FEE_Aula_07

pessoal sejam todos bem-vindos novamente à nossa aula eh hoje vamos continuar falando de aerodinâmica tá eh mas essa aqui é a última aula de aerodinâmica ok E já na próxima aula vamos falar de eh impactos ambientais Ok eh hoje vamos ver como é que funciona um aerogerador tá bom e quanto de potência ele consegue produzir certo eh então aqui temos um vídeo que ele me mostra como é que o aerogerador funciona né Se vocês vem aqui ó ele está parado não é as p elas estão em posição eh de embandeiramento como a gente chama né

e o vento tá passando por aqui então ele não está gerando nenhuma força de sustentação mesmo ele se movimentando é porque às vezes tem algum um vento que atinge a pá em outra direção mas ele não está girando como vamos ver aqui OK aí ó aqui ó pass estão embandeiradas não é o único giro que tem aquele aquela torsão que tem na p não é aquele ângulo de torsão mas quando o vento ele incrementa ou ele já tem uma velocidade de Vento suficiente para começar a gerar energia vejam que ele movimenta as paz nãoé aí

ele movimenta as paz ele já começa a girar com uma velocidade maior Ok então a a a velocidade do vento ela continua aumentando continua aumentando e o giro do aerogerador também vai continuar aumentando Não é vamos ver aqui ó ele vai girando cada vez mais rápido né Esse vídeo foi feito durante um teste do aerador tá bom e Eli para ver se ele geralmente eh ou realmente para na velocidade máxima que ele tem que ven cada vez gira mais rápido mais rápido o rotor Ok eh e aqui está atingindo a máxima velocidade dele não é

aqui podemos ver como é que é dentro da torre do aerogerador certo eh a torre ela se movimenta bastante mesmo não é Ok por esse movimento do vento Ok e daqui a pouco o aerogerador ele vai atingir o seu máximo giro tá bom ele vai atingir seu máximo giro e quando ele atinge esse máximo giro ele vai parar que foi o que aconteceu agora ok ele parou certo eu vej que a torre balança bastante inclusive por essa parada que ele teve Ok mas aí ele para Ok então Eh esse essa parada aqui esse teste para

ver se quando o aerogerador atinge sua máxima velocidade de rotação ele vai eh parar Ok eh isso aqui esse freio é utilizado por exemplo eh quando a velocidade do vento é muito elevada certo vamos ver aqui inclusive uma curva de potência do aerogerador isso aqui vem no catálogo do aerogerador certo então aqui temos um gráfico que ele me mostra aqui ó no eixo das abscissas ou no eixo horizontal ele me mostra a velocidade do vento Ok na altura do cubo lá em cima do aerogerador não é Então vai de 0 a 25 m/s Ok e

aqui ó ele me mostra a potência a potência que ele gera aqui no eixo eh das ordenadas ou no eixo eh vertical certo ele vai de zer até 2000 eh kW ou 2 MW esse aerogerador gera 2 MW um pouquinho mais não é aqui mas a potência máxima que esse aerogerador gera são 2 MW Ok e isso que a gente chama de potência nominal Ok a potência máxima que esse aerogerador consegue gerar ok eh eh essa potência máxima né é tipo a velocidade máxima de um veículo não é assim 180 220 km/h não é é

a velocidade máxima que esse veículo consegue atingir Ok então aqui 2 MW é a potência máxima que esse aerogerador vai conseguir gerar Então vamos ver aqui ó essa curva aqui ó que tem eh aqueles losangos não é que está marcada poros sangos me mostra a potência que o aerogerador vai gerar e ela está relacionada a esse eixo aqui ok então ela começa em cero não em zero o aerogerador não gera nada porque eu não tenho vento aí ele vai começar digamos o vento começa a aumentar não é e ele vai aí ó vai para 1

m/s ainda não está girando nada em dois ele já começa a girar um pouquinho não é emre ele gera mais um pouco e assim conforme a velocidade do vento ela aumenta a potência desse aerogerador que ele consegue girar vai aumentando não é aqui ó eh para 10 m/s Vamos ver que ele gera mais ou menos 1600 eh kW ou 1,6 MW E aí ele vai continuar subindo até mais ou menos até aqui quando ele atinge eh 13 m por segundo né em 13 m/s ele atinge a sua potência máxima ok ele atinge a potência máxima

que ele consegue gerar não é OK E aí ele se mantém não é igual que quando a gente vai acelerando o carro não é claro que não é tão constante o veículo mas não sei se alguém já chegou a colocar um veículo na máxima velocidade Mas vamos ele começa a acelerar e quando chega na máxima velocidade ele vai se manter a essa mesma velocidade não é é o mesmo que acontece aqui ó quando ele atinge sua potência máxima mesmo a velocidade do vento eh se incremente ele vai continuar produzindo apenas essa máxima potência Ok e

