Aula 1 eolica

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Introdução à Energia Eólica
Professora: Antonia Alice Macedo Soares
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Objetivo
— Compreender a energia eólica como uma potencial fonte de energiarenovável — Compreender a distribuição dos ventos e os fatores queinfluenciam a eficiência da geração eólica.— Entender como ocorre as medições do vento e suas características— Ter uma visão do que é um Atlas eólico
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- A energia elétrica é um recurso de grandeimportância para o bem estar da sociedadehumana.
- A evolução tecnológica (com desenvolvimentode produtos das linhas branca e marrom) e autilização de produtos básicos tem contribuídopara o aumento do consumo de eletricidade.
Energia
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A energia pode ser definida como a capacidade de produzir ou a capacidade de serealizar um trabalho.
A energia não se cria do nada; ela já existe em nosso universo e o que ocorre é asua transformação de uma forma para outra ou outras.
Pode ser usada de forma menos dispendiosa por meio de fontes renováveis como:hidroelétricas, solar e eólica,dentre outras. .
Energia
Alguns dos tipos de energia atualmente conhecidos:atômica ou nuclear, cinética, potencial, elétrica, química, eólica, solar
Energia eólica
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Tipo de energia cinética causada pelo fluxo oumovimento do ar, frequentemente convertida emeletricidade por meio de turbinas eólicas, quecapturam o movimento do vento e o transformamem energia elétrica.
Energia eólica
– Renovabilidade– Baixa emissão de gases– Indepedência de
combustíveis fósseis– Integração com outras
fontes de energia
• É uma das fontes de energia renováveis, limpas, sustentáveis• Pode ser utilizada para eletricidade, movimentação de barcos, bombeamento deágua, moinhos.• O vento é responsável por movimentar as hélices das turbinaseólicas e gerar a força mecânica• Quantidade de energia gerada depende da intensidae e constância dos ventos.
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- Pensando em diminuir o sobrecarregamento da matriz elétrica mundial, o mundovem adotando o emprego de aerogeradores de grande porte por meio da implantaçãode parques eólicos em diversas partes do mundo.
Energia Eólica
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- O termo eólico vem do latim aeolicus, pertencente ou relativo à Eólo, Deusdos ventos na mitologia grega.
Energia Eólica
A força dos ventos é uma fonte de energia já conhecida eutilizada há milhares de anos para girar as pás demoinhos e, assim, obter energia eólica.
Para estudar energia eólica épreciso conhecer: Origem Velocidade Potência
Eletricidade
VENTO
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O vento é definido como movimentohorizontal de ar em relação ao solo, originado nodeslocamento de massas de ar provocados peloaquecimento rotacional da Terra.‭
“É ‭o‭‭movimento‭‭de‭‭uma‭‭massa‭‭de‭‭ar‭‭entre‭‭as‭‭zonas‭‭de‭‭diferentes‭‭pressões.‭‭Quanto‭‭maior‭‭a‭‭diferença‭‭de‭‭pressão,‭‭mais‭‭rápido‭‭o‭‭fluxo‭‭de‭‭ar‭‭e,‭‭consequentemente, mais forte o vento”.
Mecanismo de geração dos Ventos
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-É o insumo energético das turbinas eólias
-Não pode ser armazenado- Características aleatórias de velocidade edireção dependentes (geografia dolocal, clima e altura em relação ao solo).
- O tamanho de cada fatia indica afrequência de ocorrência de vento emdeterminada direção.
Características do Vento
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-A variação da velocidade do vento ao longo dos meses, tem umcomportamento de uma distribuiçõa de probabilidade de Weibull.
- A velocidade do vento apresentadiferença de distribuição para mesesdistintos.
Características do Vento
Qual a importância dessas informaçõesquando se deseja instalar uma usina eólica?
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Mecanismos de Geração dos Ventos
– Os ventos que sopram em escala global e os que se manifestamem pequena escala são influenciados por diferentes aspectos:altura, rugosidade, os obstáculos e o relevo.– Os ventos são causados pelo aquecimento não uniforme daatmosfera, e essa não uniformidade ocorre devido à orientação dosraios solares e aos movimentos da Terra.– Regiões tropicais: raios solares quase perpendicularmente -regiões mais aquecidas
– O ar quente que se encontra nas baixas altitudes das regiõestropicais tende a subir, sendo substituído por uma massa de armais frio que se desloca das regiões polares. determina aformação dos ventos.
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– Existem locais no globo terrestre onde os ventos não cessam de soprar. Os mecanismosque os produzem estão sempre presentes na natureza:
Ventos planetários ou constantes
Mecanismos de Geração dos Ventos
Ventos planetários ou constantes.• Alísios: ventos que sopram dos trópicos para oEquador, em baixas altitudes.•Contra-Alísios: ventos que sopram do Equador paraos pólos, em altas altitudes.•Ventos do Oeste: ventos que sopram dos trópicospara os pólos.•Polares: ventos frios que sopram dos pólos para aszonas temperadas.
