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Utilizando implementação computacional para fazer a simulação de um Aerogerador

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Utilizando implementação computacional para fazer a simulação de um Aerogerador
02/fev/2021

Professor Me. Guilherme Americo Rosa


          Com a utilização cada vez maior de fontes de energia renováveis na matriz energética brasileira, a geração por energia eólica já é a segunda maior fonte brasileira, sendo responsável por cerca de 10% de todo abastecimento nacional (ESTADO DE MINAS, 2021).

          A energia eólica é caracterizada pela transformação da energia cinética do vento em energia mecânica, que por sua vez é convertida em eletricidade através de geradores. A utilização do vento como uma fonte energética é utilizada desde da antiguidade em sistemas de bombeamento de água, moagem de grãos e movimentação de barcos.
   
         Segundo dados da Associação Brasileira de Energia Eólica (ABEEólica, 2020) atualmente o Brasil conta com 660 parques eólicos espalhados em 12 estados, gerando cerca de 55,9 TWh (terawatts-hora) de energia o que representa um abastecimento de 28,8 milhões de residência. O estado do Rio Grande do Norte é o maior produtor de energia eólica do país com 170 parques instalados, tendo uma capacidade instalada de 4.77711 MW (megawatt). O estado do Paraná é o que tem a menor produção, cerca de 2,5 MW de potência instalada (capacidade de geração) com apenas um parque eólico instalado no município de Palmas, região Sudeste do Paraná.

         Com esse crescimento, o investimento para melhorar a eficiência energética também vem aumentando, o Indicador de Eficiência Energética (Energy Efficiency Indicator, em inglês – EEI) de 2018, aponta que 59% das organizações em nível mundial planejam aumentar seus investimentos nessa área (ECOA, 2019).

         Atrelado a esse investimento estão as pesquisas, que visam a melhoria dos projetos. Desta forma, antes de montar a estrutura é importante realizar a simulações computacional do processo. Para isso, é necessário ter um o modelo que represente o aerogerador, e nesse ponto, encontra-se a modelagem matemática, formado por um conjunto de equações diferenciais que representam essa dinâmica.
       
         Na FEITEP a modelagem matemática é abordada nos cursos de Engenharia: elétrica, computação, controle e automação e mecânica. Atrelado a esse assunto, algumas pesquisas já foram realizadas. Como exemplo, podemos citar a simulação computacional do aerogerador, por meio de equações que descrevem o comportamento mecânico do sistema.A Figura 1 mostra o modelo utilizado para a simulação do sistema.

Figura 1 – Estrutura mecânica aerogerador.


Fonte: Adaptado de KLUEVER (2015).

         A equação a seguir descreve a estrutura da Figura 1 em função da velocidade angular da turbina (DA SILVA, 2020),

                                

Onde W1 velocidade angular, Teq torque do sistema, Jeq momento de inércia e beq atrito viscoso. Com base na equação anterior, foi montado um modelo para simulação como pode ser observado na Figura 2 (DA SILVA, 2020).

Figura 2 – Modelo para simulação.

Fonte: DA SILVA, 2020.

Referências:
O ESTADO DE MINAS. ThyssenKrupp amplia foco em energia eólica. Disponível em: https://www.em.com.br/app/noticia/economia/2021/01/21/internas_economia,1231054/t hyssenkrupp-amplia-foco-em-energia-eolica.shtml

ABEEÓLICA. InfoVento 18 – Versão Português. Disponível em: abeeolica.org.br/wp-content/uploads/2020/10/Infovento-18.pdf

ECOA. Investimento em eficiência energética será maior em 2019, aponta pesquisa. Disponível em: https://ecoa.org.br/investimento-em-eficiencia-energeticasera-maior-em-2019-aponta-pesquisa/

DA SILVA, IGOR M. Simulação de um aerogerador. 2020. 54 f. Trabalho acadêmico (Trabalho de conclusão de curso em Engengaria Eletrica) – Faculdade de Engenharia e Inovação Técnico Profissional, FEITEP, 2020.

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