Energia eólica: como funciona, vantagens e desvantagens

POR Pedro Coelho

Publicado: sexta-feira, 6 de dezembro de 2013

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A energia eólica é uma fonte inesgotável de energia que vem sido usada pelo homem desde a antiguidade para dar propulsão às embarcações e mais tardiamente acabou sendo também utilizada em moinhos de vento para bombear água para irrigação (Na Holanda, os moinhos de vento são utilizados para evitar inundações, que podem ocorrer devido à baixa altitude do país).

Moinho de Vento

O conceito de se gerar energia elétrica a partir da força dos ventos surgiu no começo do século 20. A partir dos estudos feitos pelo professor dinamarquês Poul la Cour. Nesses estudos, La Cour teve a ideia de conectar moinhos de vento a um gerador, para se obter energia elétrica. Algo que na época não deu muito certo. Pois nos experimentos de La Cour foram utilizados cabos de baixa tensão que tinham grandes perdas de energia.

Poul La Cour

Porem, esse conceito ganhou força após a segunda guerra mundial. Devido ao medo da escassez de energia. Tanto que em meados da década 50, o inventor Johannes Juul que foi aluno de La Cour, desenvolveu o primeiro modelo de aerogerador, a famosa turbina Gedser, que é uma turbina eólica de 3 pás com um rotor de eixo horizontal acoplado a um gerador de corrente alternada assíncrono, que gira a uma velocidade quase constante. Dependo da força da corrente de ar.

Turbinas Gedser

Como funcionam os aerogeradores

Os aerogeradores (turbinas eólicas) são equipamentos que transformam a energia mecânica de rotação do rotor em energia elétrica, através de equipamentos de conversão eletro-mecânica.

Esquema simplificado do processo

Nesse processo, a corrente de vento movimenta as pás do rotor que está conectado a um multiplicador mecânico, que tem a função de transmitir a energia mecânica para o gerador, onde a energia mecânica será convertida em corrente elétrica.

Depois de gerada, a corrente elétrica passa pelo sistema inversor, onde tem sua frequência controlada para um ponto definido, passando depois pelos transformadores, onde tem sua voltagem controlada, para pode ser mandada para a rede elétrica.

Tipos de Aerogeradores

Existem 2 tipos de aerogeradores, os aerogeradores com rotor horizontal e os aerogeradores com rotor vertical.

Rotores de eixo horizontal

É o tipo mais comum de aerogerador, sendo largamente utilizado no mundo inteiro. Os aerogeradores com rotor de eixo horizontal são movidos por forças aerodinâmicas chamadas de forças de sustentação (lift) e forças de arrasto (drag). Um corpo que obstrui o movimento do vento sofre a ação de forças que atuam perpendicularmente ao escoamento (forças de sustentação) e de forças que atuam na direção do escoamento (forças de arrasto). Ambas são proporcionais ao quadrado da velocidade relativa.

aerogerador com três pás

Adicionalmente, as forças de sustentação dependem da geometria do corpo e do ângulo de ataque (formado entre a velocidade relativa do vento e o eixo do corpo).

Os rotores que giram predominantemente sob o efeito de forças de sustentação permitem liberar muito mais potência do que aqueles que giram sob efeito de forças de arrasto, para uma mesma velocidade de vento.

Os rotores de eixo horizontal ao longo do vento são predominantemente movidos por forças de sustentação e devem possuir mecanismos capazes de permitir que o disco varrido pelas pás esteja sempre em posição perpendicular ao vento. Tais rotores podem ser constituídos de uma pá e contrapeso, duas pás, três pás ou até múltiplas pás.

aerogerador com múltiplas pás

Aerogeradores com rotor vertical

Sendo o tipo menos usado de aerogerador, os aerogeradores com rotor vertical são mais seguros e simples, pois não precisam de um mecanismo para acompanhar as variações da direção do vento. Pois possuem uma velocidade de arranque mais baixa do que os com rotores horizontais. Sendo isso algo que lhes da vantagem em trabalhar em condições de vento reduzido, podendo ser montados mais perto do solo, além de se lidarem melhor em condições de turbulência.

Aerogerador Savonius

Porem possuem uma menor eficiência e preço de custo elevado em relação aos de eixo de horizontal. Os principais tipos de rotores de eixo vertical são Darrieus, Savonius e turbinas com torre de vórtices. Os rotores do tipo Darrieus são movidos por forças de sustentação e constituem-se de lâminas curvas (duas ou três) de perfil aerodinâmico, atadas pelas duas pontas ao eixo vertical.

Aerogerador Darrieus

Vantagens da energia eólica

A energia eólica possui vantagens que são mais aparentes do que suas desvantagens. As principais vantagens da energia eólica incluem um recurso ilimitado, gratuito e renovável.O vento é uma ocorrência natural e a coleta da energia cinética do vento não afeta as correntes ou os ciclos do vento de forma alguma.

Em seguida, a colheita de energia eólica é uma maneira limpa e não poluente de gerar eletricidade. Ao contrário de outros tipos de usinas de energia, não emite poluentes atmosféricos ou gases de efeito estufa. As turbinas eólicas geram eletricidade inofensivamente com a passagem do vento. A energia eólica é muito mais ecológica do que a queima de combustíveis fósseis para eletricidade.