Geralmente os aerogeradores eles funcionam até 25 m/s que foi o que a gente viu lá em cima naquele aerogerador né quando ele atinge a máxima velocidade ele vai fazer porque ele vai parar novamente colocar as paz em Bandeira para se proteger não é alguém já deve ter visto inclusive algum vídeo ou se procurarem na internet algum vídeo de um aerogerador eh falhando né ele começa a girar muito rápido e explode porque a pá Ela atinge a torre Ok mas ele se protege dessa maneira né veam que ele parou Inclusive a a a torre ficou vibrando

dessa maneira aqui né o vino vinha por aqui a torre ficou vibrando dessa maneira Mas isso é normal Ok eh E então é dessa maneira que funciona o aerogerador não é então aqui ó quando começa ele antes de em velocidades abaixo eh de de 1 m/s aqui por exemplo ele tá com as paz dessa maneira né aqui o vento vem por aqui aí ass se a velocidade aumentar o aerogerador já começa a girar as paz para ele conseguir já extrair a máxima potência do vento como vemos aqui ó até atingir aqui nesse caso 13 m/s

e depois aí ele já começa a regular não é o giro ele diminui um pouco para ele não aumentar esse giro não é ele tem um máximo de rpms que pode atingir para também não sobrecarregar os outros componentes beleza e aqui ó aqui temos outra curva que ela está marcada por círculos não é aqui ó e essa curva e a curva do coeficiente de potência do aerogerador está mostrado aqui nesse eo Ok então vejam assim vamos lá obviamente para 1 m/s a o coeficiente de potência é zero não é aí para 2 m/s de velocidade

já vai aumentando o coeficiente de potência ele vai aumentar aumentar até chegar aqui por exemplo em 9 m/s aonde o aerogerador atinge sua maior eficiência Ok então esse é o ponto que tem a maior eficiência do aerogerador ou tá em 0,5 como a gente tinha visto aquele gráfico lá que mostra a eficiência dos diferentes tipos de aerogeradores não é tem aquele de três p que atinge o máximo a eh que atinge o máximo dele que tá mais ou menos em é 0,5 de eficiência não é OK e depois começa a diminuir essa eficiência Ok falando

de uma maneira similar tentando correlacionar por exemplo com o funcionamento de um carro né Eh o que que acontece o carro obviamente ele tem uma quantidade de rpms que ele é muito mais eficiente não é mas se eu continuar acelerando acelerando acelerando não é o carro vai chegar à sua velocidade máxima nesse 180 ou 220 km/h mas nessas velocidades elevadas o carro não é tão eficiente quanto por exemplo digamos na estrada a 100 m a 100 km/h não é OK se eu andar por exemplo a 100 110 tem uma faixa de velocidades e de revoluções

que o carro ele se torna obviamente mais econômico não é e isso aí reflete que ele é mais eficiente é a mesma coisa que acontece com esse aerogerador não é aqui por exemplo em 9 m/s ele é mais eficiente do que para outras velocidades não é por exemplo se eu colocar o carro para andar em 220 km/h que é a velocidade máxima ele vai consumir muito mais combustível não é do que por exemplo se eu andasse a 100 110 km/h Ok então esses aerogeradores têm um ponto onde eles se tornam mais eficientes Ok E aí

por exemplo que o o o fabricante quer e o projetista do Parque Eólico quer que o aerogerador trabalhe não é por exemplo aqui se eu escolher um lugar onde as velocidades que mais acontecem durante o ano os estam aqui entre 8 e 10 m por segundo é bom que meu aerogerador ele vai estar funcionando com a sua maior eficiência não é mas disso aí vamos falar mais para frente ok eh Então esse aqui é o coeficiente de potência tá bom aqui temos os valores da curva inclusive né Ó quanto que ele produz para 1 m/s

