Energia eólica

Conceito

• O que é?

Energia eólica, é a energia cinética obtida da movimentação das massas de ar (vento). Tal energia é utilizada desde antigamente, tanto para mover barcos e caravelas, como nos moinhos, onde a energia cinética era transformada em energia mecânica, moendo grãos e bombeando água. 
No final do século XIX, com o avanço da tecnologia e com a crise do petróleo a energia eólica ganhou visibilidade e notoriedade, tornando-se uma importante fonte na produção de energia elétrica. Com isso, investe-se cada vez mais no rendimento e instalação das turbinas eólicas (aerogeradores). 

• Porque é interessante?

A energia eólica tem se tornado uma das mais promissoras fontes de energia, por ser renovável, não se esgota, limpa, pois não emite gases poluentes e por diminuir a emissão dos gases do efeito estufa. É uma fonte que proporciona diminuição da dependência energética exterior, que contribui com o cumprimento do protocolo de Quioto, devido a diminuição da emissão de CO2, além de estar se tornando cada vez mais barata e acessível, e com um rápido retorno financeiro.
Destaca-se também pelo fato de possuir a capacidade de suprir carências de outras fontes, como por exemplo, em épocas de estiagem a energia hidráulica fica comprometida, entrando em ação a energia eólica, que possui nessa mesma época um elevado rendimento, devido à alta velocidade dos ventos.
Visando a análise do espaço físico podemos inferir, que os parques eólicos permitem a utilização e aproveitamento do terreno para o desenvolvimento de outras formas de renda, como agricultura e pecuária. É uma fonte de energia que proporciona também a criação de empregos assim como a atração de investimentos para regiões desfavorecidas.

• Quais as características marcantes?

A energia eólica está numa crescente desde o século XIX, podendo hoje, competir em termos de eficiência, custos e viabilidade, com as fontes tradicionais de energia. O desenvolvimento tecnológico, aliado à busca de fontes renováveis e limpa, incentivou novas pesquisas, e investimentos na área. Tal fato, fez com que, a energia eólica atingisse um crescimento de 25% a 30%. Além de alcançar uma redução de aproximadamente 15% no custo da energia gerada pelas usinas eólicas.
Com o seu desenvolvimento, tem-se projetado a inserção no sistema elétrico, como forma de substituir outras fontes de energia. E de acordo com estudos, sua implantação não gera perdas ao sistema, nem prejuízo aos níveis de segurança na estabilidade de fornecimento, tornando-se viável. 

• Como está o Brasil neste segmento?

No Brasil, a fonte de energia predominante é a hidráulica, devido ao grande potencial hídrico do território. Mas com a diminuição de águas nas barragens, o país passou a investir em novas fontes e assim a analisar o potencial eólico. Apesar das dificuldades de se obter informações devido a tecnologia ainda em desenvolvimento, e as variações climáticas chegou-se ao consenso de que o Brasil possui uma grande fonte energética provindo dos ventos. Esse fator tem atraído investidores de diversos países como Portugal e Itália, por exemplo. 
Com os incentivos fiscais, como o Programa de Incentivo ás Fontes Alternativas de Energia Elétrica(Proinfa), a produção de energia eólica no Brasil aumentou consideravelmente, chegando a atingir a marca dos 6,39 GW, correspondendo a 4% da energia gerada no país. Devido esse aumento o Brasil, passou a ocupar a segunda posição em expansão de energia eólica no mundo, ficando atrás somente da China. A estimativa para os próximos anos é que o setor eólico represente 11% de toda a capacidade instalada. Temos como exemplo:
Turbinas Eólicas do Arquipélago de Fernando de Noronha: instalada em 1992 a partir de um projeto da Universidade Federal de Pernambuco. A turbina possui um gerador assíncrono de 75 kW, rotor de 17 m de diâmetro e torre de 23 m de altura. 
Central Eólica Experimental do Morro Camelinho: capacidade de 1MW, através de um projeto da CEMIG. Constituída por 4 turbinas de 250 kW, com rotor de 29 m de diâmetro e torre de 30 m de altura.
Central Eólica de Taíba: 5 MW, composta por 10 turbinas de 500 kW, geradores assíncronos, rotores de 40 m de diâmetro e torre de 45 m de altura.
Além desses Parques Eólicos que foram os pioneiros tem-se no Brasil também: Complexo Eólico Alto Sertão (294 MW), Parque Eólico de Osório (150 MW), Usina de Energia Eólica de Praia Formosa (104 MW), Parque Eólico Delta do Parnaíba (51 MW), dentre outras, totalizando 46 Parques Eólicos.

