A energia eólica é usada desde a antiguidade para movimentar barcos à vela, moagem de grãos. Para a geração de eletricidade, as primeiras tentativas surgiram no final do século XIX, mas somente um século depois, com a crise internacional do petróleo (década de 1970), é que houve interesse e investimentos suficientes para viabilizar o desenvolvimento e aplicação de equipamentos em escala comercial.E vem se tornando uma alternativa energética, pois é uma fonte não poluidora e gratuita de energia.
Denomina-se energia eólica a energia cinética contida nas massas de ar em movimento (vento). Seu aproveitamento ocorre por meio da conversão da energia cinética de translação em energia cinética de rotação, com o emprego de turbinas eólicas, também denominadas aerogeradores, para a geração de eletricidade, ou cataventos (e moinhos), para trabalhos mecânicos como bombeamento d’água.
Recentes desenvolvimentos tecnológicos (sistemas avançados de transmissão, melhor aerodinâmica, estratégias de controle e operação das turbinas, etc.) têm reduzido custos e melhorado o desempenho e a confiabilidade dos equipamentos. O custo dos equipamentos, que era um dos principais entraves ao aproveitamento comercial da energia eólica, reduziu-se significativamente nas últimas duas décadas. Projetos eólicos em 2002, utilizando modernas turbinas eólicas em condições favoráveis, apresentaram custos na ordem de € 820 por kW instalado e produção de energia a 4 centavos de euro por kWh.
A avaliação do potencial eólico de uma região requer trabalhos sistemáticos de coleta e análise de dados sobre a velocidade e o regime de ventos. Geralmente, uma avaliação rigorosa requer levantamentos específicos, mas dados coletados em aeroportos, estações meteorológicas e outras aplicações similares podem fornecer uma primeira estimativa do potencial bruto ou teórico de aproveitamento da energia eólica.
Para que a energia eólica seja considerada tecnicamente aproveitável, é necessário que sua densidade seja maior ou igual a 500 W/m2, a uma altura de 50 m, o que requer uma velocidade mínima do vento de 7 a 8 m/s (GRUBB; MEYER, 1993). Segundo a Organização Mundial de Meteorologia, em apenas 13% da superfície terrestre o vento apresenta velocidade média igual ou superior a 7 m/s, a uma altura de 50 m. Essa proporção varia muito entre regiões e continentes, chegando a 32% na Europa Ocidental.
Mesmo assim, estima-se que o potencial eólico bruto mundial seja da ordem de 500.000 TWh por ano. Devido, porém, a restrições socioambientais, apenas 53.000 TWh (cerca de 10%) são considerados tecnicamente aproveitáveis. Ainda assim, esse potencial líquido corresponde a cerca de quatro vezes o consumo mundial de eletricidade.
No Brasil, os primeiros anemógrafos computadorizados e sensores especiais para energia eólica foram instalados no Ceará e em Fernando de Noronha (PE), no início dos anos 90. Embora os aproveitamentos eólicos sejam recentes, já contamos com diversas plantas do território nacional. Hoje estimasse que o potencial eólico no Brasil seja superior a 60.000 MW. Segundo o Centro de Referência para Energia Solar e Eólica (CRESESB) o potencial chega a 143 GW, como pode ser observado no livro "Atlas do Potencial Eólico Brasileiro"
O Ceará tem chamado a atenção dos pesquisadores, pois, por ter sido um dos primeiros locais a realizar um programa de levantamento do potencial eólico através de medidas de vento com anemógrafos computadorizados, mostrou um grande potencial eólico.
Em Minas Gerais, existe uma central eólica que está em funcionamento, desde 1994, em um local (afastado mais de 1000 km da costa) com excelentes condições de vento.
A capacidade instalada no Brasil é de 28.625 kW com turbinas eólicas
de médio e grande porte conectadas à rede elétrica. Além
disso, existem cinco empreendimentos em construção com potencia
de 208.300 kW.
A tabela 1 mostra exemplos de centrais eólicas em funcionamento.
Central Eólica |
Localidade |
Potência (kW) |
| Fernando de Noronha I | Fernando de Noronha - PE | 75 |
| Fernando de Noronha II | Fernando de Noronha - PE | 225 |
| Morro do Camelinho | Gouveia - MG | 1.000 |
| Palmas | Palmas - PR | 2.500 |
| Taiba | São Gonçalo do Amarante - CE | 5.000 |
| Prainha | Aquiraz - CE | 10.000 |
No início da utilização da energia eólica, surgiram turbinas de vários tipos – eixo horizontal, eixo vertical, com apenas uma pá, com duas e três pás, gerador de indução, gerador síncrono etc. Com o passar do tempo, consolidou- se o projeto de turbinas eólicas com as seguintes características: eixo de rotação horizontal, três pás, alinhamento ativo, gerador de indução e estrutura não-flexível. A seguir apresentaremos os diversos tipos de aerogeradores.
