1. INSTITUTO FEDERAL DE CIÊNCIA, EDUCAÇÃO
E TECNOLOGIA – Campus Limoeiro do Norte
Luiz Paulo Oliveira
Onilson Nogueira
Renata Andrade

2. O vento é uma das mais antigas
fontes renováveis utilizadas pelo
homem. A energia eólica provém da
energia cinética contida nas massas
de ar em movimento, que geram
energia de rotação capaz de
movimentar turbinas eólicas ou
aerogeradores

3. • As primeiras iniciativas de aproveitamento da
energia eólica datam do século XIX, mas foi
apenas em 1976 que se instalou, na
Dinamarca, a primeira turbina eólica
comercial.
• Inovações tecnológicas recentes, como a
aerodinâmica das pás, vêm melhorando o
desempenho e a eficiência do sistema

5. • Com base nos dados, podemos perceber que,
em países como Alemanha, Espanha, Estados
Unidos e Dinamarca, a energia eólica vai de
vento em popa. Juntos, os quatro respondem
por cerca de 80% da capacidade instalada no
mundo. Somadas outras fontes alternativas, a
Alemanha gerava, em 2007, 12,5% de sua
eletricidade por meio de fontes renováveis

6. • Há outras regiões do planeta que também têm
potencial a ser aproveitado por apresentar as
condições naturais básicas necessárias: ventos
constantes até 50 metros de altitude, com
velocidade de 7 a 8 metros por segundo. Entre
elas estão o Brasil e o continente africano.

7. • Mapa 2 - O potencial eólico no Brasil (2003)
(Agência Nacional de Energia Elétrica-Aneel)
A observação do mapa ajuda a
entender que algumas faixas do
território brasileiro têm grande
potencial de aproveitamento da
energia eólica. Entre elas, estão o
trecho costeiro Ceará–Rio Grande
do Norte–Paraíba, chapadas ou
serras no interior da Bahia e
Pernambuco e o litoral capixaba,
fluminense e gaúcho.

8. • A energia eólica vem aumentando sua
participação no contexto energético brasileiro
nos últimos anos. Desde a criação do Proinfa
(Programa de Incentivo às Fontes Alternativas
de Energia Elétrica), e, posteriormente, os
sucessivos leilões de compra e venda deste
tipo de energia, a capacidade instalada de
geração passou de um pouco mais de 25 MW
em 2005, para 1.886 MW, ao final de 2012.

9. • Em dezembro de 2012, o Brasil contava com
84 parques eólicos em operação, distribuídos
principalmente pelas regiões nordeste (64%
da capacidade instalada), e sul (35% da
capacidade instalada). Em 2012, foram
gerados 5.020 GWh de energia eólica – 86%
acima da geração de 2011- e já respondendo
por 1% da geração elétrica brasileira.

10. • Além de ser uma fonte renovável e barata, a
energia eólica se apresenta como
complementar à fonte hidrelétrica, na medida
em que os melhores ventos ocorrem nos
períodos de menor regime de chuvas. A
geração eólica auxilia na recomposição dos
níveis dos reservatórios, ou seja, possibilita a
formação de acúmulo de água para geração
futura.

11. • Entre 2011 e 2021, a capacidade instalada de
geração elétrica deve aumentar em 79,9 GW,
sendo 28,0 GW de fontes alternativas, no caso
da energia eólica, se espera que de 2012
a 2016 sejam instalados 7,6 GW, e entre 2016
e 2021, mais 6,2 GW. Neste contexto, a
energia eólica deverá chegar em 2021 com
7,7% da capacidade instalada brasileira, contra
1,7% verificado ao final de 2012.

12. • O Brasil é o país mais promissor do mundo em termos
de produção de energia eólica, na avaliação do Global
Wind Energy Council, organismo internacional que
reúne entidades e empresas relacionadas à produção
desse tipo de energia. Ao final de 2012, o País ocupava
o 20º lugar no mundo em capacidade instalada de
geração de energia a partir da força dos ventos. De
2005 a 2012, a capacidade instalada aumentou 70
vezes e foi a que mais cresceu dentre todas as fontes
de energia. Não obstante o forte crescimento, a
capacidade instalada brasileira representa apenas 0,6%
da capacidade mundial.

