Aerogeradores - Usinas Eolicas
     
Alvaro Lima Vieira

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A fabrica de aerogeradores Enercon no Brasil

Inicio da geracao na Usina Eolica de Osorio

 
Conversores de Energia Eolica (WEC = Wind Energy Converters)

Basicamente, diferenciam-se entre modelos de eixo vertical (VAWT = Vertical Axis Wind Turbine) e modelos de eixo horizontal (HAWT = Horizontal Axis Wind Turbine).
Aparentemente ha um consenso de que os HAWT possuem certas qualidades tecnicas que os VAWT nao apresentam.
Dentre os VAWT, ha os "upwind" e os "downwind", diferenciando-se "apenas" pelo rotor estando ha frente (vento-rotor-nacele) da nacele do aerogerador, ou atras (vento-nacele-rotor).
Tambem aparentemente ha um consenso de usar "upwind".
Alem disso, existem modelos COM caixa de engrenagem para multiplicacao de velocidade e modelos SEM caixa de engrenagem...
Quanto ao numero de pas, existem aerogeradores e uma paduas pastres pas, a partir dai sao conhecidos como multi-pas. Os HAWT precisam ser direcionados para o vento, enquanto que os VAWT trabalham independente da direcao dele.
Existem artificios para aumentar a eficiencia na conversao.
Existe a "corrente" que evita aumentar as partes moveis do aerogerador, deixando a pa com angulo de incidencia do vento fixo ("Stall"), enquanto que existe a outra "corrente" que modifica o angulo das pas (p.ex.: "Pitch Control")
Apenas a titulo de informacao, dentre os VAWT, existem alguns tipos, e com nomes especificos: Darrieus e Savonius. Alguns ja construidos: Darrieus; Savonius; Combinados (kit DIDATICO de turbina Savonius, que gera eletricidade).

Mas, o proposito de todos eh converter energia eolica em energia eletrica.


Usina Eolica de Horns Rev, litoral da Dinamarca

A tendencia, na europa, eh partir para usinas eolicas "offshore" (na agua).
Analises de custo x beneficio mostram que a viabilidade de projetos "offshore"
so se concretiza a, no maximo, 7 metros de profunidade.

Dimensoes de uma HAWT

O desenho ao lado apresenta uma turbina de media potencia (em termos atuais - Outubro / 04). Nao eh incomum pensar-se na altura do eixo do rotor a 100m de altura...

Quanto maior o diametro da area de captacao, maior a potencia possivel de geracao.

Uma HAWT constitui-se simplesmente de uma torre (pode ser de secao conico-tubular, ou ser trelicada), uma nacele (onde fica o gerador propriamente dito), um rotor e as pas. A eletronica pode ficar na parte de baixo da torre (internamente), ou dentro da nacele (nao eh muito comum, mas existem).

Aerodinamica de um HAWT

Um aerogerador, basicamente transforma o fluxo de vento em um movimento giratorio, pelo rotor.
O rotor, por sua vez, eh ligado mecanicamente a um gerador.
Isto pode ser feito diretamente (um gerador multipolos, por causa da baixa velocidade angular do rotor),
ou por um mecanismo de multiplicacao (aumentando a velocidade angular, podendo-se utilizar um gerador "convencional", disponivel no mercado).

perfil da pa eh crucial para uma melhor eficiencia na conversao. Alem de ter de ser eficiente em fluxos laminares de vento, tambem deve permanecer eficiente em ventos turbulentos (nao esquecendo que turbulencia TAMBEM ocorre em brisas...). A resistencia a fadiga mecanicaresistencia estrutural) tambem deve ser alta (nao esquecendo que aerogeradores sao aparelhos que devem durar, pelo menos, 20 anos).

Alem disso, a pa serah a parte mais alta do aerogerador, tendo-se entao de levar-se em consideracao descargas atmosfericas. Caso nao se leve em conta, consequencias desastrosas poderao acontecer

Montagem

Ha diversas maneiras de se montar um aerogerador. A que eh mais difundida eh a montagem auxiliada por guindaste. Mas ha modelos, como o da figura ao lado, que sao "auto-montaveis" usando-se um "elevador lateral". Este tipo "cabe" todo num container padrao, sendo "facil" transporta-lo.

Os outros, quanto maiores ficam, maiores as dificuldades no transporte. Principalmente as pas, que nao sao passiveis de serem parcialmente desmontaveis (como as torres), mas tambem ha dificuldades no transporte das torres.

