Henrique de Souza Santos
TE033 Centrais Elétricas
AGENDA
Introdução;
Esteira de uma turbina eólica;
Esteira no parque eólico;
Turbulência em um parque eólico;
Eficiência de um parque eólico;
Outros aspectos para disposição;
Área Ocupada;
Exemplos de disposição;
Referências.
INTRODUÇÃO
A disposição dos aerogeradores em um
parque eólico é fundamental para a
eficiência da usina.
Alguns aspectos que devem ser
considerados nesta definição serão
tratados nesse trabalho.
ESTEIRA DE UMA TURBINA
EÓLICA
Uma turbina eólica extrai parte da energia
cinética do vento.
Consequentemente o fluxo de ar que
passa pela turbina tem sua energia
cinética diminuída, diminuindo a
velocidade do vento.
Além da diminuição de velocidade do
vento, o movimento das pás da turbina
provoca o giro da massa de ar que a
atravessa.
ESTEIRA DE UMA TURBINA
EÓLICA
ESTEIRA DE UMA TURBINA
EÓLICA
A região atrás da turbina, afetada pela
extração de energia, é chamada de
esteira.
• A esteira é uma região turbulenta, com a
presença de vórtices de Karman.
• Esta esteira tende a desaparecer à medida
que se afasta da turbina.
• A grande massa de ar que flui em volta
dela tende a se homogeneizar-se
novamente com o ar dentro da esteira,
estabilizando o mesmo.
•
ESTEIRA DE UMA TURBINA
EÓLICA
A região atrás da turbina onde se forma
a esteira é denominada “sombra”.
Quando uma turbina opera na sombra
da outra ela terá seu desempenho
reduzido.
ESTEIRA DE UMA TURBINA
EÓLICA
ESTEIRA DE UMA TURBINA
EÓLICA
•
•
•
•
•
•
V: vel. sem influencia
[m/s];
Vr
Vr:: vel. logo após o rotor
[m/s];
Ve
Ve:: vel. na esteira em X
[m/s];
Ct
Ct:: coef.
coef. de empuxo;
X: dist.
dist. da turbina [m];
D: diâmetro do rotor [m];
•
•
De: diâmetro da
esteira em X [m];
K: constante de perda
da esteira.
ESTEIRA DE UMA TURBINA
EÓLICA
•
A constante de perda da esteira ‘k’ determina o
ângulo de abertura da sombra.
•
•
[m].
H: altura do cubo da turbina [m];
Z0: comprimento de rugosidade do solo
– Em geral quanto maior for a rugosidade do terreno
maior será a perda do vento.
– Por exemplo, cidades com muitos edifícios vão trazer
uma perda maior de vento, com um comprimento de
rugosidade típico de 0,8m. Já superfícies de águas são
mais lisas tendo bem menos influência sobre o vento e
têm um comprimento típico de 0,0002m.
ESTEIRA DE UMA TURBINA
EÓLICA
É possível determinar a redução da
velocidade do vento na esteira, e com isso
a perda de eficiência da fazendo eólica.
• A recuperação da velocidade do vento,
será diferente para cada tipo de terreno
devido a suas diferentes rugosidades.
• E ainda, na esteira há uma maior
intensidade de turbulência que provoca
esforços mecânicos nas pás de outra
turbina no seu interior, causando uma
maior estresse na outra turbina.
•
ESTEIRA DE UMA TURBINA
EÓLICA
ESTEIRA DE UMA TURBINA
EÓLICA
ESTEIRAS NO PARQUE
EÓLICO
Os aerogeradores podem estar situados
total ou parcialmente na sombra de
outros.
A situação de sombra parcial é muito
ruim, porque desenvolve cargas não
uniformes nos rotores.
Os efeitos da esteira no parque:
Perda de desempenho;
Vida útil da turbina reduzida.
