Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
O papel da Engenharia Mecânica nas energias
renováveis
Energia Eólica
Ano Letivo 2014/15
Projeto FEUP 1º Ano -- MIEM:
Armando Sousa Teresa Duarte
Equipa 1M01_2:
Supervisor: Teresa Duarte Monitor: Rita Afonso
Estudantes:
Ana Beatriz Barbosa Marques Sousa (201403955)
Inês Isabel Ferreira Viegas (201406182)
João Pedro de Almeida Lopes Ponte dos Reis (201403711)
Mauro Costa Soares (201405656)
Rita Isabel Lino Barros (201306050)
Vítor Rafael Betencourt Carvalho (201405811)
O papel da Engenharia Mecânica nas energias renováveis - Energia Eólica 2/32
Resumo
O tema abordado no trabalho, proposto na unidade curricular “Projeto FEUP”, no curso
de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica, é o papel da engenharia mecânica nas
energias renováveis, focando principalmente a energia eólica. A escolha do subtema,
Energia Eólica, teve origem numa decisão grupal e democrática que evidencia a importância
das engenharias, nomeadamente, da engenharia mecânica.
Como tal, pretende-se esclarecer o leitor no que toca: às diferentes etapas envolvidas
na produção de energia elétrica, desde o momento em que o aerogerador capta a energia
cinética contida no vento, passando pela sua transformação em energia elétrica, até ao
momento final em que esta entra na rede elétrica e fica à disposição do consumidor; aos
diferentes componentes que formam um aerogerador; aos tipos de aerogeradores que
existem atualmente (de eixo vertical e de eixo horizontal); às vantagens e desvantagens da
energia eólica; aos critérios envolvidos na escolha de um local para a construção de um
parque eólico; e aos custos envolvidos na rentabilização deste tipo de energia.
Além disto, far-se-á também uma referência à atualidade das energias renováveis,
nomeadamente da energia eólica, em Portugal e no Mundo, apresentando-se algumas
estatísticas e gráficos que irão complementar essas informações.
Por outro lado, também se procurou conciliar os objetivos da equipa com os objetivos da
unidade curricular “Projeto FEUP”, nomeadamente, integrar os novos alunos no ambiente
universitário, desenvolver capacidades como a comunicação e o trabalho em equipa (as
chamadas soft skills), as quais serão indispensáveis no mundo empresarial, e incrementar a
discussão científica de um tema, bem como o desenvolvimento de um pequeno projeto.
Palavras-Chave
Aerogerador, cabine ou nacelle, energia, energia eólica, energias renováveis, gerador,
offshore, parque eólico, rotor, turbina, vento
O papel da Engenharia Mecânica nas energias renováveis - Energia Eólica 3/32
Agradecimentos
Em primeiro lugar, gostaríamos de agradecer à supervisora do projeto FEUP,
Professora Teresa Margarida Guerra Pereira Duarte, pelo acompanhamento e incentivo
dados durante a realização deste relatório.
Seguidamente, gostaríamos de agradecer à monitora Rita Afonso pela ajuda e
disponibilidade com que podemos sempre contar.
Por fim, gostaríamos de agradecer à Faculdade de Engenharia da Universidade do
Porto (FEUP), pela oferta de uma biblioteca com inúmeros recursos e pelas sessões da
semana intensiva dedicada unicamente à unidade curricular “Projeto FEUP”, ambas
indispensáveis à realização deste trabalho.