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Monções: Ventos periódicos que mudam de direção a cada seis mesesaproximadamente.
Durante o verão, o continente asiático está mais quente que o oceano Índico e recebe seusventos, que, carregados de umidade, provocam chuvas intensas no continente. Durante oinverno, a situação se inverte, e desta vez, os ventos são secos e vão do continente para oÍndico.
Mecanismos de Geração dos Ventos
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Brisas: caracterizam-se por serem ventos periódicosque sopram do mar para o continente e vice-versa.
Ventos locais: Ventos que sopram em determinadasregiões e são resultantes das condições locais, que ostornam bastante individualizados.
Ventos variáveis: São ventos irregulares, dos quaisnão sabemos onde, quando, nem com queintensidade de podem ocorrer.
Mecanismos de Geração dos Ventos
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Velocidade do Vento
Fatores que influenciam o regime dos ventosTendo em vista que a velocidade do vento pode variar significativamente em curtas distâncias(algumas centenas de metros), os procedimentos para avaliar o local, no qual se deseja instalaraerogeradores, devem levar em consideração todos os parâmetros regionais que influenciamnas condições do vento. Entre os principais fatores de influência no regime dos ventosdestacam-se:
– A variação da velocidade com a altura;– A rugosidade do terreno, que é caracterizada pela vegetação, utilização da terra econstruções;– Presença de obstáculos nas redondezas;– Relevo que pode causar efeito de aceleração ou desaceleração no escoamento do ar.
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Variação da velocidade do vento com a altura
-Em baixas altitudes o vento tende a ter baixa velocidade e ser bastante turbulento. Nãotem escoamento fluido.- Com o aumento da altitude, a influencia da superfície diminui,e a velocidade do ventoaumenta.
comprimento da rugosidade(Z0): até a altura onde o vento énula
2.Á medida que a altitudeaumental o atrito diminui e avelocidade do vento cresce.A vel. do vento para de variarcom a altitude
1.Quanto mais próximo estiver dasuperfície, maior será o atrito doar com a superfície - dificulta oescoamento do vento
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A relação entre as alturas e velocidades de ventos nas diferentes áreas(urbana, subúrbio ou nível do mar).
Variação da velocidade do vento com a altura
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Como avaliar a velocidade do vento?
Por ser um fenômeno natural, pode variardependendo do dia e da estação do ano.
Bom aproveitamento: não ter obstáculos,com morro, matas, prédios....
Variação da velocidade dovento com a altura
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Efeito de obstáculos
https://www.youtube.com/watch?v=bgYBnrIMgcY
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Efeito de obstáculos
Em um parque eólico com uma grande quantidade de turbinas, e as turbinaspor si só podem ser obstáculos umas para as outras.
Espaçamento de 5 a 9 diâmetros do rotor na direção principal do vento e de 3a 5 diâmetros perpendicularmente à direção principal do vento.
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É o quanto de energia é necessária para que seja realizada alguma ação, comomover, aquecer, iluminar, etc., durante um intervalo de tempo.oué a rapidez com que a energia é consumida ou utilizada
Potência do Vento
Determinação da potência a partir da energia:
Onde:P é a potênciaE é a energia em qualquer forma:elétrica, térmica cinéticaΔt é o intervalo de tempo considerado:
𝑷 = 𝑬
𝚫𝒕
Para fornecer energia ao consumidor pode-se utilizar fontes primárias (naturais) quesão convertidos em energia elétrica
hidrelétricasolareólica
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Como estamos estudando energia eólica, vejamos como determinar a potênciadisponível no vento.
- A energia cinética de uma massa de ar mem movimento a uma velocidade 𝝊 é dada por:
- Considerando a mesma massa de ar m emmovimento a uma velocidade 𝝊, perpendiculara uma sessão transversal de um cilindro imaginário
Potência do Vento
𝑬= 𝟏
𝟐
𝒎𝝊²
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- A energia cinética de uma massa de ar m em movimento a umavelocidade 𝝊 é dada por:
Potência do Vento
𝑷= 𝝆𝑨𝝊³
𝟐
Onde:P é a potência
𝝆 densidade de ar (1,225 kg/m³)
𝝊 a velocidadeA é a área da seção do tubo(m²)
- A potência do vento, depende davelocidade, da área de varredura das pásdo aerogerador e da densidade de ar.
– Cada aumento na velocidade, implicaem um ganho significativo na potência,pois a velocidade está elevada ao cubo.