13. • Os mapas eólicos desenvolvidos pelo Centro Brasileiro de
Energia Eólica apontam que os ventos brasileiros
apresentam ótimas características para a geração
elétrica, com boa velocidade , baixa turbulência e boa
uniformidade, o que possibilita fatores de capacidade de
geração em alguns parques de até 50%. No mundo, o fator
de capacidade médio de geração eólica não chega a 20%
(operação abaixo de 1800 horas por ano, para o total das
8.760 horas anuais), enquanto que no Brasil, o indicador foi
de 34% em 2012. O potencial brasileiro de energia eólica é
estimado em um pouco mais de 140 GW, avaliado para
torres de 50 m de altura. Estima-se que o potencial possa
mais que dobrar se forem consideradas torres de mais de
100 m de altura.

15. PROJETO BÁSICO
DEPENDE DE TRÊS FATORES
PRINCIPAIS:

16. ESCOLHA DO LOCAL
• Intensidade, frequência, velocidade e direção
dos ventos no local POR ALGUNS ANOS.
• O relevo e a rugosidade do terreno.
POR QUÊ?

17. POR QUÊ?
• Por exemplo, para determinar a velocidade do
vento na altura desejada em termos práticos,
para sistemas com altura até 150m, usa-se a
seguinte equação:
, onde:

18. POR QUÊ?
• V – Velocidade do vento na altura desejada;
• V0 - Velocidade do vento na altura conhecida;
• H – Altura desejada;
• H0 – Altura conhecida;
• n – Fator de rugosidade do terreno, conforme
Quadro a seguir.

19. FATOR DE RUGOSIDADE

20. ESCOLHA DO LOCAL
• A infra-estrutura deve ser adequada ao que se
pretende, ou seja, a central eólica não deverá
ser construída muito distante de uma linha de
transmissão ou centro de consumo de energia
elétrica.
• Os dois tipos básicos de localização de uma
central eólica são apresentados a seguir:

21. ESCOLHA DO LOCAL
• Terrestre :
PARQUE EÓLICO DO TEXAS, USA

22. ESCOLHA DO LOCAL
• Marítima ou offshore:
PARQUE EÓLICO DE NYSTED, NO MAR BÁLTICO, A 10 KM DA COSTA DA DINAMARCA:
72 MOINHOS EM ALTO MAR

23. ESCOLHA DO LOCAL
• O PORQUE de um parque marítimo:
1. Não ter limitações em termos de utilização do solo e dos
diversos impactos visuais.
2. Não há problemas com impactos sonoros, devido a
distância da costa.
3. A superfície do mar tem baixa rugosidade.
4. Devido à menor rugosidade, as turbinas não necessitam
de grandes alturas (comparando-as com o solo terrestre).
5. Globalmente, a turbulência do vento é muito inferior no
mar, devido à ausência de barreiras. Assim, as turbinas
não sofrem um desgaste exorbitante, tendo um aumento
em sua vida útil.

24. POSICIONAMENTO DE UNIDADES
GERADORAS
• As unidades geradoras podem ser alocadas em
conjunto, pois a alguma distância lateral e a jusante das
mesmas, o escoamento do vento praticamente
recupera as condições originais. Na prática, essa
distância varia com a velocidade do vento, as condições
de operação da turbina, a rugosidade de terreno e a
condição de estabilidade térmica vertical da atmosfera.
• De modo geral, uma distância considerada segura para
a instalação de um novo gerador é da ordem de 10
vezes o diâmetro “D” das pás do rotor quando
instalado a jusante(a frente ou atrás), e 5 vezes “D”
quando instalada lateralmente, conforme a Figura a
seguir

25. POSICIONAMENTO DE UNIDADES
GERADORAS
A PARTE DE VERDE É A REPRESENTAÇÃO DO ESCOAMENTO DO VENTO

26. POTÊNCIA EXTRAÍDA DO VENTO
• Para determinar a potência aproximada que
será entregue ao gerador da central eólica
depende de alguns fatores:
1. Densidade do ar
2. Rendimentos
3. Tamanho das pás
4. Velocidade do vento.

27. POTÊNCIA EXTRAÍDA DO VENTO
• Uma turbina eólica capta uma parte da
energia cinética do vento que passa através da
área varrida pelo rotor e a transforma em
energia elétrica.
• A análise que será feita a seguir relacionará
Potência e Velocidade do vento.

