Curso de aperfeiçoamento em tecnologia de energia eólica capítulo 5: tecnologia dos aerogeradores atividade 1



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CURSO DE APERFEIÇOAMENTO EM TECNOLOGIA DE ENERGIA EÓLICA

CAPÍTULO 5: TECNOLOGIA DOS AEROGERADORES



ATIVIDADE 5.1
Docente: John Edward Neira Villena

Aluno: LUCIANO ROBERTO LEMOS DE MENEZES


Prezado aluno: Gentileza, antes de iniciar o exercício, leia com atenção as seguintes recomendações:

- Colocar as respostas abaixo de cada questão na cor azul.

- Ao finalizar o exercício salve o arquivo colocando o seu nome completo no final do nome do mesmo, exemplo: “Exercício 1 – John Edward Neira Villena.doc

- Verifique que enviou o exercício no link certo. Caso coloque uma atividade em lugar de outra, por exemplo atividade 1 em vez de atividade 2, não será comunicado desse erro e a nota será zero (0).



Boa atividade!


  1. Indique em que ano foi utilizado o primeiro aerogerador. Qual era a potencia nominal do mesmo. [1 ponto]

R.:O primeiro aerogerador com potência de nominal de 12 kW no ano de 1888.


  1. A energia eólica pode ser armazenada? [1 ponto]

R.: Pelo conceito de energia eólica que é a transformação de energia mecânica em elétrica onde a energia mecânica gerada pela força do vento que movimenta a hélice de um gerador... é impossível guardar o vento e soltá-lo depois! Não tem como armazenar essa energia.

No caso da energia elétrica temos o inconveniente de que ela não pode ser armazenada como “energia elétrica”, entretanto primeira tentativa que se tem noticia sobre armazenamento remete a 1891com a utilização de um aerogerador para produção de energia destinada a um processo de eletrólise visando a obtenção de hidrogênio para alimentação de lâmpadas a gás nas escolas ASKOV.

Mais recentemente fazem-se referências a novas iniciativas do Laboratório Nacional de Energias Renováveis dos EUA que desenvolve projeto piloto semelhante.
São usados, entretanto alguns mecanismos para armazená-la sob outras formas:

- Bateria: a bateria é um conjunto de células eletroquímicas capazes de armazenar a energia eólica - elétrica sob a forma de energia química.

- Geração de Hidrogênio: a energia eólica – elétrica pode ser convertida e depois armazenada sob a forma de energia química do hidrogênio. A conversão se dá pelo processo de eletrólise da água.

- Calor: o armazenamento do excedente da energia eólica - elétrica sob a forma de calor (energia térmica) pode ser feito com o uso de resistores. Os resistores podem ser usados para aquecer água que ficará armazenada em um recipiente térmico ou na forma de vapor, a fim de que o calor possa ser usado novamente mais tarde.

  1. Com suas próprias palavras enumere e defina brevemente cada um dos componentes de um aerogerador de eixo horizontal [8 pontos].

R.:

Fundação – como já dito antes, muito embora a fundação não se constitua na prática de componente de um aerogerador, esta não deixa de ser menos importantes uma vez que tem a finalidade de suportar o conjunto da torre, rotor e a nacele.
Torre - constitui o elemento de sustentação da nacele, compartimento no interior do qual estão localizados a caixa de engrenagens e o gerador elétrico. As primeiras torres de treliça deram lugar para torres de aço, com alturas que podem chegar a 124 metros.
Cubo: constitui elemento de conexão das pás com o eixo do rotor transmitindo forças, conjugadas e vibrações;
Pás: o conjunto de pás, na maioria dos casos igual a três, é denominado rotor. A função das pás é converter, através da componente Força de Sustentação, a energia cinética do vento em energia mecânica.

Visando o uso em máquinas para geração de eletricidade, as pás devem conciliar uma série de características, entre as quais podem ser citadas: leveza, rigidez, e um bom rendimento aerodinâmico.
Eixo do rotor: nas unidades eólicas que não possuem engrenagens, o eixo do rotor representa o próprio eixo do gerador elétrico; caso contrário, a caixa de engrenagem realiza o casamento entre o eixo do rotor e o eixo do gerador;
Caixa multiplicadora de rotação - presente na maioria das instalações interligadas à rede elétrica funciona como elemento de ligação entre a baixa rotação das pás e a elevada rotação do gerador elétrico. Como o próprio nome já diz trata-se de um componente inverso de um redutor de velocidade.

