Energia eólica

Devido ao grande  aumento no consumo de energia elétrica no Brasil ao longo das últimas décadas, atualmente, o nosso país sente a necessidade de ampliar - e diversificar -  a sua matriz energética, para suprir a demanda e garantir o abastecimento.

Seria bom se as pessoas se interessassem em obter cada vez mais informações sobre este assunto, para também saberem na hora certa (das eleições), escolher adequadamente os governantes, de acordo com as ideias e modelos de desenvolvimento que eles defendem na área de energia, e evidentemente, fazerem a cobrança depois, principalmente se aqueles que escolheram forem eleitos. 

Professor: Mas onde eu vou usar isso?
Algumas vezes, quando um aluno me pergunta para que vai servir as matérias que nós, professores, ensinamos, ou pelo menos tentamos ensinar, isso parece-me indicar que não estamos conseguindo mostrar a eles o significado do aprendizado como um todo. Os jovens, ao final do ensino médio, deveriam ser capazes de perceber que é necessário adquirir um conjunto de conhecimentos envolvendo as várias disciplinas, para que possam pelo menos participar adequadamente na escolha daqueles que irão determinar a adoção de uma ou outra política no nosso país, seja no setor energético, cultural, econômico, social, ou outro qualquer.

Em outras palavras, eu estou querendo dizer também que, na minha matéria, ensinar um jovem a selecionar a fórmula certa para calcular, por exemplo, a tensão entre os terminais de um resistor, conhecidas a resistência e a corrente elétrica que o atravessa (U=R.i), é tão - ou menos -  importante quanto mostrar as vantagens e desvantagens das várias formas de obtenção de energia elétrica atualmente existentes. De minha parte, tenho tentado fazer as duas coisas ao mesmo tempo.

Usinas eólicas e suas potências
Dentre as opções que temos, a energia eólica, a conhecida energia obtida dos ventos, tem sido muito citada ultimamente, e se tornou a menina dos olhos dos ambientalistas. Gostaria de colocar neste post, apenas alguns dados recentes sobre o assunto, que podem acrescentar outras visões à forma como temos encarado esta opção de transformação de energia. 
Para iniciarmos, veja esta resposta dada no site do Ministério das Minas e Energia, na seção "Perguntas frequentes":

Quais as regiões mais propícias à instalação de aerogeradores?

De acordo com o Atlas do Potencial Eólico Brasileiro, a região mais propícia à geração eólica, no Brasil, é o Nordeste, com potencial de 75 GW. Em seguida vêm a região Sudeste, com potencial da ordem de 29,7 GW, e a região Sul, com 22,8 GW.

Nota-se que a região Nordeste responde por mais da metade do potencial nacional desta modalidade de energia. No Atlas citado na resposta, encontrei uma fórmula para calcular a potência ( P ) de um gerador eólico:

ρ - representa a densidade do ar, que varia com a altitude e a temperatura do local.
Arrepresenta a área (circular) varrida pela hélices.
ѵ representa a velocidade do vento.
Cp representa um fator ligado à rotação e a alguns parâmetros de controle da turbina.
η - representa a eficiência do conjunto gerador/transmissões.
  
Por aqui já dá para perceber que são muitas as variáveis que influem na determinação da potência fornecida. Para simplificar, e entendermos como esta potência varia, vou considerar aqui como exemplo o estado do Rio Grande do Norte, terra do estimado amigo, professor Francisco Valdir, que por sinal foi quem sugeriu-me o tema deste post.

Percebam que um dos fatores que mais contribuem para o aumento da potência é a velocidade do vento, pois a quantidade de watts obtida aumenta em função do cubo desta velocidade ().
Para simplificar ainda um pouco mais, vou ater-me aqui a apenas mais outras duas variáveis, a densidade do ar e a área varrida pelas hélices.

Densidade do ar

Ampliei detalhe da figura para notarem que a densidade do ar varia pouco, e os maiores valores são encontrados próximos ao nível do mar. Este padrão segue mais ou menos o mesmo para outros estados do Brasil.


Área varrida pelas hélices
A área é calculada por π. R². Quanto maior o raio (R), maior e mais resistentes devem ser os postes de sustentação. O Brasil não dispõe atualmente de tecnologia de fabricação de hélices e geradores de grande porte. Ela se concentra nos países da Europa, mas mais recentemente a China (de novo ela) entrou fortemente na concorrência.

Velocidade do vento
A velocidade do vento é o fator que mais influencia no aumento da potência da turbina. Veja, através dos mapas do Rio Grande do Norte, como variam as velocidades médias anuais do vento em função da altura em relação ao solo. Estas velocidades não são constantes durante o ano. No caso específico deste estado do Brasil, os maiores valores ocorrem na Primavera.
Use a ampliação da legenda de cores ao lado, relativas aos valores das velocidades, em m/s.
 
Velocidade média anual do vento, a 50 m de altura. (clique para ampliar).




Velocidade média anual do vento, a 75 m de altura. (clique para ampliar).
Velocidade média anual do vento, a 100 m de altura. (clique para ampliar).
Percebe-se aqui também, que as regiões litorâneas são as que mais favorecem a captação do vento para obtenção de energia elétrica.

Aquecimento e ruídos
Infelizmente tenho lido algumas matérias recentes, mostrando que estes tipos de usinas podem apresentar alguns problemas ambientais, como ruídos e aquecimento da região onde são instaladas. Veja, apenas como exemplo, estes dois artigos que eu encontrei:

Energia eólica: limpa mas nem tanto 
Neste, o autor cita um artigo da National Science Foundation, sobre recente estudo realizado no estado do Texas (EUA), sugerindo que a temperatura das regiões próximas às usinas sofre um pequeno aumento, devido provavelmente a um rastro de turbulência das turbinas agindo como um ventilador para sugar para baixo o ar mais quente de altitudes maiores, à noite. 

