O que é um AEROGERADOR?

O aerogerador é um equipamento que tem a capacidade de captar a energia cinética contida nos ventos e transformar em energia elétrica.
Com a evolução da tecnologia empregada já existem aerogeradores de grande variedade de tamanhos, sendo assim, o mercado segmentou-se em dois distintos grupos:

• AEROGERADORES de PEQUENO PORTE (0,1Kw – 100Kw) (50CM – 21M)
• AEROGERADORES de GRANDE PORTE (100Kw – 4500KW) (21M – 112M)

Quais os tipos de aerogeradores? Qual o melhor?

Existem principalmente duas topologias gerais de construção dos captadores eólicos os de EIXO VERTICAL (savonios) e de EIXO HORIZONTAL.
Há uma grande discussão entre os defensores dos dois tipos onde são apresentadas vantagens e desvantagens técnicas, mas comercialmente falando os de eixo horizontal tem apresentado grande superioridade aos de eixo vertical, pois apesar de exigirem maior complexidade mecânica, são equipamentos que trabalham com uma rotação mais elevada reduzindo enormemente os custos dos alternadores.
Ex.: Um aerogerador de 1Kw em eixo horizontal trabalha normalmente de 550 a 900rpm (dependendo do fabricante) e para mesma potência em um sistema de eixo vertical a rotação esperada é de 150rpm. O aumento de custo é bastante significativo.

Quais os elementos que compõem um AEROGERADOR de pequeno porte de eixo horizontal?Um aerogerador é formado basicamente por 5 elementos:

• Rotor Eólico  (PÁS) – O rotor é responsável por transmitir a energia cinética dos ventos para um eixo.
• Alternador – Recebe esta energia eletromotriz e converte em energia elétrica.
• Sistema de direcionamento – Responsável pelo alinhamento do rotor em direção ao vento.
• Sistema de segurança – Atua como um sistema de proteção para momentos de ventos muito fortes.
• Controlador de Carga – Gerencia a geração de energia.

 Importante saber sobre o rotor eólico:

Cada fabricante possui um tipo de construção diferenciada e estas diferenças determinam a potência do equipamento, nível de rotação, nível de ruído e segurança.

Área x Potência
A potência da máquina está diretamente relacionada ao diâmetro do rotor, pois existe um limite físico para geração de energia em função da área. Se um fabricante anuncia uma potência muito grande com uma máquina muito pequena, desconfie.

Nível de Ruído
No mercado existem máquinas ruidosas e máquinas silenciosas e o fator determinante para esta característica, além do próprio perfil aerodinâmico utilizado é a rotação em que as pás trabalham. Procure saber o nível de rotação do aerogerador e comparar com os demais.

Segurança – Os materiais empregados devem ser de boa qualidade para que  não só sejam seguros como também tenham uma vida longa de operação. Os materiais largamente utilizados são a fibra de vidro e fibra de carbono.               
               
Porque 3 pás?
O que tem determinado para que a grande maioria das máquinas seja de 3 pás é a relação custo x benefício, com um maior número de pás seria possível obter melhores rendimentos mas com um custo mais elevado, já com um menor número de pás (2) a máquina ficaria mais barata, mas em compensação a sua operação seria menos suave principalmente nas mudanças de direção do vento, onde apresentam uma vibração indesejada.

IMPORTANTE SABER SOBRE O ALTERANDOR

Este componente irá determinar algumas características importantes no conjunto do aerogerador.

É fundamental lembrar que este componente irá operar em velocidade variável, em baixa rotação, ao tempo e sujeito a todo tipo de intempéries e deve ser capaz de resistir a estas condições durante anos.
Isto requer o desenvolvimento de um alternador específico para geração eólica uma vez que os disponíveis no mercado não requerem este grau de exigência.

Um dos fatores de maior relevância no avanço tecnológico dos pequenos aerogeradores é a utilização dos Magnetos Permanentes, normalmente o Neodímio que devido ao seu alto grau de magnetização viabilizou a geração em baixa rotação.

Acoplamento direto X Multiplicador de Velocidade

As pás por diversas razões devem trabalhar em baixa rotação e isto força a alguns fabricantes a utilizarem multiplicadores de velocidade para compatibilizar a rotação da pá com a rotação exigida pelo alternador. O grande inconveniente desta solução é a perda de rendimento pela transmissão mecânica, e os inevitáveis desgastes com o tempo.

Quase que a totalidade dos pequenos aerogeradores utilizam o acoplamento direto uma vez que este sistema possui maior confiabilidade mecânica e longevidade em comparação com a utilização de multiplicador de velocidade.

É bom lembrar também que os bons sistemas de multiplicação de velocidade são extremamente caros.

Resistência às condições de operação

Poucos equipamentos trabalham em condições tão severas e extremas, mesmo que por alguns minutos quando ocorrem grandes ventanias e também nas condições diárias de chuva, sol, maresia... Sendo assim o alternador deve possuir uma construção simplificada, robusta e ser fabricado com materiais antioxidantes.
Mais uma vez o nível de rotação é importante pois irá determinar a longevidade dos rolamentos e quanto mais rápido for o equipamento maior será o desgaste e a necessidade de manutenção.