Instalacao

Tudo transportado ateh o local, hora de instalar...
disposicao do material devera auxiliar a montagem, pelo guindaste.
base jah devera estar pronta, com as esperas para fixacao da torre;
Comeca-se a instalacao da torre, depois a nacele (devendo, apos a instalacao da mesma, fazer as conexoes eletricas e hidraulicas - caso existam),
dependendo do tamanho levantar o rotor completo com as pas, ou apenas o cubo do rotor (para, posteriormente, instalar as pas). Dependendo do grau de dificuldade da instalacao, pode-se jah instalar os sistemas de controle eletronico...

Nestes dois videos, "ateh parece facil" fabricar um aerogerador e rotor, e depois instala-los...

Torre

O acesso a nacele eh feito por dentro da torre, por uma escada, nao so para a instalacao, mas para futuras manutencoes.
Eh importante haver sistemas de "trava-quedas" na escada...

O material, construcao, montagem, tudo deve ser bem projetado para as diversar cargas que a estrutura ira sofrer dentro de sua vida util projetada. Caso o projeto, ou sua execucao sejam falhos, consequencias desastrosas podem (e irao) acontecer...

Vista de cima da nacele

Monta-se uma, parte-se para outra...
Lentamente usina vai tomando forma...
Quando se ve, o servico ja completou-se...

Resistencia estrutural

A imagem ao lado eh classica em termos de exmplo de resistencia estrutural.
A Tacoma Bridge, pela sua aerodinamica, sofreu influencia do vento (turbulencia) a baixa velocidade de vento.
A turbulencia induziu vibracoes na estrutura, as forcas foram somando-se ate que a ponte sofreu colapso estrutural.
Todo tipo de estrutura sofre com as vibracoes.
O "X" da questao eh projetar uma estrutura que tenha a frequencia de vibracoes "fora" da faixa que estarah exposta na maior parte do tempo.
Caso nao haja necessidade, pode-se partir para "solucoes marginais", como amortecedores para diminuir a intensidade das vibracoes (o que acarretara no aumento dos custos de manutencao).

Sensores anemometricos

O aerogerador necessita deles para controle da direcao (posicionamento do rotor "de frente" para o vento) e da velocidade (para controle do angulo das pas).

Como usinas eolicas normalmente sao extensas, nao ha necessidade de instalar balizamento aereo noturno em cada uma das turbinas, podendo-se "espacejar" os balizamentos dentro da usina (ha regras a respeito).

Usinas "Offshore" (instaladas na agua)

A instalacao de usinas "offshore" aumentam as dificuldades (e consequentes custos) de instalacao. Mesmo assim tem-se partido para esta alternativa visto que ha poucos "espacos disponiveis" na Europa para instalacao em terra firme. A instalacao sobre a agua incrementa a qualidade (e velocidade) do vento, visto que a agua apresenta a menor rugosidade de todos os tipos de terrenos.

Uma consideracao a ser feita eh quanto a influencias em radares de defesa contra ataques a baixa altitude, uma preocupacao ainda hoje levada em consideracao na Europa.

Base da torre (Offshore)

A fixacao da torre ao solo eh o fator mais critico em projetos "offshore".

Ha diversos tipos de bases, para diversos tipos de terreno (do fundo do mar): monopilar, tri-pilar,

Instalacao de aerogerador "offshore"

 de uma usina "offshore"

A interligacao com a rede tambem eh um fator a considerar, financeiramente falando. Quanto mais afastada da rede a usina eolica estiver, mais cara saira a interligacao.

Estimativas anuais de mortes de pssaros - dividido por fonte causadora da morte.htm

Comissionamento do aerogerador

Apos tudo estar mecanimente no seu devido lugar, apos toda a configuracao do monitoramento automatico estar implementada, eh chegada a hora de "por fogo"... Se todos os momentos anteriores eram puro nervosismo, agora eh o climax de tensao...

Catastrofes naturais

Mesmo com todas as precaucoes, a natureza eh mandatoria.

Nao ha como projetar uma estrutura com partes moveis que aguente as forcas da natureza quando se apresentam na sua totalidade. Um furacao, uma concentracao de energia alem do normal podem causar danos inesperados em qualquer equipamento.

O clima do mundo esta mudando, e por nossa causa. Diminuir o aquecimento global eh imperativo. Isso se dara diminuindo a concentracao do gas carbonico na atmosfera. Nem mais, nem menos. "Apenas" isso.

 
   
 

20080