ou para 2 m ele já começa a produzir apenas 3 kW não é e aqui tem uma eficiência de 0,12 e essa eficiência e essa potência vai aumentando aqui ó até não é 0,5 É máxima eficiência não é mas aí a potência ela vai aumentando inclusive e obviamente a eficiência vai diminuindo né como vemos aqui certo então lembram aquela fórmula que a gente viu que serve para calcular a potência disponível no vento é essa aqui não é 1 sobre 2 R que é a densidade do vento vezes a velocidade do cubo vezes a área do

aerogerador não é OK e para calcular quanto que esse aerogerador produz tem essp que é isso aqui não é 0,0 para um para 1 m/s não é para 9 m/s esse número aqui vai valer 0,5 nãoé então para 9 m/s eu tô conseguindo tirar 50% da potência disponível no vento Ok Lembrando que pelo limite de ves o máximo que eu atinjo é 0,593 OK então esse aerogerador aqui nessa velocidade de 9 m/s tá atingindo a sua melor a sua maior eficiência certo então Eh se a gente pegar aqui ó aqui eu tenho uma curva da

potência disponível do vento tá bom para diferentes velocidades Ok e aqui eu tenho a curva da potência utilizável isso aqui é em função do limite de v não é isso aqui é o máximo utilizável não é e aqui em amarelo eu plotei a curva desse aerogerador aqui que é um aerogerador e82 esse e vem do fabricante que é ncon e esse 82 é o diâmetro do rotor não é então eu plotei aqui essas eh essa potência que ele consegue gerar e obviamente vem aqui que aqui tem ainda uma lacuna muito grande não é então ok

eh mas mesmo assim sim eh aqui ó ele atinge sua máxima potência em 2 MW se mantém constante não é OK então veam que tem uma parcela muito significativa ainda que não é utilizada da potência disponível e utilizável né mas lembrem assim senhores que eh ou não sei se eu já falei mas sítios com lugares bons de velocidade de Vento entre oito no vamos dizer 10 no máximo 10 m/s ok que é uma velocidade média do vento que eu consigo encontrar em alguns lugares onde eu considero Que el tem um potencial muito bom não é

então quer dizer que a velocidades entre 7 8 9 m por segundo vão acontecer o maior número do tempo que eu tenho ao longo do ano não é certo e aqui ó por exemplo essas velocidades acima de 10 11 e e acontecem muito menos tá bom acontecem muito menos é difícil encontrar por exemplo lugares que tenham velocidades médias com 11 12 13 25 m por segundo já é muito difícil não é então aqui eu tô colocando o aerogerador para trabalhar no lugar onde eu tenho eh a a a velocidade média né que é a mais

representativa não é e eu tô conseguindo aqui colocar esse aerogerador na sua maior eficiência certo então vem ainda tem uma parcela do vento para utilizar mas Lembrando que a ocorrência dessas velocidades aqui é muito baixa não é isso aí vamos ver mais para frente também senhores Ok eh então assim podemos utilizar uma parcela bem menor do que temos disponível no vento Ok Lembrando que aqui acontece essas velocidades acontecem pouco não é é difícil achar lugares onde eu tenha velocidades do vento com esses valores acima de 10 11 12 não é e aconteçam durante muito tempo

eh e outro Outro fator que a gente viu não é é a formação dessa esteira Ok como já vimos essa esteira se forma pela mudança da velocidade não é que na verdade o rotor o o vento passa pelo rotor certo e essa eh eh velocidade essa velocidade aqui diminui não é e se forma um um cone Ok então hoje vamos tentar entender essa essa esteira não é que que acontece nessa esteira quanto de comprimento tem essa esteira aqui ok Lembrando que aqui tenho vento turbulento não é e vento com uma menor velocidade do que antes