Funcionamento

• Como funciona?

O sistema de geração de energia eólica é parecido com as hidrelétricas, possuindo basicamente o mesmo princípio de geração, alterando somente a partícula possuidora da energia cinética. No caso da turbina eólica, as pás captam a energia cinética dos ventos, que é transformada em energia rotacional no eixo que une o cubo do rotor ao gerador, o qual à transforma em energia elétrica.
A movimentação das pás ocorrem devido ao fato, do sol aquecer a terra, que por sua vez transmite o calor para a massa de ar, tornando-a assim mais leve que a massa de ar mais fria. A diferença de densidade faz com que o ar frio desce e o quente suba transferindo sua energia de movimento para as pás.
As três partes fundamentais de uma turbina eólica:
•	Pás do rotor: meio de captação da energia dos ventos;
•	Eixo: liga o cubo do rotor ao gerador. O eixo capta a energia mecânica do rotor e a transfere para o gerador.
•	Gerador: formado por ímãs e um condutor. O condutor é enrolado na forma de bobina. O seu funcionamento se dá por meio do movimento do rotor que provoca a circulação dos ímãs ao redor da bobina. Esse movimento induz uma tensão no condutor que provocará a circulação de corrente elétrica.
Componentes que ao trabalhar em harmonia propiciam um maior rendimento:
•	Vento: matéria-prima disponível para a instalação do sistema.
•	Torre: sustenta e posiciona o rotor na altura mais propicia. 
•	Rotor: transforma a energia cinética do vento em energia mecânica de rotação.
•	Transmissão e Caixa Multiplicadora: transmite a energia mecânica do eixo do rotor até a carga.
•	Gerador elétrico: converte energia mecânica em energia elétrica.
•	Transformador: acopla o aerogerador à rede elétrica.
•	Sistema de armazenamento: armazena a energia produzida em baterias.

Para a implantação e obtenção de maior rendimento dos geradores eólicos, deve-se analisar o local para instalação, pois as condições climáticas, o relevo e a flora irão influenciar no desempenho. Após os estudos do vento, inicia-se a análise e funcionamento das pás e rotores. As pás captam a energia cinética dos ventos, transmitindo-a para o rotor, que por sua vez tem a função de captar a energia cinética e transformá-la em energia mecânica de rotação. Os rotores são classificados de duas maneiras: Rotores de Eixo Horizontal e Rotores de Eixo Vertical. Os de eixo horizontal são movidos pelas forças de sustentação e arrasto, sendo os mais utilizados de três pás por possuírem maior rendimento. Já o de eixo vertical tem a vantagem de não precisarem de mecanismos para variações da direção do vento, sendo movidos também pelas forças de sustentação e arrasto. O eixo ligado do rotor ao gerador transmite a energia mecânica de um para o outro, possuindo entre eles uma caixa multiplicadora que adequa a baixa velocidade do rotor a velocidade do gerador, que trabalha a rotações muito mais elevadas. Devido a variação da velocidade dos ventos e consequentemente do rotor é preciso dos mecanismos mecânicos (velocidade, passo, freio), aerodinâmicos (posicionamento do rotor) e eletrônicos (controle de cargas). Após a coordenação do ângulo para a obtenção de potência máxima, e o controle da velocidade, entra o gerador, que nada mais é do que um motor elétrico que ao girar em torno de seus eixo induz (pela lei de Faraday) uma corrente elétrica nos polos. 
A energia produzida será armazenada nas casas de Armazenamento ou será acoplada as redes de transmissão.

Exemplo

Tecnologia

• Qual tecnologia é usada?

Com a crescente utilização e cada vez mais vantajosa, a energia eólica vem atraindo investimentos em diversos setores e com isso alcançando novas tecnologias. Como por exemplo: Cata-vento de Bruch, Turbovela, Lente eólica.