Atualmente, o Brasil juntamente com outros países, ainda continuam dependentes de combustíveis fósseis importados de nações instáveis e não confiáveis. Essas grandes tensões no fornecimento de petróleo provavelmente aumentarão os preços dos recursos de combustíveis fósseis e podem impactar a economia global

O uso de fontes de energia renovável que nem a energia eólica, tem a capacidade de libertar vários países da escravidão econômica produzida pelo uso de combustíveis fósseis; sendo que depois que as turbinas e centros de energia são instalados, o custo de manutenção das turbinas e geração de energia eólica é quase zero.

Uma outra vantagem da energia eólica é a capacidade de se colocar turbinas onde é necessário. No entanto, as turbinas só podem ser instaladas após a realização de pesquisas, que tem como objetivo encontrar as melhores áreas com vento adequado, para pode ter uma boa geração de energia elétrica.

Os especialistas costumam instalar essas turbinas em áreas despovoadas ou pouco povoada, sendo essas turbinas instaladas geralmente em áreas offshore. Os ventos dessas áreas offshore tendem a soprar com mais força e uniformidade do que em terra, logo proporcionam um potencial bem maior para aumentar a geração de elétrica. Além disso, a operação nesses locais é mais suave e estável do que nas áreas onshore.

Desvantagens da energia eólica

As duas principais desvantagens da energia eólica incluem o custo inicial e a imaturidade da tecnologia. Em primeiro lugar, construir turbinas e instalações eólicas ainda é bem caro. A segunda desvantagem é a imaturidade da tecnologia. O alto custo dessa energia pode, em parte, ser tratado diretamente com inovações tecnológicas que aumentam a confiabilidade e a produção de energia e reduzem as despesas de capital do sistema.

Como já foi dito acima, as turbinas eólicas offshore produzem mais energia do que as turbinas eólicas onshore, mas o custo de instalação delas é bem maior. Os custos primários dessas turbinas eólicas incluem construção e manutenção.

Além disso, a implantação de novas tecnologias também é necessária para reduzir custos, aumentar a confiabilidade e a produção de energia, resolver problemas de implantação regional, expandir a área de recursos, desenvolver infraestrutura e instalações de fabricação e mitigar impactos ambientais conhecidos.

A implantação de turbinas eólicas é algo bem complexo que tem que ser bem estudado, pois se houver algum erro os prejuízos podem ser grandes. Além disso, as outras desvantagens dessa energia incluem:

• Impacto estético: Varias pessoas se preocupam bastante com os efeitos visuais que as turbinas eólicas têm nas belas paisagens da natureza. Infelizmente, elas acreditam que as turbinas eólicas gigantes podem distrair os espectadores dos belos cenários da natureza.
• Vida selvagem: As turbinas eólicas podem ser perigosas para animais voadores, sendo que muitos pássaros e morcegos foram mortos voando para os rotores. Atualmente, vários especialistas da vida animal estão conduzindo pesquisas para entender mais sobre os efeitos que as turbinas eólicas têm causado nos habitats marinhos.
• Localização remota: embora possa ser uma vantagem colocar as turbinas eólicas em áreas desertas, longe das pessoas, isso também pode ser uma desvantagem. O custo de viagem e manutenção dessas turbinas aumenta e consome muito tempo, pois as turbinas eólicas offshore requerem barcos e podem ser bem perigosas de manejar.
• Ruído: Algumas dessas turbinas eólicas tendem a gerar muito ruído, sendo isso algo que pode ser bem desagradável para a vida selvagem
• Segurança no mar: No escuro (à noite) pode ser bem difícil para os barcos enxergarem essas turbinas eólicas, logo pode haver um certo risco de colisões com essas turbinas.

Referências

• stevington.bedsparishes.gov.uk (Acessado em 04/12/2013 as 13:47)
• Aerodynamics of Wind turbines – second edition – Martin O.L.Hansen-Earthscan –London – 2008
• www.xploreautomation.com (Acessado em 04/12/2013 as 14:15)
• www.folkecenter.net (Acessado em 05/12/2013 as 13:38)
• Energia Eólica- Princípios e Tecnologia –Ricardo Dutra-CRESESB
• http://www.aerogeradores.org/aerogeradoreseixovertical.php (Acessado em 06/12/2013 as 11:35)
• http://soundcloud.com/mickmichael/wind-energy-conference-report (Acessado em 06/12/2013 as 11:37)
• http://large.stanford.edu/courses/2014/ph240/lloyd2/ (acessado em 01/06/2021 as 18:44)

Sobre o autor

Olá meu nome é Pedro Coelho, eu sou engenheiro químico, engenheiro de segurança do trabalho e Green Belt em Lean Six Sigma. Além disso, também sou estudante de engenharia civil, e em parte de minhas horas vagas me dedico a escrever artigos aqui no ENGQUIMICASANTOSSP, para ajudar estudantes de Engenharia Química e de áreas correlatas. Se você está curtindo essa postagem, siga-nos através de nossas paginas nas redes sociais e compartilhe com seus amigos para eles curtirem também :)