do aerogerador ok aqui por exemplo numerosos problemas técnicos surgem com espaçamento próximo de múltiplos aerogeradores né então aqui ó se eu colocar um muito próximo do outro obviamente o vento que passa aqui que tem uma diminuição na velocidade vai cair nesse aerogerador e obviamente esse evento vai ser menor não é e o aerogerador vai conseguir produzir menos do que o primeiro aerogerador é uma coisa que eu preciso evitar não é certo aqui ó mais uma vez a esteira ela tá se prolongando para os próximos aerogeradores então aqui ó a extração de energia pelos aerogeradores que

estão atrás de outros em relação à direção do vento resulta em velocidades mais baixas nesses aerogeradores e aumenta a turbulência não é aqui ó além de eu ter um vento com menor velocidade Eu tenho um vento turbulento não é lembrem que acontece com a turbulência quando a gente está no avião não é começa a oscilar e o mesmo acontece com aerogerador que é uma coisa que eu não quero mas do ponto de vista aerodinâmico a gente tá falando dessa diminuição na velocidade ok aqui posso ver um gráfico dessa esteira né que eu tenho vento ok

e quando o vento vem com uma velocidade aqui V quando atinge o rotor ela já diminui para 2/3 dessa velocidade beleza e aqui ó há uma determinada a distância Ela vai para 1/3 dessa velocidade ok mas aí ela começa a se recuperar e é uma determinada distância ela já vai voltar à velocidade inicial V Ok eh então geralmente o que o pessoal utiliza são 10 diâmetros ok se por exemplo esse aerogerador tem 100 m de eh de diâmetro de rotor certo então o vento ele vai se recuperar a 10 diâmetros de distância então 10 x

100 dá 1 km de distância não é então o vento ele vai se recuperar a 1 km de distância depois de passar pelo aerogerador Ok então Eh é uma coisa que tem que ser colocada tomada em conta ou levada em conta na hora do projeto não é eu tenho que distanciar os aerogeradores para não acontecer o que a gente viu na foto a esteira cai né mas isso aí é muito complicado Ok é muito complicado porque o vento não sempre vem de um lugar não é OK ele vem de várias direções então eu não consigo

espar meus aerogeradores para que o tempo todo eles não caiam na esteira de outro aerogerador aqui vemos um experimento né que foi feito foi colocada eh uns eh dispositivos que jogavam fumaça esse aqui é um aerogerador apenas de uma pá Ok mas veam como é que o vento se perturba não é beleza aqui temos até uma simulação computacional ok aqui o vento vai passar e ele vai ser perturbado não é ele obviamente muda suas condições Ok eh e como já sabemos né a energia eólica vem da conversão da energia cinética no vento e obviamente como

ele vai extrair uma parte também o aerogerador vai extrair uma parcela dessa energia do vento obviamente o vento que está atrás ele vai ter uma velocidade menor e ó temos essa esteira que se propaga por distâncias significativas não é agora os outros aerogeradores atrás se caírem se estiverem atrás dessa esteira obviamente eles vão gerar muito menos menos energia não é beleza aqui ó podemos ver aqui esse aqui é a vista de uma de um parque eólico por cima não é três aerogeradores e aqui a esteira de um está caindo no outro nãoé e aqui ou

esse aerogerador está submetido a duas esteiras Ok então o efeito já é mais considerável né esse diminuiu a velocidade esse diminui a velocidade ainda mais e esse aerogerador já está submetido a velocidades muito baixa não é então ele acaba produzindo menos e como vamos ver mais para frente tem a turbulência né que acaba sobrecarregando o aerogerador Ok então vamos dizer se eu tivesse 10 aerogeradores e eu colocasse eles trabalhando separados não é OK se eu colocasse eles trabalhando separados ok Eles vão produzir mais do que se eu colocasse esses 10 aerogeradores num parque ou por

quê Porque Lembrando que no Parque Eólico a esteira de um vai cair no outro não é certo então deessa aerogeradores trabalhando sozinhos obviamente trabal se eu somar a produção desses D isolados Eles produzem mais do que por exemplo 10 aerogeradores trabalhando no parque não é mas isso é muito difícil não é eu espalhar 10 aerogeradores eu preciso de maior infraestrutura maiores linhas de transmissão de energia não é Vamos ver que concentrar os aerogeradores em parques também tem as suas vantagens não é isso aí vamos ver mais para frente não é mas sempre acaba tendo essa

