Controle passivo de rotação para turbinas eólicas de pequeno porte (2021)
- Authors:
- USP affiliated author: RUIZ, ANGEL ESNEIDER CAMARGO - EP
- School: EP
- Subjects: FONTES RENOVÁVEIS DE ENERGIA; GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA; ENERGIA EÓLICA; ENERGIA SOLAR; SUSTENTABILIDADE
- Language: Português
- Abstract: As energias limpas ou energias renováveis já fazem parte do presente do planeta e da nossa sociedade em termos de energia e câmbio climático. Na atualidade os reforços multiplicados estão voltados para reafirmar e promover o uso de novas fontes de energia que façam com que os efeitos, da já inevitável mudança ambiental, não sejam piores. Mundialmente foi acordada uma transição energética integrando várias tecnologias já desenvolvidas. Porém, alguns países não têm aderido aos acordos e alguns outros registram um progresso insuficiente na transição energética. Na maioria dos casos, a transição parece inviável principalmente devido ao alto custo inicial do investimento, frente ao custo operacional e o que implica parar com a operação das grandes centrais geradoras construídas no passado. Em vista disso, tem alguns anos que a ciência e engenharia estão buscando inovar e madurecer as tecnologias ao máximo para fazer com que as alternativas sejam menos custosas quando comparadas ao benefício financeiro que recebem os investidores. A geração de energia elétrica a partir da energia eólica (depois da energia solar) é com certeza, a energia não convencional que mais têm se difundido ao redor do mundo. Esta situação se deve à diminuição do seu custo, às mudanças tecnológicas e ao incremento da escala de geração. Isto pois, hoje em dia existem turbinas eólicas mais eficientes, maiores e economicamente mais atraentes. Uma caraterística importante é que a energia eólica se pode utilizar a diferentes escalas. Existem turbinas de grande, médio e pequeno porte. Turbinas pequenas e médias são geralmente utilizadas em projetos de geração destinados a iniciativas do setor privado de autogeração. Por outro lado, as turbinas de grande porte são destinadas para grandes projetos e contratos de nível estadual. A operação decada um dos segmentos de aerogeradores é diferente, pois a acessibilidade, os componentes, a segurança e as condições atmosféricas variam segundo a capacidade de geração. Assim mesmo, o controle destas máquinas vária segundo o tamanho e representa um desafio diferenciado. Os aerogeradores convencionais são máquinas complexas compostas por um conjunto de subsistemas sincronizados para atuar nas condições nominais de operação. Estes fazem uso de sistemas de controle mistos, que utilizam várias estratégias de controle para seu funcionamento. Dentre as variáveis a serem controladas numa turbina eólica existem variáveis mecânicas e elétricas. O movimento do rotor é uma variável muito importante já que pode afetar diretamente à operação de forma estrutural, mecânica e elétrica. Também pode pôr em risco a vida das pessoas e da fauna ao redor da central geradora. Acidentes de turbinas por excesso de velocidade tem sido um problema para a engenharia. Partes do rotor, como as pás, podem quebrar e destruir ecossistemas ou imóveis por perto. As consequências negativas destes acidentes também incluem a instabilidade do sistema elétrico por variações bruscas do recurso eólico e paradas obrigatórias preventivas ou para reparação. Quando isto acontece, deixa-se de aproveitar energia eólica o que é equivalente a uma perda financeira. Para o controle da rotação existem várias soluções, entre as mais utilizadas atualmente, estão o controle Stalling, o controle Furling, o controle ativo de ângulo de ataque (ou controle de Pitch), o controle ativo de ângulo de guinada (ou controle de Yaw), sistemas de freio elétrico ou eletromagnético e sistemas de freio mecânico. Cada tipo de controle é baseado num fenômeno diferente e concentra-se em um objetivo específico. Ao serem tecnologias para necessidadesespecíficas, são utilizados junto com outros sistemas de modo complementário. Os sistemas de controle classificam-se em duas categorias segundo a fonte de energia que utilizam para o seu funcionamento. A primeira categoria se refere aos sistemas que utilizam energia externa ao sistema ou energia adicional que é consumida pelos componentes do sistema. Utilizam comummente energia elétrica de baterias ou da rede elétrica disponível. E precisam de instalações elétricas e eletrônicas junto com equipos como controladores, sensores e transdutores. Estes são conhecidos como sistemas ativos. A segunda categoria é o conjunto de sistemas que não fazem uso de energia externa à máquina. É dizer, aproveitam a energia da máquina para seu funcionamento. Não precisam de fios e cabos, aparelhos eletrônicos ou atuadores pois utilizam a mesma estrutura e configuração da máquina para seu funcionamento. São conhecidos como sistemas passivos. Outros aspectos, vantagens e desvantagens vão ser abordadas neste texto. Aerogeradores de grande porte geralmente utilizam sistemas ativos pela exatidão, precisão e segurança que estes sistemas garantem. O controle passivo facilita a programação do controle de variáveis segundo a necessidade e as condições de operação. Já nos aerogeradores de médio e pequeno porte são mais utilizados os sistemas passivos de forma complementária aos sistemas ativos. Os sistemas de controle passivo mais utilizados em turbinas de pequeno porte são o controle por Furling (giro do conjunto rotor e nacele) e o controle por Stalling (mudança passiva do ângulo de passo). Este trabalho busca estudar as alternativas comerciais que existem hoje em dia para o controle passivo de rotação em turbinas eólicas de pequeno porte. Pretende-se descrever as diferentes tecnologias, os mecanismos, fazer umaanálise comparativa da ação destes sistemas isolados e atuando de modo complementário. Finalmente, propor uma solução não convencional a partir de um estudo de caso numa situação simples.
- Imprenta:
-
ABNT
RUIZ, Angel Esneider Camargo. Controle passivo de rotação para turbinas eólicas de pequeno porte. 2021. Trabalho de Conclusão de Curso (Especialização) – Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2021. Disponível em: https://bdta.abcd.usp.br/directbitstream/c20427c4-7258-46e4-b3c7-803c12d9b866/AngelEsneiderCamargoRuiz.pdf. Acesso em: 03 maio 2024. -
APA
Ruiz, A. E. C. (2021). Controle passivo de rotação para turbinas eólicas de pequeno porte (Trabalho de Conclusão de Curso (Especialização). Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://bdta.abcd.usp.br/directbitstream/c20427c4-7258-46e4-b3c7-803c12d9b866/AngelEsneiderCamargoRuiz.pdf -
NLM
Ruiz AEC. Controle passivo de rotação para turbinas eólicas de pequeno porte [Internet]. 2021 ;[citado 2024 maio 03 ] Available from: https://bdta.abcd.usp.br/directbitstream/c20427c4-7258-46e4-b3c7-803c12d9b866/AngelEsneiderCamargoRuiz.pdf -
Vancouver
Ruiz AEC. Controle passivo de rotação para turbinas eólicas de pequeno porte [Internet]. 2021 ;[citado 2024 maio 03 ] Available from: https://bdta.abcd.usp.br/directbitstream/c20427c4-7258-46e4-b3c7-803c12d9b866/AngelEsneiderCamargoRuiz.pdf
Download do texto completo
| Tipo | Nome | Link | |
|---|---|---|---|
 |
AngelEsneiderCamargoRuiz.... | Direct link |
How to cite
A citação é gerada automaticamente e pode não estar totalmente de acordo com as normas
