MAPA - EELE - GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA - 54_2025

 

MAPA - EELE - GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA - 54_2025

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M.A.P.A. GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
Usinas Geradoras.

 

Como futuros engenheiros eletricistas, é essencial compreenderem os desafios enfrentados na geração de energia elétrica. O conhecimento profundo desses problemas não só ajudará na resolução de questões técnicas, mas também permitirá fornecer soluções eficazes para os clientes.

Problemas Enfrentados na Geração de Energia Eólica:

Intermitência e Flutuações da Fonte: a maior desvantagem da energia eólica é a sua intermitência. As turbinas só geram eletricidade quando há vento. Isso significa que a produção de energia pode ser imprevisível e flutuar ao longo do dia, da semana e das estações do ano. Essa irregularidade dificulta planejar a oferta de energia e pode exigir o uso de fontes complementares, como usinas termelétricas, para garantir um fornecimento estável.
Questões de Localização e Espaço: parques eólicos precisam de grandes áreas de terra, especialmente em locais com ventos fortes e constantes. Isso pode levar a conflitos pelo uso da terra em áreas rurais, disputas com comunidades locais e possíveis impactos na vida selvagem e nos ecossistemas. Além disso, a topografia do local pode dificultar a instalação das turbinas e a construção de infraestrutura de transmissão.
 Impacto Visual e Sonoro: para algumas pessoas, as turbinas eólicas podem ser vistas como uma poluição visual que altera a paisagem natural. Além disso, elas geram um som de "zumbido" ou "batida" que, embora geralmente baixo, pode ser um incômodo para moradores de áreas próximas. A distância mínima das casas é uma preocupação constante no planejamento de novos parques eólicos.
Impacto na Fauna: as turbinas eólicas podem representar um risco para a vida selvagem, especialmente para pássaros e morcegos. Esses animais podem colidir com as pás em movimento, levando a preocupações ambientais e à necessidade de estudos de impacto rigorosos antes da instalação. Novas tecnologias e locais de instalação mais inteligentes estão sendo desenvolvidos para minimizar esse problema.
Custos e Armazenamento: embora os custos de produção de energia eólica tenham diminuído consideravelmente, a instalação inicial de um parque eólico ainda exige um grande investimento financeiro. Além disso, para lidar com a intermitência, é necessário investir em sistemas de armazenamento de energia, como baterias de grande escala, que ainda são caros e representam um desafio técnico e econômico significativo.
Infraestrutura de Transmissão: muitos locais com grande potencial eólico estão longe dos centros urbanos, onde a energia é mais necessária. A construção de novas linhas de transmissão para levar a eletricidade de volta para as cidades pode ser cara, demorada e enfrentar resistência por parte de proprietários de terras. A falta de capacidade da rede elétrica existente pode limitar a expansão da energia eólica.

Os exercícios a seguir são projetados para refletir situações reais que um engenheiro de uma empresa de consultoria pode enfrentar no seu dia a dia. Eles envolvem a análise de matrizes elétricas e a aplicação de conceitos para resolver problemas práticos de geração de energia.

Fonte: https://www.portalsolar.com.br/energia-eolica. Acesso em: 02 set. 2025.

Para realização da nossa atividade, será necessário realizar o experimento “AEROGERADORES PARA GERAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA”, então é importante seguir todo o roteiro e realizar todas as atividades, (1, 2 e 3), assim, depois de ler a nossa atividade MAPA (importante, pois será solicitado algumas fotos do processo), leia o roteiro do experimento com muita atenção, realize o experimento primeiro e depois volte para continuar a nossa atividade.

Imagine que um cliente chega com um aerogerador e queira fazer alguns testes, o aerogerador em questão é o utilizado no experimento “AEROGERADORES PARA GERAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA”, então seu primeiro passo é realizar todo experimento.

1) Descreva o princípio de funcionamento de um aerogerador de eixo horizontal. Em seguida, cite e explique a função de cada um dos principais componentes que compõem o conjunto aerogerador.

No primeiro momento, será observado o comportamento do aerogerador em vazio, levantando uma curva de tal situação. Siga os passos 1 ao 14 da situação 1 da atividade 3 do experimento:

2) Tire fotos do processo do passo 12 quando a tensão fornecida do gerador é de 4,1, 8,9 e 12 V (Mostrando os valores nos instrumentos).

3) Complete a tabela com os valores de frequência e rotação com os valores experimentais encontrados:

Tensão Fornecida pelo Gerador (V)	Frequência (Hz)	Rotação do Gerador (RPM)
0
1,8
4,1
6,3
8,9
10,8
11,5
12

 

 
4) Utilizando os dados da tabela realizem um gráfico de Rotação versus Tensão fornecida pelo gerador, pode-se utilizar software para gráficos.

Agora, iremos observar o aerogerador quando ele está conectado às cargas de teste, sigam os passos 1 ao 12 da situação 2 da atividade 3.

5) Tire fotos do processo do passo 8 quando a tensão fornecida do gerador é de 4,9, 7,5 e 12 V (Mostrando os valores nos instrumentos).

6) Varie a frequência da tensão fornecida ao motor, para cada nível de tensão fornecida na tabela encontre o valor da frequência, rotação do gerador, corrente de linha e potência trifásica, complete a tabela com os valores encontrados:

Tensão Fornecida pelo Gerador (V)	Frequência (Hz)	Rotação do Gerador (RPM)	Corrente de linha (A)	Potência Trifásica (W)
0,4
1,1
2,3
3,5
4,9
6,1
7,5
8,8
10,2
11,6
12

 

 
7) Monte um gráfico que relaciona a rotação do gerado à potência trifásica, pode-se utilizar software para gráficos.

8) Sabendo que a velocidade do vento é dada pela equação:

Onde, ρ é a massa específica do ar, A é a área de varredura das pás do rotor e P é a potência do potencial eólico, (por facilidade iremos assumir um sistema sem perdas, então seria igual à potência trifásica).
a) Sabendo disto e considerando, A=π[0,575]² m² e ρ = 1,184 kg/m³, determine a velocidade do vento para cada valor de potência e preencha a tabela:

Tensão Fornecida pelo Gerador (V)	Potência Trifásica (W)	Velocidade do Vento (m/s)
0,4
1,1
2,3
3,5
4,9
6,1
7,5
8,8
10,2
11,6
12

 

 
b) Agora considerando, A=π[1,15]² m² e ρ = 1,184 kg/m³ complete a tabela:

Tensão Fornecida pelo Gerador (V)	Potência Trifásica (W)	Velocidade do Vento (m/s)
0,4
1,1
2,3
3,5
4,9
6,1
7,5
8,8
10,2
11,6
12

 

 
9) Agora, faça em um mesmo gráfico, um gráfico de Velocidade do vento por Potência Trifásica para as duas condições vistas em 7a) e 7b). E responda qual efeito teve ao dobrar o raio da Pá.
 
10) Pensando em uma situação real, encontre qual vai ser o custo unitário de geração para a usina eólica com as 20 turbinas (em R$/kW.ano), considerando o caso de uma area A=π[20]² m² e ρ = 1,184 kg/m³) e a velocidade do vento média de 8,6 m/s, considere o investimento total com a instalação das 20 turbinas de 10 milhões de reais e considere a potência instalada soma das potências encontradas em uma das turbinas (considere também um rendimento do conjunto em 30%), considere também as seguintes informações.
- Fator de capacidade: 0,50
- Taxa de atualização: 12%
- Vida útil: 20 anos
- Custo de O&M: 90 R$/kW.ano

 

 

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