perca de energia devido a essas esteira né a esteira de um aerogerador Em algum momento vai cair a no próximo aerogerador Ok eh aqui mais uma vez podemos ver um gráfico do vento né senhores aqui ó temos um gráfico esse aqui é a horizontal né e o vento vem ele é representado por essas setinhas aqui que a gente costuma chamar de vetores não é então entre mais comprida for essa seta maior a velocidade do vento que está nessa altura não é e é isso que acontece né se a gente sobe a alturas elevadas não é

o vento lá é bem mais forte do que em alturas inferiores não é e é isso que podemos ver aqui certo ele vem com esse perfil essa linha aqui é que a gente chama de perfil do vento E aí ele vai atingir o aerogerador não é e vamos ver como é que esse perfil muda beleza aqui ó a Velocidade diminui muito não é e aqui diminui ainda mais não é porque essa esteira que se forma beleza aí diminui muito mais beleza ah mas aqui ó Conforme eu for andando em diâmetro não é esses aqui são

os diâmetros né um diâmetro do rotor dois diâmetros aí essa velocidade começa a se recuperar não é os vetores aqui as a distância que eu tenho aqui que é indica a velocidade do vento começa a se recuperar e mais ou menos Ok esse seria o perfil Inicial não é certo então obviamente uma seta que atinge até aqui é maior do que uma seta que attinge até essa linha aqui então obviamente a velocidade é maior Ok e como já vimos ela se recupera mais ou menos a 10 diâmetros beleza aqui também vemos uma maneira que não

é muito indicada de posicionar parques eólicos não é Lembrando que sempre Eh vamos ver mais na frente todos os sítios tem uma velocidade uma direção predominante do vento não é então eu faço as medições e tudo isso aí essas medições vão me dizer não o vento vem por exemplo do por exemplo do do do oest do Leste a maior parte do ano o vento vem do leste por exemplo né então eu já sei esse aqui é o vento preferencial e eu já sei mais ou menos nós como é alinhar meus aerogeradores beleza aqui ó Essas

percas aqui que eu tenho por essas esteira não é elas podem ser otimizadas por exemplo colocando os aerogeradores assim intercalados não é aqui o direção principal do vento beleza e eu posso eh eh separar essas fileiras aqui ó as sete diâmetros do rotor não é e aqui cada aerogerador a cinco diâmetros uhum Essas são algumas diretrizes nãoé mas Lembrando que tudo isso aí é o software que faz né existe um software como vamos ver mais para frente não vários software na verdade que fazem essa simulação né eles vão colocando os aerogeradores em diferentes lugares e

Eles me dizem qual que vai em qual lugar que o aerogerador vai render mais não é Ou e o parque obviamente mas igual assim Isso aqui é uma boa opção não é aqui tanto o o a esteira aqui ó como se se propaga 10 diâmetros ela vai atingir o segundo a terceira fileira na verdade não é depois de 14 diâmetros Então já vai estar recuperada não é E essa distância também é bom manter não é entre os aerogeradores da mesma fileira porque Lembrando que o vento não vem sempre da mesma direção né aqui temos direção

predominante ou direção direção principal aqui na tela mas essa direção muda às vezes não é ao longo do dia ou ao longo do ano ok então mesmo assim colocando todas essas eh essas estratégias né e tentando otimizar o layout o Parque Eólico ainda perde 5% Ok do que se eu tivesse trabalhando por exemplo esses aqui 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 aerogeradores isolados não é trabalhando eles separadamente e garantindo que a esteira de um não caia no outro ok mas igual essas percas aqui são compensadas Não é pelos ganhos por exemplo

eh em linha de transmissão infraestrutura não é também é difícil conseguir lugares com bom vento não é então é bom concentrar os aerogeradores nesses locais onde tem condições boas de Vento Ok e aqui por exemplo podemos ver um vídeo de como é que é a esteira do aerogerador afeta a velocidade de giro do outro aqui vamos colocar aqui ó se vocês puderem ver o primeiro aerogerador gira mais rápido do que o segundo aerogerador aqui ó e esse aqui o último aerogerador não é ele gira bem mais lento ainda não mais lento não é dá para