O papel da Engenharia Mecânica nas energias renováveis - Energia Eólica 4/32
Índice
Página
Lista de Figuras…………………………………………………………………………………..5
1. Introdução…………………………………………………………………………………….6
2. O que é a Energia Eólica?...........................................................................................7
2.1. A origem do vento………………………………………………………….7
2.2. Por que é que é uma energia renovável?............................................8
3. Componentes de uma turbina eólica ……………………………………………………..9
4. Tipos de aerogeradores……………………………………………………………………11
5. Funcionamento do aerogerador…………………………………………………………..13
5.1. Conversão da energia do vento em energia elétrica…………...…….13
5.2. Como é controlado um aerogerador……………………………………14
5.3. De que forma deve estar orientado de modo a garantir um máximo
aproveitamento da energia proporcionada pelo vento?.....................14
5.4. Será que a produção de energia elétrica aumenta em proporção
direta ao aumento de velocidade do vento?.......................................15
5.5. Como é transportada a energia desde o aerogerador até ao
consumidor?.......................................................................................15
6. Vantagens e Desvantagens da Energia Eólica…………………………………………17
7. Energia Eólica Offshore……………………………………………………………………19
8. Caraterização de um local: identificação de locais……………………………………..21
potenciais
9. Custos……………………………………………………………………………………….22
10. Energia Eólica no Mundo e em Portugal………………………………………………...23
11. Conclusões………………………………………………………………………………….29
12. Referências Bibliográficas…………………………………………………………………31
O papel da Engenharia Mecânica nas energias renováveis - Energia Eólica 5/32
Lista de figuras
Página
Figura 1……………………………………………………………………………………………7
Figura 2……………………………………………………………………………………………8
Figura 3…………………………………………………………………………………..……..…9
Figura 4…………………………………………………………………………………………..10
Figura 5…………………………………………………………………………………………..12
Figura 6…………………………………………………………………………………………..13
Figura 7…………………………………………………………………………………………..14
Figura 8…………………………………………………………………………………………..15
Figura 9…………………………………………………………………………………………..16
Figura 10…………………………………………………………………………………………18
Figura 11…………………………………………………………………………………………20
Figura 12…………………………………………………………………………………………21
Figura 13…………………………………………………………………………………………22
Figura 14…………………………………………………………………………………………23
Figura 15…………………………………………………………………………………………24
Figura 16…………………………………………………………………………………………25
Figura 17…………………………………………………………………………………………26
Figura 18…………………………………………………………………………………………27
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1. Introdução
Um dos problemas mais debatidos na atualidade é a questão energética. A energia
pode ser definida como “a capacidade de gerar trabalho”, como algo que consegue por em
movimento a matéria e que não pode ser destruída, apenas transformada noutros tipos de
energia, estando presente em tudo no universo [1]
Nos dias de hoje, as principais fontes de energia são de origem não renovável, isto é, o
tempo de reposição das mesmas, num prazo útil, pela natureza, é insuficiente. Em
acréscimo, estes recursos são extremamente poluentes e responsáveis por graves
problemas ambientais, de que é exemplo o buraco do ozono e as consequentes alterações
climáticas.
As energias renováveis são fontes energéticas que se autorregeneram (no fundo, nunca
se gastam). Para além disto, devido ao facto da poluição por elas gerada ser diminuta,
surgem como a melhor solução a este problema, apresentando um impacto ambiental quase
omisso.
A energia eólica é um exemplo e não só se destaca pelo excelente rendimento como
pelo baixo custo de manutenção e de instalação: uma turbina eólica comum, instalada nos
chamados parques eólicos, é capaz de produzir até 2 a 3 Mw, podendo satisfazer as
necessidades energéticas de 2000 a 3000 lares. [2]
Para a produção desta energia são usados aerogeradores que são constituídos por
vários componentes que possibilitam a conversão da energia cinética do vento em energia
mecânica, presente no movimento de rotação das pás, que, posteriormente, será convertida
por um gerador em energia elétrica. Ao longo deste processo, como em qualquer outro,
perdem-se fações da energia fornecida ao sistema inicialmente (energia dissipada). Assim
tem-se procurado ao longo dos anos, compensar estas perdas com o desenvolvimento de
turbinas eólicas nas quais é máximo o aproveitamento da energia contida no vento. [2]
Um exemplo dessas turbinas será abordado e desenvolvido ao longo do trabalho.
Trata-se das turbinas mais comumente utilizadas, as turbinas tubulares, cujo rotor é de eixo
horizontal.
O papel da Engenharia Mecânica nas energias renováveis - Energia Eólica 7/32
2. O que é a energia eólica?
2.1 A origem do vento
A energia eólica é um tipo de energia renovável proveniente da “energia cinética contida
no vento”. [3]
Ao longo da superfície terrestre, a radiação solar recebida difere de local para local,
sendo o seu valor nas zonas equatoriais superior ao valor registado nas zonas polares.
Como consequência do aquecimento desigual da atmosfera pelo sol (Fig. 1), verificar-se-ão
diferenças de pressão ao longo da superfície terrestre que irão originar o movimento de
massas de ar (vento) – o ar quente, menos denso sobe, arrefecendo, tornando-se
progressivamente mais denso e por isso realizando um movimento descendente. Por outro
lado, o movimento de rotação da Terra e as variações sazonais da radiação solar incidente
nos vários pontos do globo são também responsáveis pelo aparecimento deste elemento da
atmosfera terrestre. O vento resulta, assim, da radiação solar. [3]
Figura 1 – Variação da intensidade da radiação solar incidente (W/m2) ao longo da superfície terrestre [4]
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2.2 Por que é considerada uma energia renovável?