Início de geração

Uma outra característica única dos alternadores empregados em aerogeradores é a resistência inicial de rotação, os alternadores de fluxo radial (os mais comuns no mercado) têm uma grande resistência de partida o que muitas vezes faz com que o equipamento inicie a rotação e conseqüentemente a geração de energia com um vento muito elevado, tendo conseqüências diretas na geração de energia. 

IMPORTANTE SABER SOBRE O SISTEMA DE DIRECIONAMENTO –

Existem 2 tipos de sistema de direcionamento descritos a seguir:

UP WIND – Possui um leme direcionador que posiciona o roto a frente da torre.

DOWN WIND – Não há leme e pela própria ação do vento equilibra o rotor em direção ao vento, mas se posicionando atrás da torre, o que pode ter influência negativa na captação de energia.

Outro item a se observar é o sistema de transmissão de energia entre o aerogerador, que gira 360º em busca do vento e a torre que é fixa necessário um sistema de escovas para que o cabo elétrico não se rompa com o tempo. 

IMPORTANTE SABER SOBRE O SISTEMA DE SEGURANÇA –

Os aerogeradores devem ser capazes de suportar todo tipo de vento sem que a rotação das pás saiam de controle, isto ocorrendo, o resultado será um barulho extremamente desagradável ou até mesmo um acidente como a quebra das pás.

O sistema mais eficiente e seguro de controle de velocidade é o chamado controle de passo, este sistema consiste no giro das hélices sincronizadamente de acordo com a velocidade do vento e é utilizado por todas as máquinas de grande porte existentes.
As máquinas de pequeno porte em sua absoluta maioria não possuem este tipo de controle e contornam o problema com sistemas duvidosos de controle de velocidade e o fazem a uma velocidade de vento mais baixa, 12,5 m/s ou 45 Km/h, A escolha por estes sistema ocorre em geral por questões econômicas e em alguns casos por complexidade técnica ocasionando manutenções freqüentes.

Os sistemas mais utilizados em máquinas de pequeno porte são:

Curto circuito: Algumas máquinas de pequeno porte para que não permitam este disparo de velocidade possuem um sistema eletrônico que literalmente dá um curto circuito no alternador. O que realmente reduz sua velocidade, mas também reduz drasticamente a produção de energia e causa, a longo prazo, um grande desgaste dos magnetos, o que comprometerá a produção de energia ao longo da vida útil da máquina.

AutoFurling: Este sistema faz com que todo o conjunto do aerogerador fique de lado para o vento quando este atinge as velocidades de controle. Este sistema além de reduzir a energia produzida, uma vez que as hélices não estarão na direção do vento é muito suscetível a falhas, pois sofre influências de ventos ascendentes, descendentes e de rajadas que podem fazer com que haja o indesejado disparo. Neste sistema, o leme de direcionamento deve ser articulado o que permite uma vibração constante em todo sistema que a longo prazo comprometerá a integridade do aerogerador.

COMO É OS SISTEMA DE SEGURANÇA DA ENERSUD?

A ENERSUD desenvolveu um sistema exclusivo de CONTROLE DE PASSO SINCRONIZADO com o mesmo nível de eficiência e confiabilidade das máquinas de grande porte.
Uma grande virtude deste sistema é simplicidade e robustez do arranjo mecânico o que o torna extremamente CONFIÁVEL, viável economicamente e sem a necessidade de manutenção.

Este sistema atua da seguinte forma, até 12,5 m/s ou 45Km/h as pás estão fixas aproveitando da melhor maneira possível a energia do vento, a partir desta velocidade o controle de passo é acionado mecanicamente regulando assim o aumento da rotação, é importante frisar que a velocidade de rotação continua aumentando mas sob controle o que permite o aproveitamento de grande parte da energia disponível no vento, isto ocorre entre 12,5 m/s até 16 m/s (57,6 km/h), a partir desta velocidade a rotação é reduzida em dois terços colocando o aerogerador em segurança mesmo que o vento continue aumentando, a geração também continua mas em um nível menor.

Este sistema é responsável ainda pelo BAIXO NÍVEL DE RUÍDO que apresentam todos os equipamentos da ENERSUD mesmo em velocidades de vento muito elevadas.

É importante lembrar que este sistema é exclusivo dos aerogeradores da ENERSUD já estando em processo de patente. 

IMPORTANTE SABER SOBRE O CONROLADOR DE CARGA

O controlador de carga tem como principais objetivos adequar a geração de energia e o seu armazenamento, a interação com o usuário e a proteção das baterias.

Dependendo das características da energia gerada por cada alternador é necessário maior ou menor complexidade no acoplamento do aerogerador com as baterias, uma vez que se gera em Corrente Alternada (AC) e armazena-se em Corrente Contínua (DC).

Interação

A interação com o usuário se dá através de sinais luminosos que indicam o estado de carga das baterias e componentes que indicam a geração do equipamento.

Em alguns casos é disponibilizado uma chave de freio magnético para em caso de manutenção ou em uma emergência.

