólico:

41 Exemplo Pretende-se instalar um aerogerador em Rios das pedras. Usando os dados de velocidades de ventos (a 25 metros de altura). Assumir as seguintes características do aerogerador: Velocidade do vento nominal= 7 m/s Velocidade do vento para partida=3 m/s Velocidade de Corte 15 m/s Eficiência da Turbina : Cp=0,5 Eficiência do Gerador: ng= 0,9 Eficiência do sistema de transmissão nm = 0,90 Area Calcule: A) Potencia média, Potência Máxima (ou Nominal) B) Calcule o fator de capacidade deste empreendimento. C) EAG D) Calcule A, B e C para uma altura de 50 metros, considere que o terreno possui arbustos e cercas. Exercício para casa!.

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