311 – Turbinas eólicas modulares de eixo vertical com gerador elétrico síncrono

O Brasil se encontra no oitavo lugar no cenário mundial de geração de energia eólica com 15,4 GW de potência instalada. No último ano, a energia gerada por essa fonte foi capaz de fornecer energia elétrica para mais de 57 milhões de pessoas. Ressalte-se que o fator de capacidade dos parques eólicos brasileiros chega quase ao dobro da média mundial. A abundância de áreas para implantação de parques eólicos, a possibilidade de trabalhar com energia limpa e renovável motivaram o desenvolvimento deste estudo. O objetivo deste trabalho é apresentar o projeto básico de um sistema eólico modular de eixo vertical, onde existe uma sobreposição de conjuntos de turbina eólica mais gerador elétrico em cada um dos andares resultando numa estrutura com 10 pavimentos. Toda esta estrutura será montada sobre uma base cilíndrica que funciona como um grande reservatório de ar comprido. Estes conjuntos trabalham individualmente, podendo ter paradas para manutenção ou outras que forem necessárias sem interromper o funcionamento dos demais. Para às turbinas eólicas foi desenvolvida uma forma híbrida, na qual se observa uma mistura da turbina Savonius, que foi acrescida de uma aba, mais uma série de painéis pivotantes para melhorar o seu desempenho e uma meia turbina Darrieus nas extremidades de cada uma das abas. A turbina eólica será conectada ao rotor do gerador elétrico através de uma caixa multiplicadora de velocidades, mas com a variabilidade dos ventos se faz necessário manter a velocidade constante no rotor do gerador elétrico, portanto um jato de ar será liberado diretamente num conjunto de turbinas Pelton instaladas radialmente no rotor do gerador elétrico, com a função de manter a velocidade constante. Um conjunto de cilindros pneumáticos dispostos horizontalmente dois a dois e perpendicularmente entre si, instalados internamente à uma placa com um recorte elipsoidal, comandam os êmbolos destes cilindros fazendo com que se mantenha o volume de ar comprimido no interior de reservatório. Todo esse processo é comandado por um gerenciador de massa, ou sejam dois pesos que conectados à turbina eólica por meio de um conjunto de polias giram sob a força centrífuga, limitadas por dois discos um inferior que é pressionado para baixo quando a velocidade do vento diminui e aciona o jato de ar nas turbinas Pelton e outro superior que é pressionado para cima quando a velocidade do vento é maior que a média definida no projeto e liga o sistema de cilindros pneumáticos. Desde a base do reservatório até a cobertura do último pavimento a torre mede 140 metros de altura com um diâmetro esterno das turbinas eólicas de 45,40 metros. A potência estimada a ser entregue por torre eólica é de 500 KW e para validação do cálculo foi feita uma modelagem do gerador elétrico no software FEMM – Finite Element Method Magnetics, obtendo-se valores muito próximos aos calculados analiticamente. Para a análise econômico-financeira, criou-se uma vila hipotética, calculou-se a potência anual e estimou-se a receita mensal com a venda da energia, calculou-se o custo do empreendimento, criou-se uma empresa para administrar o processo, montou-se uma cooperativa e o valor arrecadado foi investido nas obras, assim contratou-se um financiamento Price para 15 anos e montou-se um fluxo de caixa do para um horizonte de para 20 anos.