Aerogeradores de eixo vertical: Esse tipo de aerogerador possui um eixo vertical e aproveita o vento que vem de qualquer direção. São mais indicados para moagem de grãos, recargas de baterias, irrigação. Dos aerogeradores com eixo vertical o Savonius (figura 1) e o Darrieus (figura 2) são os mais usados.
Fig 1. Aerogerador Savonius
Fig 2. Aerogerador Darrieus
Aerogeradores de eixo horizontal: São utilizados para bombeamento de água e geração de eletricidade. Dependem da direção do vento e podem ter uma, duas, três ou quatro pás. Para funcionar, a velocidade tem que variar de 35 a 30 km/h e estar livre de obstáculo a uma altura de 5 m do chão. Na figura 3 mostramos um dos aerogeradores mais utilizados na geração de energia elétrica.
Fig. 3 – Aerogerador de três pás
Aerogeradores de pás múltiplas ou cata-ventos: Possuem de 16 a 32 pás e chegam a ter 15 m de altura. São bastante encontrados em fazendas americanas, por isso também são conhecidos como moinhos americanos. São mais usados para o bombeamento de água e produzem baixa potência devido ao numero elevado de pás, figura 4.
Fig. 4– Aerogerador múltiplas ou cata-vento
Por ser um fenômeno natural, o vento pode variar dependendo do dia e da estação do ano. Para um bom aproveitamento do vento não se deve ter nenhum obstáculo como morros, mata fechada, prédios, etc.
Observando a tabela 2, você poderá ter uma idéia de como é o vento na sua região.
Escala |
Denominação |
Velocidade em m/s |
Avaliação do vento em terra |
| 0 | Calmo | 0 a 0,4 | Não se nota nenhum movimento nos galhos das árvores. |
| 1 | Quase calmo | 0,5 a 1,5 | A direção da fumaça sofre um pequeno desvio. |
| 2 | Brisa leve | 1,6 a 3,4 | As folhas são levemente agitadas. |
| 3 | Vento fresco | 3,5 a 5,5 | As folhas ficam em agitação continua. |
| 4 | Vento moderado | 5,6 a 8 | Poeira e pedaços de madeira são levantados. |
| 5 | Vento regular | 8,1 a 10,9 | As árvores pequenas começam a oscilar. |
| 6 | Vento meio forte | 11,4 a 13,9 | Galhos maiores ficam agitados, |
| 7 | Vento forte | 14,1 a 16,9 | Torna-se difícil andar contra o vento. |
| 8 | Vento muito forte | 17,4 a 20,4 | Fica impossível andar contra o vento |
| 9 | Ventania | 20,5 a 23,9 | Telhas podem ser arrancadas. |
| 10 | Vendaval | 24,4 a 28 | Arvores são derrubadas. |
| 12 | Furacão | 83,0 a 125 | Produzem efeitos devastadores. |
Baseado na tabela 2 pode-se classificar o vento existente na sua região, mas é importante observar o vento, varias vezes ao dia e durante vários dias.
Além do uso da tabela acima, você pode calcular a velocidade do vento usando o anemômetro.
O anemômetro é um instrumento usado para medir a velocidade do vento.
Existem vários tipos de anemômetros. A figura 5 mostra um anemômetro de bolso, que tem a capacidade de medir o vento com a velocidade mínima de 0,3 m/s (1 km/h) e máxima de 40 m/s (144 km/h).
Fig. 5 – Anemômetro de bolso
Fig. 6 – Anemômetro analógico portátil
Outro exemplo de anemômetro é o que fica nas estações meteorológicas e aeroportos, figura 7. Esse tipo de anemômetro fica instalado no local, possui três ou quatro braços, cujas extremidades são formadas por duas metades ocas de esferas que o vento faz rodar. O movimento de rotação aciona, uma vareta central que está ligada a um registrador usado para registrar a velocidade do vento.
Fig. 7 – Anemômetro usada em aeroportos
A geração de energia através do vento é feita por um aerogerador de três pás. Esse tipo de aerogerador tem um movimento rotatório mais rápido. O vento ao passar pelo rotor aciona a turbina, que esta acoplada a um gerador elétrico responsável em transformar a cinética do vento em energia elétrica.
A geração da energia depende principalmente da quantidade de vento que passa pelo aerogerador.
x - irrigação e eletrificação rural
x - Iluminação pública
x - para carregamento de baterias e telecomunicações
Para o bombeamento de água é usado o aerogerador de multipás, uma caixa de rolamento, uma torre reforçada para a fixação do aerogerador e uma bomba hidráulica. A bomba deve ser acoplada a uma haste metálica ligada diretamente ao eixo do rotor do aerogerador e ser instalada próxima ao fluxo de água. O vento, ao passar pelo rotor, acionará a haste, fazendo com que ela suba e desça, bombeando a água para um reservatório, figura 8.
Fig. 8 – Aerogerador para bombeamento
Fonte: www.cdcc.sc.usp.br
A energia eólica é a energia obtida pelo movimento do ar (vento) e não se tem registro de sua descoberta, mas estima-se que foi há milhares e milhares de anos.