ESTEIRAS NO PARQUE
EÓLICO
EFICIÊNCIA DE UM PARQUE
EÓLICO
•
•
•
A influencia de uma turbina sobre outra
é menor se a distancia entre elas for
maior.
Entretanto, quanto maior a distância
entre as turbinas, maior será a área
para a fazenda eólica.
Além do espaçamento entre as turbina,
a eficiência do parque eólico também
depende da orientação , características
e topografia do terreno.
EFICIÊNCIA DE UM PARQUE
EÓLICO
Na definição da disposição das turbinas
deve--se levar em conta a rosa dos
deve
ventos, buscando evitar, ou minimizar, a
localização de turbinas na sombra de
outra, levando em conta o vento
predominante.
Quanto maior a predominância dos
ventos em uma determinada direção,
mais se pode otimizar os espaços .
EFICIÊNCIA DE UM PARQUE
EÓLICO
•A eficiência
de uma fazenda eólica ηfe é definida
pela expressão:
Pfe: potência produzida a
partir de cada aerogerador
dentro da fazenda eólica [W];
Plivre: com o vento livre [W];
i: aerogerador.
aerogerador.
•No
projeto devedeve-se seguir a recomendação do fabricante em
relação às distâncias entre os aerogeradores,
aerogeradores, mas sempre
levando em conta as características de relevo do terreno.
•Geralmente o recomendado é uma distância de 5D no
sentido do vento predominante, e 3D perpendicularmente.
EFICIÊNCIA DE UM PARQUE
EÓLICO
OUTROS ASPECTOS PARA
DISPOSIÇÃO
Além da eficiência devedeve-se considerar:
Relevo do terreno;
Emissão de ruído;
Aspectos ambientais;
Proteção a aves;
Impactos da sombra da pá.
OUTROS ASPECTOS PARA
DISPOSIÇÃO
Emissão de ruído:
Deve
Deve--se observar distância mínimas dos
aerogeradores até as residências próximas.
Deve
Deve--se verificar o valor fornecido pelo
fabricante para a definição de uma distância
mínima.
Na ausência dessa, recomendarecomenda-se um
afastamento mínimo de 500m.
OUTROS ASPECTOS PARA
DISPOSIÇÃO
Aspectos Ambientais:
Possível existência de reservas ou
restrições ambientais.
Proteção a Aves:
Cuidar com áreas densamente povoadas
por aves (zonas de proteção e reprodução);
Impactos da Sombra da Pá:
Desconforto, estresse aos moradores
próximos.
EXEMPLOS DE
DISPOSIÇÃO
Disposição fortemente influenciada pelas
características do terreno.
EXEMPLOS DE
DISPOSIÇÃO
Disposição definida basicamente em função do
vento predominante e também projetada para
aumentar a eficiência evitando influências entre as
turbinas.
EXEMPLOS DE DISPOSIÇÃO
Disposição harmonizada com o ambiente,
reduzindo seu impacto.
EXEMPLOS DE DISPOSIÇÃO
Outra disposição fortemente influenciada pelo
relevo do terreno.
EXEMPLOS DE
DISPOSIÇÃO
Parque eólico “off shore” (sobre a água)
Disposição simétrica e definida em função do
vento.
REFERÊNCIAS
[1] dos Santos, R. A Disposição dos Aerogeradores
Aerogeradores.. In:
dos Santos, R. Energia Eólica Para Produção de
Energia Elétrica. Synergia
Synergia,, 2013. p. 178
178--194;
[2] Medidor Vórtex Conceitos, tecnologia e aplicações
na medição de vazão,
vazão, http://abreueoliveira.com.br/wp
http://abreueoliveira.com.br/wp-content/uploads/Publica%C3%A7%C3%B5es2.pdf;;
content/uploads/Publica%C3%A7%C3%B5es2.pdf
[3] Localização de parques eólicos,
eólicos, http://www.portal
http://www.portal-energia.com/downloads/aulas/Aula03_localizacao_do_
parque.pdf..
parque.pdf