Uma energia é considerada renovável quando têm origem em fontes naturais, que
não se esgotam pois têm uma capacidade regenerativa, isto é, as suas fontes de energia
renovam-se num período compatível com o da vida humana.
Como a energia eólica tem origem no vento, que por sua vez é originado pela
radiação solar, uma fonte natural de energia, podemos classificá-la como energia renovável
(Fig. 2). [2]
Figura 2 – Parque eólico na Serra do Barbanza, Coruña, Galicia [5]
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3. Componentes de uma turbina eólica
Um aerogerador (Fig. 4) corresponde à tecnologia usada para captar e transformar a
energia cinética do vento, a qual é posteriormente transformada em energia elétrica. Estes
“moinhos eólicos” são essencialmente constituídos por: [6]
• Um rotor;
• Uma cabine ou nacelle;
• Uma torre de suporte.
No rotor (Fig. 3) estão localizadas as pás ou hélices, que têm frequentemente cerca
de 30 metros. Podem ser feitas de diversos materiais como a madeira, compostos sintéticos
ou metais, variando consoante a sua grandeza e as condições atmosféricas a que está
sujeita. Para que as pás girem, são necessários um anemómetro e um medidor de direção
de vento, com a função de medir a velocidade e a direção do mesmo, respetivamente. Os
objetivos destes mecanismos são: otimizar o processo de conversão de energia, pois as
pás do rotor orientam-se consoante a direção do vento (sempre perpendicular a esta) e,
impedir o funcionamento do aerogerador aquando a ocorrência de velocidades muito
elevadas, obrigando-o a posicionar as pás e o rotor num plano paralelo à direção do vento.
[6]
Figura 3 – Rotor de um aerogerador de eixo horizontal [7]
O papel da Engenharia Mecânica nas energias renováveis - Energia Eólica 10/32
Na cabine estão alojados diversos equipamentos como: o veio principal, que está
ligado ao rotor e a um multiplicador (que aumenta velocidade do veio para produzir mais
energia); o travão de disco e um sistema hidráulico (usados em casos de emergência por
exemplo, quando a velocidade do vento é demasiado elevada ou quando é necessário
efetuar a manutenção do aerogerador); a caixa de velocidades (pouco frequente); o gerador
elétrico (responsável pela conversão da energia cinética em elétrica); o mecanismo de
orientação direcional; o radiador de arrefecimento (usado em casos de sobre aquecimento
dos componentes da cabine). [6]
Por último, a torre suporta a cabine e eleva o rotor até a uma altitude em que a
velocidade do vento é superior à do solo. Como as torres modernas podem ter mais de 100
metros, a estrutura destas tem de suportar cargas bastante significativas, como também
resistir a uma exposição de diferentes condições atmosféricas ao longo da sua via útil
(estimada em cerca de 20 anos). Posto isto, os materiais mais usados na construção da
torre são o aço e o betão, pois também revelam mais segurança no que toca à manutenção
do aerogerador. [6]
Figura 4 – Aerogerador Tubular [8]
Legenda:
1. Fundação
2. Conexão com a rede elétrica
3. Torre
4. Escadaria de Acesso
5. Mecanismo de orientação
direcional
6. Cabine/Nacelle
7. Gerador
8. Anemómetro
9. Freio/Veio Principal
10. Caixa de Velocidades
11. Pá
13. Cubo rotor
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4. Tipos de Aerogeradores
Existem dois tipos de aerogeradores:
• Aerogeradores com velocidade constante;
• Aerogeradores com velocidade variável (Fig. 5).
Os aerogeradores com velocidade constante utilizam geradores síncronos (ou de
indução), sendo estes diretamente conectados à rede elétrica. [9]
Apesar destes aerogeradores terem a vantagem de serem de construção simples e
pouco dispendiosa, apresentam um baixo desempenho aerodinâmico quando se verifica
uma grande variação da velocidade e da direção do vento. Assim, variações rápidas da
velocidade do vento originam variações da potência elétrica gerada, o que prejudica a
estabilidade da tensão da rede local. [10]
Desta forma, os aerogeradores com velocidade constante foram substituídos pelos
aerogeradores com velocidade variável.