28. POTÊNCIA EXTRAÍDA DO VENTO
• A energia cinética é dada por:
(Equação 1) , onde:
• E – Energia;
• m – Massa;
• V – Velocidade.

29. POTÊNCIA EXTRAÍDA DO VENTO
• A densidade do ar no local:
(Equação 2) onde,
• d – Densidade do ar;
• m – Massa;
• Vol – Volume.

30. POTÊNCIA EXTRAÍDA DO VENTO
• Imaginando a velocidade do vento constante
“V”, o volume da massa de ar “Vol”,
corresponde à área S = πR2 multiplicada pelo
comprimento “L” percorrido pela massa de ar,
projetando um cilindro como ilustrado na
Figura a seguir:

31. POTÊNCIA EXTRAÍDA DO VENTO
• Substituindo a equação 2 na 1 e sabendo do
volume do cilindro:
Equação 3

32. POTÊNCIA EXTRAÍDA DO VENTO
• Lembrando-se que a potência é o quociente
entre energia e tempo e a velocidade do vento
podendo ser considerada constante e
calculada como o comprimento dividido pelo
tempo, têm-se:
Equações 4 e 5

33. POTÊNCIA EXTRAÍDA DO VENTO
• Onde:
1. P – Potência;
2. E – Energia;
3. t – Tempo;
4. V – Velocidade;
5. L – Comprimento.

34. POTÊNCIA EXTRAÍDA DO VENTO
• Sabendo da equação 4 e substituindo em 3 e 5
tem-se o seguinte:
• EQUAÇÃO 6
DEPENDE DE: ?

35. POTÊNCIA EXTRAÍDA DO VENTO
Obs.: Para que a obtenção da potência eólica
seja próxima da realidade, devem-se incluir
alguns conceitos de índice de aproveitamento e
considerar os rendimentos dos equipamentos.

36. POTÊNCIA EXTRAÍDA DO VENTO
• O índice de aproveitamento de uma turbina
eólica foi denominado de “Coeficiente de
Potência” “Cp”, por Betz, cujo valor máximo
teórico é 16/27. Com seus estudos, foi possível
observar que apenas parte da potência dos
ventos é aproveitada, visto que o vento atinge a
turbina com velocidade “V”, mas possui uma
velocidade após passar pela turbina. Isto indica
que apenas parte da energia cinética do vento
pôde ser aproveitada pela turbina.

37. POTÊNCIA EXTRAÍDA DO VENTO
• Obtido o “Cp”, devem-se incluir os
rendimentos de todos os equipamentos
envolvidos no sistema eólico, que são
basicamente:
• nT – Rendimento da turbina;
• n M – Rendimento do multiplicador de
velocidade;
• n E – Rendimento elétrico.
Logo, o rendimento total será:

38. POTÊNCIA EXTRAÍDA DO VENTO
• Desta forma, pode-se escrever a equação da
potência incluindo na equação 6 o
“coeficiente de potência” eólico “Cp” e o
rendimento total “n Total”:
• EQUAÇÃO 7

39. POTÊNCIA EXTRAÍDA DO VENTO
• Com a equação 7, pode-se determinar a potência
extraída do vento através dos parâmetros envolvidos.
• Nas centrais eólicas, o que ocorre é o controle da
potência elétrica no aerogerador, que tem valores
mínimo e máximo de operação.
• A velocidade abaixo de 4 m/s o conteúdo energético
do vento não justifica aproveitamento.
• Velocidades superiores a aproximadamente 12 m/s,
ativam um sistema automático de limitação de
potência, que pode ser por controle de ângulo de
passo das pás ou por estol aerodinâmico. A velocidade
limite usual é de 25m/s, conforme se verá no Gráfico a
seguir.

40. POTÊNCIA EXTRAÍDA DO VENTO
CURVA DE POTÊNCIA

41. PRINCIPAIS PARTES DE UM
AEROGERADOR
• São constituídos basicamente por:
1. Um rotor, ao qual estão acopladas as hélices
ou pás (que chegam a medir mais do que30
metros);
2. Uma torre de suporte, que tem entre 50 a 80
metros de altura;
3. Uma cabina, ou nacelle, na qual se encontra
o gerador e outros dispositivos.