Proteção das Baterias

A proteção das baterias é o ponto mais importante pois o controle da quantidade de energia disponível nas baterias pode aumentar ou diminuir o seu tempo de operação.
Ele normalmente atua protegendo tanto contra o excesso de carga quanto o excesso de consumo, caso haja uma diminuição do nível de energia.

Durabilidade
Por se tratar de um equipamento que muitas vezes não terá assistência permanente deve-se ter em mente sempre a durabilidade do controlador.  

Quais elementos compõem um sistema eólico de geração de energia de pequeno porte?

1- AEROGERADOR --> Equipamento de geração de energia.

2- TORRE --> Sustentação do equipamento.

3- CONTROLADOR DE CARGA --> Gerencia a geração de energia.

4- BATERIA --> Componente de acumulação da energia gerada.

5- INVERSOR --> Transforma a energia do equipamento.

 IMPORTANTE SABER SOBRE A TORRE –

A torre é um componente que pode ter grande variabilidade em função das condições locais, de terreno, obstáculos ao vento e disponibilidade de área para instalação.

A Altura pode variar de 9 m até 32 m. Nossa experiência é que normalmente 12 metros tem uma boa relação custo benefício.

Existem basicamente dois tipos mais usados:

• Estaiada – Possui uma haste central de sustentação onde se lançam cabos de aço que são ancorados por bases que suportam toda a carga de força lateral.

Normalmente são as torres economicamente mais viáveis para pequenos aerogeradores, mas necessitam de espaço para sua instalação.

• Autoportante – Pode ser treliçada ou tubular e não há necessidade de estais. Requerem estruturas mais robustas e caras.

Este tipo de torre necessita de equipamentos especiais para realização de qualquer eventual manutenção. 

IMPORTANTE SABER SOBRE AS BATERIAS –

 As baterias são importantes para o armazenamento da energia quando a geração de energia for maior que o consumo. Esta energia armazenada será utilizada quando não houver vento apropriado, o que possibilitará um maior aproveitamento do sistema.

É aconselhável a utilização de baterias específicas para este tipo de energia, que são baterias estacionárias ou de descarga profunda, pois como a produção deste tipo de energia é irregular é necessária uma bateria que agüente uma descarga maior sem afetar sua durabilidade.

Estas baterias possuem uma durabilidade superior às baterias automotivas. 

IMPORTANTE SABER SOBRE O INVERSOR –

O inversor funciona como um filtro que compatibilizará a energia disponibilizada nas baterias (DC) com a energia de sua residência (AC). Existem basicamente dois tipos de inversor:

Onda Senoidal modificada – São em geral mais baratos e possuem certas restrições em aparelhos eletrônicos mais sensíveis.

Onda Senoidal Perfeita – Tem qualidade muitas vezes superior  a energia disponibilizada pela rede pública e não tem restrições de uso.
São utilizados em sistemas disponibilizados por programas governamentais.

VENTO

Como não poderia deixar de ser, se não há vento, não há geração de energia.

Devido ao alto custo para a realização de um estudo do potencial eólico de cada local onde se pretenda instalar um aerogerador, em todo o mundo a decisão de aquisição dos aerogeradores de pequeno porte,  são tomadas baseadas em informações macro, como a verificação do potencial eólico da região como um todo, através da consulta de um mapa eólico e a análise visual do local identificando locais onde não haja grandes barreiras para o vento.

O Brasil já possui um Atlas eólico que dá uma visão geral dos locais com bons potenciais de vento e está disponível para consulta em nosso site.

LOCALIZAÇÃO

A escolha do local para instalação é um fator determinante para o resultado que será obtido com a sua operação.

Em primeiro lugar uma questão óbvia mas que o entusiasmo do processo pode fazer esquecer. É preciso ter vento.

Não basta ventar. O regime de ventos precisa ter qualidade apropriada para a geração eólica.

Ventar muito pode não ser propriamente uma qualidade. O importante é a constância do vento. O ideal seria uma velocidade média elevada (mais de 5 m/s) com uma distribuição estatística de pouca dispersão.

Outra questão importante é comportamento das turbulências locais. Ao contrário das maiores altitudes onde o vento segue um padrão de intensidade e direção mais ou menos constantes em baixas altitudes os obstáculos provocam movimentos desordenados que se agravam a medida que aumenta a velocidade. Esse efeito é tão intenso que não raro a direção do vento muda radicalmente de direção em apenas poucos metros.

Em ventos de elevada turbulência o aerogerador tem prejudicada a sua geração de energia, sendo comum recomendar-se a instalação do captador eólico no mínimo 7 metros acima de qualquer obstáculo situado em um raio de 100 metros.

Exceção feita a propriedades rurais essa é uma condição desejável é difícil de ser atendida. Na prática as condições locais devem ser examinadas levando em consideração ventos dominantes e a economicidade da construção de torres de grande altura.

A localização deve levar em consideração, também, a distância entre a torre, o controlador de carga e os consumidores. Em sistemas de baixa tensão o comprimento de condutores deve ser reduzido ao mínimo. Isso é crítico, em particular, entre a torre e o controlador de carga.