Foto: Divulgação
O Núcleo de Energias Renováveis da Escola Politécnica (Poli) da USP desenvolve uma tecnologia inteiramente nacional para o rotor aerodinâmico usada em turbinas eólicas, que produzem energia elétrica a partir dos ventos. O rotor projetado no Departamento de Energia e Automação Elétricas da Poli será instalado em uma turbina de 10 Kilowatts, destinada a aplicações de pequeno porte, na área rural e em locais de difícil acesso às redes convencionais de distribuição de energia.
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O rotor é formado por um conjunto de pás e um eixo, que é acoplado a um gerador elétrico e colocado no alto de uma torre. “Quando as pás se movimentam, a energia cinética do vento é transformada em energia mecânica”, explica a professora da Poli, Eliane Aparecida Faria Amaral Fadigas, que coordena a pesquisa. “O gerador ligado ao eixo converte a energia mecânica em energia elétrica”.
Na fase inicial do projeto, foi feito o modelamento matemático do rotor, sistema de segurança e mecanismos de controle. Por meio de um software específico, os pesquisadores realizaram simulações aerdinâmicas para identificar os parâmetros ótimos de projeto. “O modelo matemático representa as características físicas que o rotor deverá ter, tais como as forças de empuxo a que estará submetido, dimensão e o perfil aerodinâmico das pás e as diversas forças que atuam em função da incidência do vento nas pás”, descreve a pesquisadora.
A próxima etapa será a construção de um protótipo, que deverá estar concluído e testado até o final do ano. O desenvolvimento do rotor inclui um sistema de controle automatizado da nacele (bloco onde são fixadas as pás e que concentra o eixo e o gerador) e do ângulo das pás, para efetuar o controle de potência e velocidade. “Em geral, turbinas eólicas com até 50 kilowatts de potência não possuem controles, apenas um leme acionado pelo vento e pás fixas”, aponta Eliane. “O controle automático permitirá o giro e a regulagem das pás, ampliando a eficiência da turbina”.
Parceria
No Brasil, existe uma única empresa que fabrica turbinas eólicas de pequena potência, com 400 watts, 1 kilowatt, 2 kilowatts e 5 kilowatts. O rotor em planejamento será utilizado em turbinas de 10 kilowatts. Além dos testes de bancada, que serão feitos em equipamentos a serem instalados na Poli, as pás, com diâmetro de 6,8 metros, terão seus corpos de prova testados em um túnel de vento. “Depois dos ensaios em laboratório, o rotor será colocado numa turbina para ser avaliada em condições reais, em campo aberto”, planeja a professora.
De acordo com a professora, para a instalação das turbinas é necessário realizar o mapeamento eólico das regiões. “Isto quer dizer que é necessário um bom conhecimento do regime dos ventos ao longo do ano”, ressalta. A geração de energia elétrica começa com velocidades de vento entre 2,5 a 3 metros por segundo (m/s), mas o seu pleno funcionamento (geração de potência máxima) se dá com velocidades em torno de 13 a 14 m/s, dependendo do tipo de turbina.
“Poucas regiões brasileiras possuem levantamentos mais detalhados das condições dos ventos, como o Rio Grande do Sul, onde está a maior central de turbinas eólicas do País”. Os locais com maior potencial estão no litoral do Nordeste, do Rio Grande do Norte ao Ceará, mas a turbina pode ser adotada em áreas rurais isoladas, como alternativa para fornecer energia elétrica.
O projeto do rotor aerodinâmico faz parte de um edital lançado em 2006 pela Financiadora de Estudos e Projetos (Finep), órgão do Ministério da Ciência e Tecnologia, para incentivar a nacionalização de equipamentos na área de energias renováveis. "É um trabalho em parceria entre universidades e empresas para desenvolver produtos e colocá-los no mercado”, comenta Eliane.
Os estudos, coordenados pela professora Eliane Fadigas, contam com a participação dos pesquisadores Alexandre de Lemos Pereira, pós-doutorado em energia eólica, e Fabiano Daher Adegas, doutorando da Poli. Dois alunos de graduação, Lucas Cardoso (engenharia elétrica) e Luis Fernando Prado (engenharia mecânica), atuam como bolsistas de iniciação científica.