42. PRINCIPAIS PARTES DE UM GERADOR

43. ROTORES
• ROTORES DE EIXO VERTICAL
1. Mudança de direção do vento → Não é
necessário nenhum ajuste → Turbinas estão alinhadas
com o vento. (No entanto, precisa de um impulso do
seu sistema elétrico para dar partida).
2. Em vez de uma torre, ela usa cabos de amarração
para sustentação, pois assim a elevação do rotor é
menor. Menor elevação → Menor velocidade do
vento devido à interferência do solo → menos
eficientes.
3. Todos os equipamentos encontram-se ao nível do solo
que facilita a sua instalação. Área de base maior para
a turbina → Desvantagem em áreas de cultivo.

44. PRINCIPAIS PARTES DE UM GERADOR
ROTORES DE EIXO VERTICAL

45. PRINCIPAIS PARTES DE UM GERADOR
• ROTORES DE EIXO HORIZONTAL
1. Mais conhecidos e utilizados →Maior eficiência: Por causa da
melhor utilização do vento ou melhor aproveitamento em
potência das forças de sustentação.
2. O seu maior custo é compensado pela sua eficiência.
3. Estas precisam de se alinhar constantemente com o vento,
usando um mecanismo de ajuste – os motores elétricos e as
caixas de engrenagens deslocam o rotor para a esquerda ou
direita, o controlador eletrônico da turbina lê a posição do cata-
vento e ajusta a posição do rotor para apreender o máximo de
energia eólica.
4. Este tipo de turbina contém uma torre para alçar os componentes
da turbina a uma altura ideal para a velocidade do vento (80 m),
ocupando muito pouco espaço no solo.

46. PRINCIPAIS PARTES DE UM GERADOR
ROTORES DE EIXO HORIZONTAL. O MAIS CONHECIDO CATAVENTO QUE PODE TER ATÉ 30%
DE APROVEITAMENTO COM POUCO VENTO.

47. COMPONENTES DE UMA TURBINA DE
EIXO HORIZONTAL
COMPONENTES DE UMA TURBINA DE EIXO HORIZONTAL

48. COMPONENTES DE UMA TURBINA DE
EIXO HORIZONTAL
NACELLE:
É o compartimento instalado no alto da
torre e que abriga todo o mecanismo do
gerador, o qual pode incluir: caixa
multiplicadora, freios, embreagem, mancais, con
trole eletrônico, sistema hidráulico.

49. COMPONENTES DE UMA TURBINA DE
EIXO HORIZONTAL
• NACELLE EM GERADOR CONVENCIONAL

50. COMPONENTES DE UMA TURBINA DE
EIXO HORIZONTAL
• NACELLE EM GERADOR MULTI-POLOS

51. COMPONENTES DE UMA TURBINA DE
EIXO HORIZONTAL
PÁS
Captura energia do vento transmitido-a até
o cubo. Podendo dispor de sistemas de rotação
ao redor de seu eixo longitudinal que permite o
controle de potência gerada (controlo por
‘pich’).

52. COMPONENTES DE UMA TURBINA DE
EIXO HORIZONTAL
CUBO
Base de fixação das pás, transmite a energia
mecânica (rotacional), capturada pelas pás, ao
eixo de baixa velocidade ao qual está acoplado.

53. COMPONENTES DE UMA TURBINA DE
EIXO HORIZONTAL
EIXO
Responsável pelo acoplamento do cubo ao
gerador fazendo a transmissão da energia
mecânica a turbina.

54. COMPONENTES DE UMA TURBINA DE
EIXO HORIZONTAL
PÁS
EIXO
CUBO

55. COMPONENTES DE UMA TURBINA DE
EIXO HORIZONTAL
TRANSMISSÃO OU CAIXA MULTIPLICADORA
Responsável por transmitir a energia
mecânica do veio principal ao veio secundário,
convertendo a rotação baixa (10 a 60 RPM) e
elevado momento torsor do rotor, em altas
velocidades (1000 a 3000 RPM) e baixo
momento torsor utilizado pelo gerador.

56. COMPONENTES DE UMA TURBINA DE
EIXO HORIZONTAL
EIXO
PRINCIPAL
EIXO
SECUNDÁRIO
CAIXA DE
ENGRENAGENS

57. COMPONENTES DE UMA TURBINA DE
EIXO HORIZONTAL
GERADOR
Converte energia mecânica em elétrica,
adaptado para as flutuações de potência
fornecida pelo rotor.