Se a caixa de engrenagens possui apenas uma relação de velocidade, o projeto deve ser realizado considerando a velocidade do vento mais provável no local da instalação do ponto de vista estatístico.

Rolamentos – são componentes do conjunto do aerogerador que permite o giro do eixo do rotor projetado em todas as turbinas eólicas. O rolamento permite a absorção de cargas radiais e axiais resultantes da pressão do vento sobre o rotor.
Gerador - elemento responsável pela geração de eletricidade, transformando a energia mecânica em energia elétrica.

Em geral, são empregadas máquinas de indução ou síncronas convencionais para unidades de média e grande potência; para unidades de pequena potência são empregadas também máquinas síncronas com excitação de ímãs permanentes.
Conversor de Frequência – são os dispositivos utilizados para conversão de energia Corrente Alternada em Corrente Continua e vice versa, conversão de uma determinada tensão para outra ou de uma determinada frequência para outra.
Circuitos eletrônicos: estes componentes assumem diversas tarefas, como o desacoplamento elétrico entre o gerador e a rede através de circuitos retificadores, inversores, visando a operação em velocidade variável das turbinas e a entrega de eletricidade dentro das exigências de qualidade de energia;
Freio: utilizado em emergência, pode ser aplicado por meio mecânico, elétrico ou hidráulico tendo como função a diminuição ou parada do movimento de rotação do rotor. Um aerogerador possui dois sistemas de freios, o aerodinâmico realizado através da aerodinâmica das pás e o feio mecânico com os acoplamentos instalado entre a caixa multiplicadora e o gerador.
Controlador: aciona e desliga a máquina quando a velocidade do vento atinge certos valores estabelecidos pelo fabricante da turbina eólica.

Certas turbinas não podem operar com velocidade do vento acima de 29 m/s (depende do fabricante) porque o gerador sofre sobreaquecimento e as estruturas ficam mais sujeitas ao processo de fadiga. Até pouco tempo, o controlador da turbina era utilizado basicamente para reduzir sua velocidade ou comando de parada, prevenindo a sobrevelocidade e a vibração na ocorrência de vento muito forte.

Atualmente, estão sendo desenvolvidos controladores inteligentes que aperfeiçoam a operação da turbina. Eles utilizam microprocessadores que analisam continuamente as condições do vento e a operação da turbina. O controlador ajusta a operação de modo a otimizar a quantidade de potência gerada, protegendo a máquina do desgaste excessivo e assegurando maior vida útil, além de garantir operação segura;
Nacele: compartimento (estrutura de proteção) do conjunto contendo a engrenagem, eixo de baixa e alta velocidade, gerador, controlador e freio (todo o mecanismo do gerador). Em aerogeradores de grande porte, a nacele contém acessórios de manutenção e permite acesso de técnicos ao se interior;
Rotor: composto pelas pás e o cubo frontal de interligação entre pás e eixo de acionamento;
Unidades de controle: responsáveis por diferentes tarefas, como o acionamento do deslocamento angular das pás em torno do eixo e do acompanhamento da direção do vento pela nacele;
Veleta (sensor de vento): fornece a medida de orientação do vento que aciona o dispositivo que posiciona a face da turbina;
Sistema YAW – sistema necessário para movimentar o eixo do rotor adequadamente alinhado com a direção do vento.Este sistema é composto por um ou dois motores, cada um dos quais aciona um pinhão contra uma engrenagem ligada ao mancal do YAW.
Sistema Pitch – trata-se de um sistema sofisticado para ajustar o ângulo de inclinação da pá visando controlar o melhor aproveitamento das componentes das forças que atuam sobre esta para controlar a potência e a velocidade do rotor;
Passo - giro controlado das pás, alterando o seu perfil frente ao impacto do vento. Com isso, a velocidade de operação da turbina pode ser controlada;


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