O Núcleo de Energias Renováveis da Escola Politécnica (Poli) da USP desenvolve uma tecnologia inteiramente nacional para o rotor aerodinâmico usada em turbinas eólicas, que produzem energia elétrica a partir dos ventos. O rotor projetado no Departamento de Energia e Automação Elétricas da Poli será instalado em uma turbina de 10 Kilowatts, destinada a aplicações de pequeno porte, na área rural e em locais de difícil acesso às redes convencionais de distribuição de energia.
O rotor é formado por um conjunto de pás e um eixo, que é acoplado a um gerador elétrico e colocado no alto de uma torre. “Quando as pás se movimentam, a energia cinética do vento é transformada em energia mecânica”, explica a professora da Poli, Eliane Aparecida Faria Amaral Fadigas, que coordena a pesquisa. “O gerador ligado ao eixo converte a energia mecânica em energia elétrica”.Na fase inicial do projeto, foi feito o modelamento matemático do rotor, sistema de segurança e mecanismos de controle. Por meio de um software específico, os pesquisadores realizaram simulações aerdinâmicas para identificar os parâmetros ótimos de projeto. “O modelo matemático representa as características físicas que o rotor deverá ter, tais como as forças de empuxo a que estará submetido, dimensão e o perfil aerodinâmico das pás e as diversas forças que atuam em função da incidência do vento nas pás”, descreve a pesquisadora.
A próxima etapa será a construção de um protótipo, que deverá estar concluído e testado até o final do ano. O desenvolvimento do rotor inclui um sistema de controle automatizado da nacele (bloco onde são fixadas as pás e que concentra o eixo e o gerador) e do ângulo das pás, para efetuar o controle de potência e velocidade. “Em geral, turbinas eólicas com até 50 kilowatts de potência não possuem controles, apenas um leme acionado pelo vento e pás fixas”, aponta Eliane. “O controle automático permitirá o giro e a regulagem das pás, ampliando a eficiência da turbina”.
Parceria
No Brasil, existe uma única empresa que fabrica turbinas eólicas de pequena potência, com 400 watts, 1 kilowatt, 2 kilowatts e 5 kilowatts. O rotor em planejamento será utilizado em turbinas de 10 kilowatts. Além dos testes de bancada, que serão feitos em equipamentos a serem instalados na Poli, as pás, com diâmetro de 6,8 metros, terão seus corpos de prova testados em um túnel de vento. “Depois dos ensaios em laboratório, o rotor será colocado numa turbina para ser avaliada em condições reais, em campo aberto”, planeja a professora.
De acordo com a professora, para a instalação das turbinas é necessário realizar o mapeamento eólico das regiões. “Isto quer dizer que é necessário um bom conhecimento do regime dos ventos ao longo do ano”, ressalta. A geração de energia elétrica começa com velocidades de vento entre 2,5 a 3 metros por segundo (m/s), mas o seu pleno funcionamento (geração de potência máxima) se dá com velocidades em torno de 13 a 14 m/s, dependendo do tipo de turbina.
“Poucas regiões brasileiras possuem levantamentos mais detalhados das condições dos ventos, como o Rio Grande do Sul, onde está a maior central de turbinas eólicas do País”. Os locais com maior potencial estão no litoral do Nordeste, do Rio Grande do Norte ao Ceará, mas a turbina pode ser adotada em áreas rurais isoladas, como alternativa para fornecer energia elétrica.
O projeto do rotor aerodinâmico faz parte de um edital lançado em 2006 pela Financiadora de Estudos e Projetos (Finep), órgão do Ministério da Ciência e Tecnologia, para incentivar a nacionalização de equipamentos na área de energias renováveis. "É um trabalho em parceria entre universidades e empresas para desenvolver produtos e colocá-los no mercado”, comenta Eliane.
Os estudos, coordenados pela professora Eliane Fadigas, contam com a participação dos pesquisadores Alexandre de Lemos Pereira, pós-doutorado em energia eólica, e Fabiano Daher Adegas, doutorando da Poli. Dois alunos de graduação, Lucas Cardoso (engenharia elétrica) e Luis Fernando Prado (engenharia mecânica), atuam como bolsistas de iniciação científica.