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Exemplo: Se a velocidade do vento duplicar, 𝝊’ = 2𝝊 , o que acontecerá com apotência?
Potência do Vento
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Exemplo: Se a velocidade do vento duplicar, 𝝊’ = 2
𝝊 , o que acontecerá com a potência?
Potência do Vento
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- A implantação de um parque eólico não pode ser feita de forma aleatória,antes é necessário realizar uma investigação técnica sobre o potencial eólicoda localidade pretendida.
MEDIÇÃO ANEMOMÉTRICA
A medição da velocidade do vento é o ponto mais crítico para a avaliaçãodo recurso de vento, determinação do desempenho e predição da energiaanual gerada. Em termos econômicos, erros traduzem-se diretamente emrisco financeiro.
Medição do Vento
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• Devido a falta de experiência pode acontecer de medições da velocidadedo vento serem feitas incertezas , porque não são aplicadas:
- Boas práticas na seleção– Calibração e montagem nos anemômetros– Seleção do local de medição.
O que são anemômetros?
Medição do Vento
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• O que são anemômetros?Instrumento utilizado para medir a velocidade do vento
Anemômetro digital de bolso. Anemômetro analógico de torre.
Medição do Vento
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Anemômetro analógico de torre – utilizado por exemplo, em aeroportos.
Medição do Vento
possui três ou quatro braços, cujas extremidadessão formadas por duas metades ocas de esferas que ovento faz rodar.
O movimento de rotação aciona umavareta central, que está ligada a um registrador usadopara marcar a velocidade do vento.
O uso de anemômetros de má qualidade, causam incertezasna velocidade, mesmo que eles tenham sido calibrados.
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Torre anemométrica
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Observações importantes:
- Período mínimo de medições da velocidade do vento é de um ano, o quediminui significativamente o risco financeiro de um parque eólico;
- Essas medições de velocidade do vento são de suma importância ao seconsiderarem os aspectos econômicos de projetos de turbinas eólicas. (errosde 3% nas medições ocasionam erros de até 10% na produção de turbinas)
- A rugosidade do terreno diminui a velocidade do vento, ou seja, quantomais alto, menos influência da rugosidade do solo.
Medição do Vento
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Medições anemométricas:
‭A ‭medição‭‭anemométrica‭‭consiste‭‭de‭‭uma‭‭técnica‭‭que‭‭visa‭‭colher‭‭uma‭‭série de informações referente a:‭
‭●‭‭A velocidade do vento;‭‭●‭‭A direção do vento;‭‭●‭‭Temperatura ambiente;‭‭●‭‭Umidade relativa do ar;‭‭●‭‭Pressão atmosférica.‭
Medição do Vento
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Sensor de direção
Medição do Vento
O sensor de direção é um instrumento utilizadopara medir a direção do vento. A direção dosventos é importante para o cálculo da energiagerada por determinada usina eólica, e tambémpara a otimização da escolha dos locais e dadireção que ficarão alinhados os aerogeradores.
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O que é um atlas eólico? É um instrumento que indica os maiorespotenciais de vento que podemos encontrar em uma área específica.
- Podem ser extraídas informações preliminares dos maiores potenciais devento que se pode encontrar em uma determinada região.
- A construção desses atlas é feita por uma plataforma de modelagemnumérica do clima: Medições de vento de curta duração (provenientes dastorres anenométricas) + (modelos de simulação atmosférica)
Atlas Eólico
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Com o auxílio de atlas eólicos:
- Escolhe-se o local- Implantação de torres anemométricas (fornecer informações maisprecisas para evitar erros grosseiros que tragam prejuízos financeiros)
Atlas Eólico
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Atlas Eólico
links úteis para pesquisa:
https://www.arquitetoversatil.com/2017/10/mapa-global-dos-ventos-3-ferramentas-formidaveis-que-te-ajudarao-em-seu-processo-projetual.html?srsltid=AfmBOorqaDozWVz2UI6jZBd2CogoVpkKh3D9on3fN-72QgpMtqz-Izk4
https://cresesb.cepel.br/index.php?section=atlas_eolico&
https://www.arquitetoversatil.com/2017/10/mapa-global-dos-ventos-3-ferramentas-formidaveis-que-te-ajudarao-em-seu-processo-projetual.html?srsltid=AfmBOorqaDozWVz2UI6jZBd2CogoVpkKh3D9on3fN-72QgpMtqz-Izk4
https://www.arquitetoversatil.com/2017/10/mapa-global-dos-ventos-3-ferramentas-formidaveis-que-te-ajudarao-em-seu-processo-projetual.html?srsltid=AfmBOorqaDozWVz2UI6jZBd2CogoVpkKh3D9on3fN-72QgpMtqz-Izk4
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Bons Estudos!!