MAPA - EELE - GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA - 54_2025
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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 |
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 |
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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