• Como funciona?

Cata-vento de Bruch: surgiu no final do século XIX, época em que vem à tona os primeiros cata-ventos para a geração de energia elétrica. Bruch utilizou-se a configuração de 144 pás, 17 m de diâmetro, em uma torre de 18 m de altura. Na época foi um grande feito pelo fato de ser um moinho dentro dos padrões de construção. E foi uma revolução por possuir mecanismos de multiplicação da rotação.
Lente eólica: na Universidade de Kyushu, foi desenvolvida a lente eólica. É um anel que circunscreve a área das pás dos geradores, proporcionando um maior rendimento sem que haja a necessidade de aumentar os geradores. Seu design acelera o fluxo de ar nas lâminas, aumentando o rendimento em três vezes mais.
Turbovela: captura vento a baixa pressão ao passar nos rotores. Esse tipo de turbina evita a colisão das pás com objetos voadores, além de não prejudicar a audiovisão. Sua implantação surge como forma de substituir os aerogeradores, visando alcançar maior aproveitamento dos ventos e menores impactos ambientais, visuais e sonoros.

Aplicações

• Em qual situação/país/condição é indicado?

Ao visar a instalação de um parque eólico, deve-se levar em conta o centro consumidor, devido as perdas na transmissão além dos elevados custos com as instalações. Outro fator de relativa importância é o regime de ventos, ou seja, velocidade e frequência constantes, baixas variações sazonais, e sem turbulências. As regiões mais favoráveis são aquelas com terrenos planos ou pouco ondulados e com poucos obstáculos, assim como regiões litorâneas. Analisando tais características, destaca-se o litoral das regiões Nordeste, Sul e o Norte do estado do Rio de Janeiro. China, Estados Unidos, Alemanha, Espanha, Índia, França, Itália, Reino Unido, Canadá e Portugal são os dez maiores produtores de energia elétrica através de energia eólica.

Visão

• Imagem representando o tema

Software

• Onde o software se enquadra nesta tecnologia?

Devido ao desenvolvimento tecnológico e a presença cada vez maior dos softwares nas diversas áreas de pesquisa, temos na área de energia eólica alguns exemplos: Wind Map, Wind Farm, Wasp, Homer, entre outros.
Para análise e estudos do potencial eólico de um local, além do aproveitamento energético de aerogeradores é utilizado o WindPro, software dinamarquês que utiliza o Wasp (Wind Atlas Analysis and Aplication Program). Os dados de entrada são as características do vento, a orografia, obstáculos e rugosidade que posteriormente serão utilizados nos cálculos e darão uma ideia do potencial da região. No Brasil apenas três empresas utilizam o aplicativo, sendo uma delas a Petrobrás. 
Analisando os softwares, tem-se o Windmap, que consiste na previsão de curto prazo dos dados de superfície dos ventos. Ele dá uma ideia das características eólicas das regiões, representando por setas as direções dos ventos e por cores a velocidade.

Referências

http://www.essentiaeditora.iff.edu.br/index.php/BolsistaDeValor/article/viewFile/1830/1008

http://exame.abril.com.br/mundo/noticias/nova-tecnologia-eolica-promete-triplicar-producao-de-energia

www.aneel.gov.br/aplicacoes/atlas/pdf/06-energia_eolica(3).pdf

http://cursos.unisanta.br/mecanica/polari/energiaeolica-tcc.pdf

http://monografias.poli.ufrj.br/monografias/monopoli10000767.pdf

http://www.semengo.furg.br/2008/10.pdf

http://www.fiec.org.br/artigos/energia/energia_eolica.htm

http://www.sbfisica.org.br/rbef/pdf/301304.pdf

http://catalogo.weg.com.br/files/wegnet/WEG-geracao-de-energia-eolica-tecnologias-atuais-e-futuras-artigo-tecnico-portugues-br.pdf

http://www.renno.com.br/rennosonic/public/files/UFMG-Comp-AcustxOutros.pdf

http://www.cresesb.cepel.br/publicacoes/download/atlas_eolico/Atlas%20do%20Potencial%20Eolico%20Brasileiro.pdf

https://evolucaoenergiaeolica.wordpress.com/aerogerador-de-eixo-horizontal/