1) Descreva o princípio de funcionamento de um aerogerador de eixo horizontal. Em seguida, cite e explique a função de cada um dos principais componentes que compõem o conjunto aerogerador.

QUESTÃO 1

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M.A.P.A. GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
Usinas Geradoras.

Como futuros engenheiros eletricistas, é essencial compreenderem os desafios enfrentados na geração de energia elétrica. O conhecimento profundo desses problemas não só ajudará na resolução de questões técnicas, mas também permitirá fornecer soluções eficazes para os clientes.

Problemas Enfrentados na Geração de Energia Eólica:

Intermitência e Flutuações da Fonte: a maior desvantagem da energia eólica é a sua intermitência. As turbinas só geram eletricidade quando há vento. Isso significa que a produção de energia pode ser imprevisível e flutuar ao longo do dia, da semana e das estações do ano. Essa irregularidade dificulta planejar a oferta de energia e pode exigir o uso de fontes complementares, como usinas termelétricas, para garantir um fornecimento estável.
Questões de Localização e Espaço: parques eólicos precisam de grandes áreas de terra, especialmente em locais com ventos fortes e constantes. Isso pode levar a conflitos pelo uso da terra em áreas rurais, disputas com comunidades locais e possíveis impactos na vida selvagem e nos ecossistemas. Além disso, a topografia do local pode dificultar a instalação das turbinas e a construção de infraestrutura de transmissão.
 Impacto Visual e Sonoro: para algumas pessoas, as turbinas eólicas podem ser vistas como uma poluição visual que altera a paisagem natural. Além disso, elas geram um som de “zumbido” ou “batida” que, embora geralmente baixo, pode ser um incômodo para moradores de áreas próximas. A distância mínima das casas é uma preocupação constante no planejamento de novos parques eólicos.
Impacto na Fauna: as turbinas eólicas podem representar um risco para a vida selvagem, especialmente para pássaros e morcegos. Esses animais podem colidir com as pás em movimento, levando a preocupações ambientais e à necessidade de estudos de impacto rigorosos antes da instalação. Novas tecnologias e locais de instalação mais inteligentes estão sendo desenvolvidos para minimizar esse problema.
Custos e Armazenamento: embora os custos de produção de energia eólica tenham diminuído consideravelmente, a instalação inicial de um parque eólico ainda exige um grande investimento financeiro. Além disso, para lidar com a intermitência, é necessário investir em sistemas de armazenamento de energia, como baterias de grande escala, que ainda são caros e representam um desafio técnico e econômico significativo.
Infraestrutura de Transmissão: muitos locais com grande potencial eólico estão longe dos centros urbanos, onde a energia é mais necessária. A construção de novas linhas de transmissão para levar a eletricidade de volta para as cidades pode ser cara, demorada e enfrentar resistência por parte de proprietários de terras. A falta de capacidade da rede elétrica existente pode limitar a expansão da energia eólica.

Os exercícios a seguir são projetados para refletir situações reais que um engenheiro de uma empresa de consultoria pode enfrentar no seu dia a dia. Eles envolvem a análise de matrizes elétricas e a aplicação de conceitos para resolver problemas práticos de geração de energia.

Fonte: https://www.portalsolar.com.br/energia-eolica. Acesso em: 02 set. 2025.

Para realização da nossa atividade, será necessário realizar o experimento “AEROGERADORES PARA GERAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA”, então é importante seguir todo o roteiro e realizar todas as atividades, (1, 2 e 3), assim, depois de ler a nossa atividade MAPA (importante, pois será solicitado algumas fotos do processo), leia o roteiro do experimento com muita atenção, realize o experimento primeiro e depois volte para continuar a nossa atividade.

Imagine que um cliente chega com um aerogerador e queira fazer alguns testes, o aerogerador em questão é o utilizado no experimento “AEROGERADORES PARA GERAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA”, então seu primeiro passo é realizar todo experimento.

1) Descreva o princípio de funcionamento de um aerogerador de eixo horizontal. Em seguida, cite e explique a função de cada um dos principais componentes que compõem o conjunto aerogerador.

No primeiro momento, será observado o comportamento do aerogerador em vazio, levantando uma curva de tal situação. Siga os passos 1 ao 14 da situação 1 da atividade 3 do experimento:

2) Tire fotos do processo do passo 12 quando a tensão fornecida do gerador é de 4,1, 8,9 e 12 V (Mostrando os valores nos instrumentos).

3) Complete a tabela com os valores de frequência e rotação com os valores experimentais encontrados:

 
4) Utilizando os dados da tabela realizem um gráfico de Rotação versus Tensão fornecida pelo gerador, pode-se utilizar software para gráficos.

Agora, iremos observar o aerogerador quando ele está conectado às cargas de teste, sigam os passos 1 ao 12 da situação 2 da atividade 3.

5) Tire fotos do processo do passo 8 quando a tensão fornecida do gerador é de 4,9, 7,5 e 12 V (Mostrando os valores nos instrumentos).

6) Varie a frequência da tensão fornecida ao motor, para cada nível de tensão fornecida na tabela encontre o valor da frequência, rotação do gerador, corrente de linha e potência trifásica, complete a tabela com os valores encontrados:

 
7) Monte um gráfico que relaciona a rotação do gerado à potência trifásica, pode-se utilizar software para gráficos.

8) Sabendo que a velocidade do vento é dada pela equação:

Onde, ρ é a massa específica do ar, A é a área de varredura das pás do rotor e P é a potência do potencial eólico, (por facilidade iremos assumir um sistema sem perdas, então seria igual à potência trifásica).
a) Sabendo disto e considerando, A=π[0,575]² m² e ρ = 1,184 kg/m³, determine a velocidade do vento para cada valor de potência e preencha a tabela:

 
b) Agora considerando, A=π[1,15]² m² e ρ = 1,184 kg/m³ complete a tabela:

 
9) Agora, faça em um mesmo gráfico, um gráfico de Velocidade do vento por Potência Trifásica para as duas condições vistas em 7a) e 7b). E responda qual efeito teve ao dobrar o raio da Pá.
 
10) Pensando em uma situação real, encontre qual vai ser o custo unitário de geração para a usina eólica com as 20 turbinas (em R$/kW.ano), considerando o caso de uma area A=π[20]² m² e ρ = 1,184 kg/m³) e a velocidade do vento média de 8,6 m/s, considere o investimento total com a instalação das 20 turbinas de 10 milhões de reais e considere a potência instalada soma das potências encontradas em uma das turbinas (considere também um rendimento do conjunto em 30%), considere também as seguintes informações.
– Fator de capacidade: 0,50
– Taxa de atualização: 12%
– Vida útil: 20 anos
– Custo de O&M: 90 R$/kW.ano