ver Dá para perceber esse aqui gira mais rápido esse aqui um pouco menos e esse aqui terceiro ele gira menos ainda não é tudo isso aí devido a esteira Não é esse aerogerador está gerando uma esteira que está caindo nesse aerogerador E essas duas esteiras estão caindo nesse aerogerador aqui nesse terceiro aerogerador OK outra simulação Interessante não é É esse aqui Aqui nós podemos ver eh um uma simulação né uma animação que me mostra um parque eólico aqui ó eu tô olhando de cima tá eu tô olhando de cima e aqui vemos uma série de

cores não é essas cores me mostram o quê a velocidade do vento que vai mais ou menos aqui de 3 até 9 m/s não é então essa cor vermelha aqui me indica que o vento já vem mais ou menos com uma velocidade de 8 m/s que é a que vem aqui digamos né Então nesse caso só aqui ó a velocidade está vindo disso aqui mas ela mudou não é se mudar a velocidade obviamente a esteira também vai mudar não é dependendo de como é que eu a a a a direção do vento vem certo e

vai ter alguns momentos não é que por exemplo muitos aerogeradores vão estar atrás da esteira dos aerogeradores da frente né como é que esse como é esse caso aqui veem aqui quando o vento vem aqui da direção oeste não é ela todas as esteiras das fileiras anteriores vão cair nos próximos aerogeradores isso aí pode ser medido na produção do Parque aqui ó nesse gráfico aqui eu tenho o ângulo do qual vem o vento né E aqui ó na eh vertical eu tenho a potência do parque que não é que vai aqui ó de 0,5 até

1 certo mas aqui ó vha obviamente entre Opa entre mais elevado estiver aqui o meu valor maior a potência que eu tô extraindo não é mas o que que acontece aqui V aqui ó aqui tem por exemplo poucos aerogeradores caindo nas esteiras então a produção é elevada mas aqui ó já tem alguns aerogeradores que caem nas esteiras do outro e a a produção do parque diminui não é aí aí tem poucos caindo na esteira certo e aqui ó vai ter um caso crítico não é a 270º todos os aerogeradores das próximas fileiras vão estar caindo

eh na esteira da fileira anterior e isso obviamente diminui minha potência para 0,6 não é por exemplo se o parque pode produzir 100 não é ele vai estar produzindo apenas 60 certo e tudo isso aí devido à esteira né então por isso que eu tenho que medir Qual é a direção predominante do vento e tentar alinhar meus aerogeradores para que a esteira deles não caia nos próximos certo senhores eh e finalizando a nossa aula aqui ó aqui temos inclusive eh o resultado do software que faz a simulação e faz o projeto de parque eólicos tá

E aqui ó eu tenho vários aerogeradores aqui ele me mostra a marca não é auston o modelo do Gerador não é certo a potência máxima que ele vai produzir que seria eh 1,6 MW ou 1670 kW aqui a o diâmetro do rotor no é 86 m a altura do cubo não é a altura do cubo eh o o centro do meu rotor 80 m e aqui ele faz o cálculo né obviamente eu vou alimentar esse software com muitas informações ele vai fazer o cálculo de quanto que esse Parque vai produzir n tenho 14 aerogeradores aqui

ó e se eles estivessem Livres como vemos aqui certo eles produziriam ou se eles estivessem espalhados não estivessem instalados num parque produziriam 259 eh 1504 MW H por ano certo mas aqui ó o parque não é aqui o parque certo por essas perdas da esteira ele vai produzir apenas 243 156,1 MW por por ano não é então obviamente isso aí é devido às percas por esteira Ok senhores então temos perc consideráveis não é a gente viu que tem uma potência disponível no vento a qual a gente no máximo que consegue extrair e 59,3 por e

temos já os aerogeradores também que conseguem extrair menos não é Eles não conseguem a maior eficiência ao longo de toda a faixa de velocidades certo então isso acaba também diminuindo a energia que os aerogeradores extraem e por último também tem o efeito Parque não é e esse efeito Parque também resulta em percas e tudo isso aí em função da aerodinâmica Ok senhores então finalizamos o nosso conteúdo de aerodinâmica dos aerogeradores na próxima aula a gente vai falar de impactos ambientais certo então senhores um início de semana hoje segunda não é b início de semana e

eh aguarda as atividades