Turbinas eólicas geram energia e muito barulho
Aqui são citados casos nos EUA, em que moradores próximos a algumas usinas eólicas, dizem se sentir incomodados com o ruído das turbinas. 

Minha opinião
Acho que pela enorme vastidão do território brasileiro, não podemos desperdiçar o alto potencial representado pelos ventos, como forma de complementar a produção de energia elétrica para suprimento da demanda crescente. É claro que o ideal seria que desenvolvêssemos nossas próprias tecnologias neste setor, para evitar ficarmos dependentes dos europeus, americanos, ou chineses.  Além disso, talvez fosse mesmo necessário avaliar o nível de ruído que elas possam apresentar, evitando-se assim possíveis problemas com os moradores  mais próximos a elas.

Fonte: Os mapas foram obtidos do artigo (pdf):
http://www.cosern.com.br/ARQUIVOS_EXTERNOS/PDF/mapa_eolico.pdf
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4 comentários:

  1. Olá, Jairo!!!!

    Obrigado, meu amigo!!!! O post ficou ótimo em todos os sentidos!!!!

    Como eu sou metido a "inventor", tenho desde a muito tempo, uma fixação de criar projetos de "engenhocas" que permitam a obtenção de eletricidade e, entre os mais comuns geradores dela,na minha opinião, são os aerogeradores, a turbina eólica e... por sinal, nesse link http://matemagicasenumeros.blogspot.com.br/p/penso-logo-invento.html
    para o meu blog em um post com o título: "como economizar energia elétrica, produzindo-a em casa"... eu dou a descrição simples de uma turbina eólica horizontal, que eu ainda pretendo construir e instalar aqui na minha residência. Apesar daqueles problemas que as turbinas provocam e que você localizou ali, devemos acrescentar mais um, ou seja: matança de aves em voo quando são golpeadas pelas hélices, o que é lamentável, porém, a não ser, uma calmaria de vez em quando, é a modalidade de obtenção de energia elétrica que faça chuva ou faça Sol, estará constantemente sendo produzida, certo???? Daí, esse meu interesse pelas turbinas eólicas!!!!

    Mas onde eu vou usar isso? KKKKKK!!!!!! Ahhhh, fui desse tipo de aluno "chato"!!!! Quando me passavam algum conteúdo, principalmente, os de matemática, os professores já sabiam... "Valdir não perdoa... mata"!!!! Sempre fazia essa clássica pergunta!!!!

    Então, quero parabenizá-lo pela excelente postagem, cheias de ilustrações porretas, fórmulas interessantes e informações surpreendentes!!!! Obrigado pela gentileza em atender ao meu pedido e, espero que você fique cada vez mais animado com esse seu projeto e... para nossa busca pelos conhecimentos, para nossa sorte, tenhamos sempre companhia, a sua ajuda, nobre professor, meu amigo e parceiro... Jairo Grossi!!!!

    Um agrande abraço!!!!

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    1. Valdir:
      Parece que o grande desafio dos inventores é colocar em prática aquilo que imaginaram na teoria.
      Nikola Tesla tinha uma vantagem: uma espécie de cinestesia, que permitia a ele "ver" antecipadamente um invento funcionando, mesmo antes de construí-lo. Dizia ele que desta forma ele "consertava" o que não estivesse funcionando de acordo com o que ele queria.

      Já, Thomas Edison, que ganhou os louros como inventor da lâmpada incandescente, disse a sua famosa frase:

      "Uma invenção é composta de 10% de imaginação, e 90% de transpiração".

      Eu fico imaginando o tempo e paciência que ele gastou até chegar no modelo que queria. Um cunhado meu me disse ter lido que Edison chegou a testar até crina de cavalo, como filamento.

      Portanto, meu caro, só está faltando nas suas invenções os outros 90%.

      No caso do seu aerogerador, que eu vi no seu blog, acho que devia arregaçar as mangas e botá-lo pra funcionar. E aí ir (transpirando) fazendo os ajustes.

      Acho que todas as ações feitas no sentido de economizar energia elétrica e encontrar outras maneiras de obtê-la devem ser incentivadas.

      Não sabia que você era daqueles alunos que viviam fazendo a velha pergunta que não quer calar: "Onde eu vou usar isso?"
      Pô, Valdir...eu responderia: Um dia você descobrirá.

      Bom que gostou do post.

      Abraço.

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  2. Sobre seu comentário, hoje a mais moderna turbina eólica produz 112db de ruído.
    Tratamento acústico vendido pelo fabricante reduz em 7db, portanto, não há qualquer possibilidade de instalação em áreas povoadas!

    Também é importante que NÃO se divulgue os números absolutos do atlas eólico por induzir seus leitores a erro uma vez que a maior parte do citado potencial não é recuperável.

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    Respostas
    1. Olá Athos. Tudo bem?
      Eu coloquei no final do post algumas considerações sobre os problemas gerados pelo ruído destas usinas.
      Eu penso que 7dB a uma devida distância de áreas povoadas não representa um problema incontornável.
      No Rio Grande do Norte o potencial eólico é o maior do país. Não entendi por que não devo divulgar estes dados. Você poderia, por gentileza, explicar o que seria este potencial não recuperável que você citou? Confesso que não entendi.

      Obrigado pela participação, e fico aguardando mais dados para que eu e nossos leitores possamos entender melhor.
      Abraço.

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