Parte 1
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Gerador eólico
doméstico para economia de energia
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Carlos Eduardo de
Oliveira & Cláudio Prado
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Abstract— It has been proposed development
and economic feasibility study of a small wind generator, using an aero
generator manufacturing craft and a simulation model that enables performance
analysis using mathematical tools and part of the circuitry in laboratory
experiments. The wind system used comprises a stepper motor that acts as a
permanent magnet generator with a potential of up to 48 Watts associated with a
system processing power. The economic feasibility analysis is performed in
employment in the aero generator and battery charging in remote applications
like boats and villas in places of difficult access for power utilities, with
the help of a program that processes the data and provides the winds kinetic
energy to the drive system.
Keywords-Development, feasibility, wind
generator.
Resumo—Foi proposto o desenvolvimento e estudo de
viabilidade econômica de um gerador eólico de pequeno porte, utilizando-se um aero
gerador de fabricação artesanal e um modelo de simulação que permite a análise
do desempenho utilizando-se de ferramentas matemáticas e parte dos circuitos em
experimentos de laboratório. O sistema eólico utilizado é formado por um motor
de passo que desempenha o papel de gerador de imã permanente com potencial de
até 48 Watts, associado a um sistema de processamento de potência. A análise de
viabilidade econômica é realizada no emprego do aero gerador em carregamento de
baterias e em aplicações remotas como em barcos e moradias em locais de difícil
acesso das concessionárias de energia, com o auxilio de um programa que
processa os dados dos ventos e fornece a energia cinética ao conversor do
sistema.
Palavras chave— Desenvolvimento, viabilidade, gerador eólico.
I. INTRODUÇÃO
Trata-se da montagem e análise de um sistema de
geração online de energia composto por: um captador eólico, gerador CC,
conversor half-bridge e controlador de carga CC/AC senoidal.
II. Foco do desenvolvimento
A energia dos ventos já é utilizada a séculos pelo
homem, porém sua utilização inicial focava-se em aplicações domésticas para
processamento de grãos, como conhecidos os moinhos holandeses, ou até mesmo
para bombear água em fazendas.
“Uma das formas de energia primária abundante
na natureza é a Energia dos Ventos, denominada energia Eólica. A técnica de conversão da energia dos
ventos em energia mecânica primeiramente foi explorada para utilização em
propulsão de navios, moinhos de cereais, bombas de água e na idade média para
mover a indústria de forjaria No inverno de 1887-1888 Charles F. Brush colocou
em operação a primeira turbina eólica automática com diâmetro do rotor de 17m e
144 pás de madeira para gerar energia elétrica.” [1]
Com a era das máquinas, o crescimento do uso das
tecnologias relacionadas à energia elétrica e a necessidade da Europa de buscar
fontes renováveis para substituição das Termoelétricas movidas a carvão e
combustíveis fosseis houve a ampliação do
uso destes captadores de energia cinética para geração de eletricidade no
continente Europeu devido a sua característica geográfica favorável a este tipo
de captação de energia. Hoje podemos encontrar gerados com pás de 2m metros até
aproximadamente 300metros de diâmetro.
Seguindo o princípio que os primeiros geradores
eólicos eram para captação somente de energia cinética eram de uso domiciliar
nas fazendas, sendo devido a este conceito foi buscado um conjunto de
tecnologias para este gerador cujo custo fosse viável para proporcionar
economia e não autonomia durante seu uso. Visto a grande parcela dos
fabricantes de geradores no Brasil trabalham na geração da ordem de
MW(megawatts), foi foco o estudo de um gerador
inferior a 2kW(quilowatts) especificamente para uso residencial ou em
aplicações de baixo consumo, por exemplo, em pequenas embarcações ou para
domicílios distantes da malha da rede elétrica nacional (colocar referencia do
operador nacional de energia elétrica).
III. Potencial eólico brasileiro
“O Brasil, diferentemente de muitos países desenvolvidos, possui um
grande potencial eólico, principalmente no litoral do nordeste. Nessa região
foram constatadas velocidades médias anuais entre 6 e 8,5 m/s a 50 metros de
altura, de direção predominantemente
nordeste e pouca turbulência
durante o ano, sendo os estados do Ceará e do Rio Grande do Norte os que
possuem as áreas de maior potencial do país. Além destes, foi verificado que no
estado de Minas Gerais, mesmo a 100 km de distância do mar, possui um bom
potencial eólico”. [2]
Tal fato foi
comprovado em pesquisa do Centro de Pesquisas de Energia Elétrica, órgão do
Ministério de Minas de Energia em 2001 onde foi citado que o Brasil possui um
potencial de mais de 140GW(Giga watts) de geração de energia.
Figura
1. Distribuição dos
ventos no Brasil -CEPEL 2001
IV. Blocos e tecnologia
Como mencionado anteriormente as tecnologias dos
geradores atuais são voltadas para escalas na ordem de centenas ou milhares de
kW, onde devido a magnitude certas perdas se tornam consideráveis porém já com
recursos e soluções, mas ao citar aplicações de baixa escala as condições já se
tornam menos favoráveis, como a mecânica pouco desenvolvida, a área de captação
menos, o alto custo das torres em relação a quantidade de energia gerada, enfim
uma relação custo benefício crítica, porém soluções ainda não desenvolvidas
para redução destes fatores.
O gerador é
composto por 6 blocos, sendo: Captadores(pás), caixa de amplificação de
velocidade, gerador, controlador de carga, baterias e inversor.
Neste projeto foi utilizada a tecnologia de
microprocessamento da energia para gerar o sinal da rede elétrica e um recurso
extra, o captador de cruzamento de zero, cuja finalidade foi de indicar ao
processamento qual instante deveria ser liberado o sinal elétrico para evitar
falta de sincronismo com a rede elétrica existente onde o gerar fosse
instalado, este recurso será esclarecido adiante.
Continua....