Os aerogeradores com velocidade variável podem usar quer geradores síncronos,
quer assíncronos. [9]
Nestes aerogeradores, a conexão à rede elétrica é feita através de um conversor de
frequência eletrónica. A frequência produzida pelo gerador depende da sua rotação, pelo
que esta irá variar em função da variação da rotação da turbina. Através do conversor, a
frequência da energia elétrica fornecida pelo aerogerador vai ser constante e sincronizada
com a rede elétrica. [9]
O papel da Engenharia Mecânica nas energias renováveis - Energia Eólica 12/32
Este tipo de aerogeradores permite uma maximização do desempenho aerodinâmico
e a redução das flutuações de carga mecânica. As grandes desvantagens que apresentam
relacionam-se com a grande dificuldade/complexidade de construção. [9]
Figura 5 - Esquema elétrico de um gerador com velocidade variável que usa um
conversor de frequência para o controlo da frequência da geração elétrica [9]
O papel da Engenharia Mecânica nas energias renováveis - Energia Eólica 13/32
5. Funcionamento do aerogerador
5.1 Conversão da energia do vento em energia elétrica
O rotor, constituído pelas pás das turbinas, é posto em movimento por ação da força do
vento. A energia cinética do vento origina, assim, energia mecânica que se manifesta
através do movimento de rotação das pás. Seguidamente, ela é conduzida para o veio de
alta rotação contido na nacelle (cabine) e a sua frequência reduzida (da ordem dos 0,33 Hz
ou 0,5 Hz) é adaptada pela caixa de velocidades (quando existe) à frequência do gerador e,
consequentemente, à frequência da rede elétrica (50 Hz). No gerador, a energia mecânica é
convertida em energia elétrica. Ao mesmo tempo que todo este processo de conversão
ocorre, o radiador de arrefecimento envia, através de um sistema de tubagens, água fria
para arrefecer o gerador. [6]
Após ser produzida energia elétrica ela é transportada por cabos contidos no interior da
torre até à rede elétrica (Fig. 6). [6]
Atualmente existem diferentes tipos de aerogeradores elétricos, sendo que as opções
mais básicas se reduzem ao gerador síncrono (alternador) e ao gerador assíncrono (de
indução). [6]
Figura 6 – Conexão das turbinas eólicas à rede elétrica doméstica. [19]
O papel da Engenharia Mecânica nas energias renováveis - Energia Eólica 14/32
5.2 Como é controlado um aerogerador
Um aerogerador é controlado através de um controlo automatizado em tempo real.
[6]
5.3 De que forma deve estar orientado de modo a garantir um máximo aproveitamento da energia proporcionada pelo vento?
O rotor deve estar orientado na direção perpendicular [9] à do vento de forma a
maximizar a captação da energia contida nele (Fig. 7). O componente da turbina que realiza
esta função é o mecanismo de orientação direcional, cujo motor dispõe a nacelle e o rotor
da turbina no plano adequado, mediante a informação recebida pelo sensor de direção
colocado em cima da cabine (nacelle), num anemómetro.[6]
No entanto, para velocidades muito elevadas a turbina para o seu funcionamento e o
mecanismo de orientação direcional orienta a nacelle e o rotor de forma a evitar a sua
danificação. [6]
Figura 7 – Ilustração de um aerogerador. [20]
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5.4 Será que a produção de energia elétrica aumenta em proporção
direta ao aumento da velocidade do vento?
Seria de esperar que a energia elétrica produzida aumentasse em proporção à
velocidade do vento que atuasse no aerogerador. De facto, isto apenas é possível verificar
até uma velocidade máxima do vento. Ou seja, na cabina da turbina existe um componente
(sistema de controlo) cuja função é controlar o funcionamento da turbina mediante as
medidas de velocidade do vento registadas. Assim, a partir da velocidade de 5m/s
(aproximadamente) a turbina começa a funcionar; para ventos com velocidades a partir de
25m/s (aprox.) o seu funcionamento é interrompido (Fig. 8) (o travão de disco faz com que
as pás parem, para prevenir estragos no aerogerador). [6]
Figura 8 – Relação entre a velocidade do vento e a produção de energia elétrica. [21]
5.5 Como é transportada a energia desde o aerogerador até ao
consumidor?