58. COMPONENTES DE UMA TURBINA DE
EIXO HORIZONTAL
GERADOR

59. COMPONENTES DE UMA TURBINA DE
EIXO HORIZONTAL
TORRE
Necessária para sustentar o rotor e
posicionar o rotor a uma altura conveniente de
funcionamento. Podem ter alturas superiores a
80 m de altura. Destinam-se também a
contrariar o torque imposto pela turbina em
rotação.

60. COMPONENTES DE UMA TURBINA DE
EIXO HORIZONTAL

61. COMPONENTES DE UMA TURBINA DE
EIXO HORIZONTAL
MECANISMO DE CONTROLE OU SISTEMA DE
CONTROLO
Destinam-se à orientação do rotor, controle
de velocidade, controle de carga entre outras
variáveis, uma das quais a velocidade mínima
do arranque, perto de 6m/s, e a velocidade
máxima de funcionamento, cerca de 25m/s.
Podem ser mecânicos, aerodinâmicos ou
eletrônicos.

62. COMPONENTES DE UMA TURBINA DE
EIXO HORIZONTAL
MECANISMO
DE CONTROLE

63. GERADORES
SINCRONOS: circuito de excitação independente ou usa ímãs
permanentes.
ASSINCRONOS: São máquinas mais robustas, relativamente
fáceis de construir, consequentemente mais baratas.
O gerador assíncrono pode ter rotor gaiola de esquilo ou rotor
bobinado.

64. Multiplicador de velocidades:
Compensação da baixa velocidade da turbina.

65. V – velocidade angular (RPM)
f – frequência da rede elétrica (Hz)
p – número de pólos.

66. PRINCIPAIS CONFIGURAÇÕES E FORMAS DE
CONEXÃO DE SISTEMA AEROGERADOR
1. Gerador conectado diretamente à rede elétrica (velocidade fixa):
- Apresentam problemas com a qualidade de energia;
- Variações de velocidade na turbina aparecem na
- potência elétrica de saída;
- Simples, de baixa
potência e com poucos
pólos no rotor;
- Necessitam multiplicador;

67. 2. Gerador conectado à rede elétrica através de conversor
(velocidade variável);
- Torque constante;
- Potência elétrica de saída praticamente constante;
- usam conversores eletrônicos para “isolar” as perturbações
recebidas;
- O gerador síncrono com
excitação independente
pode controlar o fluxo de
potência reativa através da
excitação do circuito de
campo;

68. - O conversor apresenta um grande impacto no custo, já que
toda a potência do grupo passa para a rede através do conversor.
3. Gerador assíncrono conectado diretamente à rede elétrica com
rotor bobinado duplamente alimentado (velocidade variável):
- Controle de velocidade é feito através de conversor conectado
ao circuito do rotor;
- Necessita ser dimensionado para no máximo 30% da potência
do gerador;
- Bidirecional (do rotor para a rede e da rede para o rotor);
- Estator ligado diretamente à rede;
- Mais usada (5MW);
- Custo inicial baixo/robustez/eficiência.

69. 4 - Gerador síncrono conectado à rede elétrica através de
conversor sem multiplicador de velocidade (velocidade
variável);
- Utiliza excitação independente ou rotor de ímãs
permanentes;
- O gerador requer grande número de pólos;
- O custo inicial é elevado e necessita de filtros para evitar a
poluição da rede através dos harmônicos provenientes do
conversor.

70. As máquinas síncronas com ímãs permanentes apresentam um
alto rendimento, mas ainda não estão comercialmente
disponíveis para potências.

71. O gerador de rotor bobinado possibilita uma economia em
torno de R$190.000,00 para potências de central eólica a
partir de 500kW.
A melhor configuração a ser usada numa central eólica
moderna, econômica e de grande porte, sem dúvidas é o
gerador assíncrono duplamente alimentado.

72. Potência do gerador:
a) V – Velocidade nominal do vento de geração [m/s];
V=12 m/s
b) D – Diâmetro das pás do rotor [m];
D = 120 m
c) d – Densidade do ar no local [kg/m3];
d = 1,225 kg/m3.
d) n T– Rendimento da turbina;
n T= 0,675
e) n M– Rendimento do multiplicador de velocidade;
n M= 0,95
f) n E– Rendimento elétrico;
n E= 0,8

73. P = 3.637,10 kW