A energia dos ventos é uma abundante fonte de energia renovável, limpa e disponível em todos os lugares. A utilização desta fonte energética para a geração de eletricidade, em escala comercial, teve início há pouco mais de 30 anos e através de conhecimentos da indústria aeronáutica os equipamentos para geração eólica evoluíram rapidamente em termos de idéias e conceitos preliminares para produtos de alta tecnologia.
No início da década de 70, com a crise mundial do petróleo, houve um grande interesse de países europeus e dos Estados Unidos em desenvolver equipamentos para produção de eletricidade que ajudassem a diminuir a dependência do petróleo e carvão. Mais de 50.000 novos empregos foram criados e uma sólida indústria de componentes e equipamentos foi desenvolvida.
Atualmente, a indústria de turbinas eólicas vem acumulando crescimentos anuais acima de 30% e movimentando cerca de 2 bilhões de dólares em vendas por ano (1999).
Existem, atualmente, mais de 30.000 turbinas eólicas de grande porte em operação no mundo, com capacidade instalada da ordem de 13.500 MW.
Na Dinamarca, a contribuição da energia eólica é de 12% da energia elétrica total produzida; no norte da Alemanha (região de Schleswig Holstein) a contribuição eólica já passou de 16%; e a União Européia tem como meta gerar 10% de toda eletricidade a partir do vento até 2030.
Tanto no exterior como no Brasil, engenheiros civis, mecânicos e elétricos conseguiram, nos últimos anos, desenvolver um arsenal tecnológicos copaz de captar energia dos ventos com maior eficiência e custo reduzido. Enquanto em 1980 se gastavam 120 para ganhar um megawatt de energia através dos ventos, hoje o custo não passa de 40 dólares, três vezes menor.
Turbinas eólicas de eixo horizontal: pode ser de uma, duas, três ou quatro pás ou multipás. A de uma pá requer um contrapeso para eliminar a vibração. As de duas pás são mais usadas por serem fortes, simples e mais baratas do que as de três pás. As de três pás, no entanto, distribui as tensões melhor quando a máquina gira durante as mudanças de direção do vento. As multipás não são muito usadas, pois são menos eficientes.
Turbinas eólicas do eixo vertical: não são muito usadas, pois o aproveitamento do vento é menor. As mais comuns são três: Savonius, Darrieus e Molinete.
PRÓ: poluição zero. Pode ser complementar às redes tradicionais.
CONTRA: instável, está sujeita a variações do vento e a calmarias. Os equipamentos são caros e barulhentos
Fonte: www.cei.santacruz.g12.br
O homem vive num oceano de energia. Ao redor dele a natureza trabalha constantemente, expendendo energia em tão inesgotáveis quantidades que dela o homem pode aproveitar apenas uma fração. As queda de água poderiam proporcionar força hidrelétrica suficiente para suprir 80% da energia total consumida pelo homem, embora ele use apenas 1 ou 2% dela. Se os ventos fossem dominados, eles poderiam produzir duas vezes mais eletricidade do que a força da água o faz agora.
A atmosfera da Terra age como uma gigantesca máquina térmica. Os raios do Sol, mais fortes no equador do que nas regiões polares, causa o aquecimento do ar tropical que se eleva, cedendo lugar ao ar polar mais frio que se move para tomar-lhe o lugar. Esse fluxo é constantemente perturbado pela rotação da Terra e por condições atmosféricas locais. O resultado é o vento. Esta força pode criar o sopro de uma ventania ártica, ou, ainda, a pavorosa fúria de um ciclone de 800 km por hora. Embora imprevisível e inconstante, mesmo assim o vento tem sido importante fonte de energia para o homem. Durante séculos o vento impeliu navios a vela e moveu moinhos.
Os moinhos de vento foram inventados na Pérsia no século V. Eles eram usados para bombear água para irrigação. Os mecanismos básicos de um moinho de vento não mudaram desde então: o vento atinge uma hélice que ao movimentar-se gira um eixo que impulsiona uma bomba, uma moenda ou, em tempos mais modernos, um gerador de eletricidade.
As hélices de uma turbina de vento são diferentes das lâminas dos antigos moinhos porque são mais aerodinâmicas e eficientes. As hélices tem o formato de asas de aviões e usam a mesma aerodinâmica. As hélices em movimento ativam um eixo que está ligado à caixa de mudança. Através de uma série de engrenagens a velocidade do eixo de rotação aumenta. O eixo de rotação está conectado ao gerador de eletricidade que com a rotação em alta velocidade gera energia elétrica.
Os ventos quase incessantes de todo o litoral brasileiro, até agora aproveitados apenas para bombear água, em cataventos rústicos, passarão a ser usados para gerar energia elétrica. As pesquisas nessa área vêm sendo realizadas pelo Centro Brasileiro de Testes de Turbinas Eólicas (CBTTE), ligado a Universidade Federal de Pernambuco (UFPE). Estima-se que até 2005 o país deva ter 1.600 turbinas eólicas.
A energia eólica é atraente por não causar danos ambientais, e ter custo de produção baixo em relação a outras fontes alternativas de energia.
Fonte: br.geocities.com/saladefisica