Os aerogeradores podem incorporar sistemas isolados, híbridos ou interligados à rede
elétrica. [9]
Nos sistemas isolados, constituídos por aerogeradores de pequeno porte e, por isso,
direcionados, fundamentalmente, para pequenas localidades, é privilegiado o
O papel da Engenharia Mecânica nas energias renováveis - Energia Eólica 16/32
armazenamento de energia. Para fornecer energia a equipamentos que operam em corrente
alternada, é necessário que o aerogerador contenha um dispositivo que faça a conversão da
corrente contínua em corrente alternada. [9]
Nos sistemas híbridos, os aerogeradores operam em conjunto com outras fontes
geradoras de energia (painéis fotovoltaicos…). Devido ao facto de produzir corrente elétrica
em corrente alternada, necessita também de um inversor/conversor. [9]
Nos sistemas interligados à rede elétrica estão envolvidos um grande número de
aerogeradores, os quais não necessitam de sistemas de armazenamento de energia, pois
toda a energia produzida é canalizada, diretamente, para a rede elétrica. [9]
Após este processo de transformação, a energia é transportada até ao consumidor por
uma rede elétrica, à qual se encontram ligados os aerogeradores (Fig. 9). [2]
Figura 9 – Energia eólica e o consumo doméstico de energia elétrica. [22]
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6. Vantagens e Desvantagens da Energia Eólica
A energia eólica transporta consigo vários benefícios quer para a sociedade em geral
quer para o estado. No entanto, este tipo de energia apresenta desvantagens que também
devem ser consideradas quando se instala um parque eólico (Fig. 10). [11]
As fontes de energia renováveis devem-se, na sua maioria, à radiação solar e são,
simultaneamente, as fontes de energia mais antigas e mais modernas usadas pelo Homem.
[6]
A utilização da energia gerada pelo vento remonta às civilizações mais antigas, tais
como a civilização grega ou romana. Também Portugal usou o vento para conquistar terras
desconhecidas e fazer trocas comerciais, pois o vento era utilizado para encher as velas dos
barcos que, por sua vez, facilitavam o movimento dos mesmos. [11]
Após a utilização do vento para movimentar os barcos no mar, a sua utilização foi
estendida ao uso em terra, nomeadamente aquando da construção dos primeiros moinhos
de vento. [11]
A partir do século XVI, o vento passou a ser uma das principais fontes de energia
não animal, o que foi essencial para o desenvolvimento do setor industrial. [11]
Hoje em dia, a energia eólica é considerada a “fonte de energia renovável mais
promissora para a produção de eletricidade, tendo em conta aspetos de segurança do
aprovisionamento energético, de sustentabilidade ambiental e viabilidade económica.” [6]
A energia eólica traduz-se em diversas vantagens para a sociedade tais como, o
facto de ser uma energia inesgotável, visto que necessita apenas da existência de vento
para gerar energia, o que faz com que não emita gases poluentes nem gere resíduos. Esta
diminuição de gases poluentes diminui também os gases de efeito de estufa. [11]
A criação de parques eólicos também representa benefícios para as comunidades
onde estão inseridos, pois criam novos empregos, geram investimento em zonas mais
desfavorecidas e permitem, também, outras utilizações do terreno, tanto para a prática da
agricultura como para a criação de gado. [11]
A utilização do vento para a produção de energia representa inúmeras vantagens
para o Estado, pois reduz a utilização de combustíveis fósseis (que têm proveniência de
outros países), cumpre o protocolo de Quioto [11] (“O Protocolo de Quioto é um tratado
internacional com compromissos mais rígidos para a redução da emissão dos gases com
efeito de estufa (GEE), considerados como a principal causa do aquecimento global” [11].
O papel da Engenharia Mecânica nas energias renováveis - Energia Eólica 18/32
Neste tratado, “os países desenvolvidos teriam que arranjar alternativas menos poluentes”
[12] para obterem a energia de que necessitam) e é uma das fontes de energia mais barata.
[11]
Por fim, traduz-se também em vantagens para os promotores deste tipo de energia,
visto que, os aerogeradores necessitam de reduzida manutenção e não necessitam de
combustível para funcionarem. É também um bom investimento, pois a energia gasta em
todo o processo de criação e instalação dos aerogeradores é facilmente recuperada. [11]
No entanto, a energia eólica também tem desvantagens tais como o facto de não
existir vento sempre que é necessária a geração de energia. Contribui para a poluição
visual, visto que a instalação dos aerogeradores modifica a paisagem e provoca poluição
sonora, pois quando o vento colide com as pás, produz um ruído constante, que faz com
que as populações apenas possam habitar a uma distância mínima de 200m do parque
eólico. Também tem um impacto negativo para as outras espécies, nomeadamente para as
aves, pois estas colidem com as pás, o que pode afetar os seus hábitos de migração. [11]
O vento tem, também, caraterísticas especiais que devem ser consideradas aquando
da instalação de um parque eólico. [6]
Existem obstáculos, tais como árvores, edifícios e formações rochosas que
diminuem a velocidade do vento. [6]
Outra caraterística a ter em conta é o “efeito de esteira”, o que se traduz numa
diferença de energia entre o vento que “entrou” na turbina e o vento que “sai” da mesma,
pois este último tem uma velocidade inferior ao vento incidente. Por este motivo, a
instalação dos aerogeradores tem de ser efetuada de um modo rigoroso e cuidado para
minimizar o efeito de esteira. Mesmo assim, “a energia perdida devido ao efeito de esteira é
de cerca de 5%.” [6]
Figura 10 - Imagem do Parque eólico próximo a Caen, França [13]
O papel da Engenharia Mecânica nas energias renováveis - Energia Eólica 19/32
7. Energia Eólica Offshore
“Cientistas estão à beira de uma revolução na energia eólica:
Cientistas de Vladivostok, uma cidade na costa russa do Pacífico, propuseram uma
nova solução tecnológica. Esta vai permitir evitar uma série de problemas da energia
eólica.” [11]
Uma das desvantagens da energia eólica – “a inconstância do vento” – tende a
deixar de ser um problema, visto que cientistas russos criaram novos aerogeradores com
um eixo de rotação vertical. [111]
“O vento é uma fonte de energia renovável, e as suas possibilidades são,
aparentemente, intermináveis.” [11] E, apesar de vários países produzirem uma grande
parte da sua energia através de turbinas eólicas, esta energia não tem tido avanços. Este
facto justifica-se através do elevado custo desta energia, dos riscos ambientais de
infrassons que esta apresenta e devido à inconstância do clima. Porém, alguns destes
problemas podem ser evitados se se adotar uma solução tecnológica proposta pelos
especialistas russos. [11]
“A maioria das turbinas eólicas têm um eixo localizado no plano horizontal. Isso
permite aumentar a sua eficiência e posicionar a turbina muito acima do chão, onde o vento
é mais forte. A alternativa é um eixo vertical, quando a turbina roda como um carrossel,
perto do solo.” [11]
Inicialmente, essa ideia foi considerada irracional, pois a produção de energia está
relacionada proporcionalmente com a velocidade do vento e o vento é mais forte em pontos
mais afastados do solo, do que em locais perto do solo. [11]
No entanto, vários cientistas afirmam que esses obstáculos podem ser ultrapassados
através da escolha do local de instalação do gerador. A proposta destes investigadores
passa por colocar os aerogeradores no mar, o que aumenta a potência destes em 10 vezes
ou mais, pois acima da superfície do mar, o vento é mais estável e tem uma velocidade
superior (Fig. 11). [11]
No mar, o vento tem um comportamento diferente daquele que tem em terra. O mar
não apresenta tanta rugosidade [6], o que “faz com que a variação da velocidade do vento
com a altura seja pequena, e, portanto,” [6] não existe necessidade de instalar torres
elevadas. Também no mar, o vento apresenta menos turbulência do que em terra, [11] “o
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que faz esperar uma vida útil mais longa para as turbinas”. [11]
A estabilidade das turbinas é assegurada por âncoras no fundo do mar.[11] “No
centro da estrutura, acima da água, há uma pequena torre ao torno da qual gira lentamente
um rotor com pás.” [6] Estas estruturas têm a facilidade de poderem ser rebocadas por mar
e não é necessário aumentar o suporte das mesmas devido ao aumento da sua capacidade,
pois a água suporta a estrutura. [11]
Figura 11 - Imagem ilustrativa da instalação de aerogeradores offshore [14]
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8. Caraterização de um local: identificação de locais potenciais
Um dos fatores determinantes para o sucesso económico é a instalação das turbinas
em locais com ventos fortes e persistentes. [6]
Inicialmente, é necessário aplicar regras de escolha relacionadas com o senso
comum, tais como o facto de os cumes das montanhas serem, geralmente, muito ventosos,
ao contrário dos vales e que os planaltos elevados e as zonas costeiras podem ser locais
ventosos. [6]
Os locais devem, também, ser estudados com mapas e com medições efetuadas
nos locais de interesse. Estas medições de vento são executadas com anemómetros (Fig.
12) e sensores de direção. [6]
Figura 12 - Imagem de um anemómetro [15]
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9. Custos
Os custos para aproveitamento do recurso eólico são variáveis, pois dependem do
valor das instalações e das tecnologias usadas na criação de um parque eólico (Fig. 13). [6]
“Verifica-se que, para os investimentos totais médios atuais em sistemas de
conversão de energia eólica, a rendibilidade é assegurada tipicamente a partir das 2000
horas de funcionamento anual” [6] (cerca de 84 dias).
Figura 13 - O maior complexo eólico do mundo está instalado na Alemanha [16]
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10. Energia Eólica no Mundo e em Portugal
Figura 14 - Capacidade Total Global de produção de Energia de origem eólica [17]
Energia Eólica encontra-se atualmente em mais de 80 países do mundo, sendo que
em 24 deles já se produz uma quantidade considerável de mais de 1000 MW.
Considerando o estudo realizado pela GWEC, a capacidade total de Energia obtida
através de processos Eólicos a nível mundial, atingiu em 2013 um valor de 318 mil MW,
havendo um aumento significativo de cerca de 200 mil MW nos últimos 5 anos, um
crescimento extraordinário de quase o triplo, dos valores apresentados em 2008 (Fig. 14).
Isto tudo deve-se a uma maior sensibilização por parte dos governos recentes, que
face aos problemas ecológicos ou económicos (dependência externa para a obtenção de
combustíveis não renováveis) que são apresentados por estudos, investigações e relatórios
de diversas instituições privadas, ou mesmo governamentais, se viram forçados a encontrar
alternativas às formas de obtenção de energia conventuais (combustíveis fósseis). Uma das
formas mais práticas encontradas, foi a instalação de diversos parques eólicos por todo o
mundo, havendo, por consequência, um aumento exponencial nos valores de transformação
de energia eólica para energia útil e necessária aos cidadãos nestes últimos anos.
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Figura 15 - Top 10 Maiores países transformadores de Energia Eólica [17]
Pelo gráfico dos resultados mundiais, do total de capacidade de produção de energia
de origem eólica, conclui-se o significativo contributo da China para os resultados mundiais,
já que no ano passado, apresenta-se como o grande produtor mundial com cerca de 91 mil
MW, um valor já extraordinário comparando a média global de produção (Fig. 15).
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Neste gráfico é também visível um domínio europeu na tabela do Top 10 mundial de
transformação de energia eólica, com a presença de 6 países europeus (Alemanha,
Espanha, Reino Unido, Itália, França e Dinamarca). Estes resultados são a reflexão das
políticas da União Europeia com o intuito de tornar os países membros mais sustentáveis a
níveis ecológicos, energéticos e económicos.
Figura 16 - Capacidade instalada anualmente por região [17]
Ao dividir o mundo em regiões continentais, através dos dados do relatório anual da
mesma organização (GWEC,) consegue-se observar uma grande discrepância de valores
na instalação de estruturas, entre 2005 e 2013, de obtenção de energia a partir de origens
eólicas. É notável a enorme diferença entre as regiões Europeia, Norte Americana e Asiática
e as regiões da América Latina, Africana e do Pacífico (Fig. 16). Tudo isto se pode explicar
pela capacidade económica que está associada a cada região. Como é notório as regiões
com mais poder económico, e mais desenvolvidas a nível global, têm uma maior aplicação
de investimento na instalação e desenvolvimento de sistemas de produção energética.
Pode-se também detetar um crescimento no investimento nos últimos anos, havendo
apenas a exceção da América do Norte que no último ano reduziu significativamente o seu
investimento, devido a decisões políticas internas. Em consequência disso o Canadá
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passou ser o investidor maior na região da América do Norte, sendo que o campeão de
investimento na Europa, atualmente é a Alemanha, e a nível mundial o grande
impulsionador é a República Popular da China, com um total de aumento da capacidade de
produção em 2013 de 16 mil MW (45% do investimento mundial em 2013).
A partir de estudos, estatísticas e relatórios da entidade internacional para as
energias provenientes do vento, deteta-se um enorme crescimento da China neste ramo de
mercado, tendo sidos aplicados gigantes esforços e investimentos, nesta forma de origem
energética, prevendo-se para 2020 (dados orçamentais do governo da RP Chinesa) uma
capacidade total de produção de energia que chega a 200 mil MW, cerca de 60% da
capacidade total global atual.
Figura 17 - Portugal – Capacidade geradora acumulada [18]
Considerando a realidade nacional atual (Fig. 17), Portugal encontra-se na sétima
posição como o maior transformador de energia eólica, vindo atrás de países como a
Alemanha, Espanha, Itália, França, Dinamarca e Reino Unido. Considerando o reduzido
espaço territorial, em relação a outros Estados (Alemanha, França), pode-se concluir que
apesar de não produzida muita energia, em bruto em relação aos primeiros da lista
(Espanha com 23 mil MW e sobretudo Alemanha com 33 mil MW), Portugal tem um valor de
produção/área territorial, capaz de lutar pelos primeiros lugares com as grandes potências.
No final de 2013 (dados ewea –European Wind Energy Association) a nível
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nacional, são produzidos cerca de 4 mil MW de energia (1,7 % da capacidade europeia
segundo a EWEA), um valor que todos os anos tem aumentado, com um pico de
desenvolvimento entre 2004 e 2009 em que passamos de um valor de apenas 500 MW,
para os 3.500MW, uma diferença de 3 mil MW em apenas 5 anos.
Ainda comparando os resultados nacionais com os europeus, Portugal é o país com
maior nível de penetração da energia eólica, representando cerca de 17% dessa penetração
europeia, ficando apenas atrás da Dinamarca (grande apostadora na instalação de
estruturas e equipamentos na sua plataforma continental). Querendo isto dizer que Portugal
é ainda um forte apostador, na instalação e desenvolvimento no ramo da Energia Eólica.
Figura 18 - Capacidade geradora por distritos e regiões autónomas
A níveis internos, a capacidade de produção de energia de origem eólica, encontra-
se mais concentrada em certos pontos e regiões do país (Fig. 18). A maior concentração de
estruturas instaladas e em concentração observam-se nas regiões mais montanhosas e
interiores (distritos de Viseu, Vila Real, Coimbra e Castelo Branco), apesar de ainda haver
alguns focos, de produção elevada, nos distritos de Lisboa e Viana do Castelo).
O papel da Engenharia Mecânica nas energias renováveis - Energia Eólica 28/32
É notória a contribuição do distrito de Viseu para estas estatísticas, onde a
capacidade de produção é de 934 MW. Estes valores são justificados com a enorme
concentração de parques eólicos nessa região, havendo em quase todos os pontos altos, ou
de elevado potencial, estruturas capazes de transformar a força do vento em energia. Como
exemplo da grandeza dessa concentração de estruturas instaladas, segundo a E2P
(Energias Endógenas de Portugal), no concelho de Lamego (pertencente ao distrito de
Viseu), existem 6 parques eólicos com uma capacidade total de 51,5 MW.
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11. Conclusões
Desde os primórdios que o vento é usado como fonte de energia. Em Portugal, teve um
papel importante na época dos descobrimentos, desde a navegação ao desenvolvimento da
indústria, através dos moinhos de vento.
Hoje em dia, a energia eólica é utilizada para a produção de energia elétrica e tem vindo
a desenvolver-se, tornando-se uma tecnologia muito utilizada em determinados países.
Atualmente, os cientistas têm desenvolvido a tecnologia das turbinas para serem
criados parques eólicos em offshore. Nestes, a produção de energia elétrica é maior e o
impacto visual é menor.
Por outro lado, recomenda-se o uso de energias renováveis e “limpas”, ou seja, não
poluentes, como a energia eólica: a fonte energética é-nos oferecida gratuitamente, pois
trata-se de uma força da Natureza – o vento- e, é uma energia que, apesar do custo das
infraestruturas ser variável, em pouco tempo de funcionamento, recupera-se o valor
investido nas mesmas.
Uma outra ressalva que se pode fazer é o facto de ser das energias renováveis mais
utilizadas em Portugal, devido ao relevo do território e à faixa costeira. No entanto, poderia
ser ainda mais desenvolvida, principalmente em offshore, pois Portugal possui uma vasta
área costeira, nomeadamente, o Oceano Atlântico.
É uma área em franco desenvolvimento e um modo de obtermos maior independência
dos combustíveis fósseis.
A engenharia mecânica tem um impacto bastante considerável na energia eólica,
principalmente na construção dos aerogeradores. Devido à localização onde são colocados,
os aerogeradores estão sujeitos a condições atmosféricas adversas, pelo que a escolha do
material destes é bastante importante, condicionando o seu tempo de vida. Assim, a
engenharia mecânica intervém na escolha do melhor material na produção dos
aerogeradores e também na sua dimensão, proporcionando assim um melhor rendimento e
um maior tempo de vida útil. Um outro aspeto em que poderá intervir é no desenho das
peças que constituem o aerogerador, sendo que o rendimento da turbina depende
substancialmente deste fator.
Este trabalho permitiu a aquisição de novos conhecimentos sobre o tema apresentado,
bem como a realização de um relatório, uma apresentação e um póster científico. Para além
disso, permitiu a interação entre os diferentes membros da equipa, desenvolvendo, deste
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modo competências sociais e relacionais.
Por fim, pode-se também concluir que a unidade curricular projeto FEUP contribuiu de
forma preponderante para o desenvolvimento do percurso académico dos estudantes, já
que permitiu a integração dos novos alunos no ambiente universitário e incremento das
competências pessoais, nomeadamente, comunicacionais. Também a semana intensiva,
dedicada exclusivamente a esta unidade curricular, permitiu que os alunos adquirissem
novos conhecimentos sobre a realização de relatórios, posters e apresentações, muito
importantes no ambiente académico.
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12.Referências bibliográficas
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