Uma exploração muito antiga da energia eólica (transformada em energia cinética) consiste na propulsão das velas das embarcações, em substituição (ou em complemento) daquela mecânica desenvolvida pelos remos. Os conhecidos moinhos de vento holandeses, usados no transporte da água para irrigação ou para bombeá-la fora dos pôlderes (uma porção de terrenos baixos e planos construídos de forma artificial), são exemplos de como o vento, desde sempre, é uma válida fonte energética, ecológica e renovável, disponível em abundância em muitas áreas do mundo. Já faz algum tempo que a energia do vento é transformada principalmente em energia elétrica. O maior problema é a descontinuidade temporal de sua disponibilidade, que provoca notáveis flutuações da produção. Além disso, em alguns casos, destacam- se outras dificuldades, como a barulheira do funcionamento e a periculosidade dos geradores eólicos para os voláteis.
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Do ponto de vista da paisagem, possuem um impacto muito menor do que qualquer central termoelétrica e das relativas infraestruturas. O barulho produzido também é inferior se comparado ao tráfego veicular urbano ou em importantes redes rodoviárias. Em comparação a um sistema fotovoltaico, na presença de correntes de ar razoavelmente constantes, uma turbina eólica produz energia contínua, mesmo na obscuridade, a tal ponto que, geralmente, a produtividade média no tempo é superior aos painéis solares. Apesar da crise econômica, a difusão das instalações eólicas está crescendo em todo o mundo. O ano de 2008 foi recorde para a energia eólica: foram instalados novos sistemas de mais de 27.000 MW, chegando a um total de 120 GW, mais de 1,5 % da necessidade global de energia. Ao lado das grandes instalações de 1,5-3 MW, estão se difundindo outras de pequeno e médio portes, para integrar o consumo elétrico de realidades econômicas circunscritas, também de tipo agrícola.
Trata-se de geradores de eixo horizontal, com rotor de 3-20 m e altura do cubo do eixo de 10 a 20 m, cuja potência nominal varia entre 20 e 200 kW. Além disso, fala-se de “microeólico” para instalações tipicamente de uso doméstico, com potências nominais inferiores aos 20 kW, às vezes, também de poucas centenas de Watts.
Experiência na Europa. No norte da província de Verona, na parte superior de uma colina do planalto da Lessinia, ruínas de um quartel militar foram transformadas em chalé alpino. Há quatro anos, os atuais proprietários reconstruíram o estabelecimento, que agora conta com sala de jantar para 40 lugares, uma estalagem para 60 pessoas e 14 acomodações no andar superior. A recuperação foi realizada com conceitos de bioarquitetura: para o isolamento do frio foram usados materiais naturais caniço; o aquecimento é elétrico a pavimento, sem tubulações. Já o fornecimento de água é mais difícil: não havendo fontes nos arredores, a estrutura conta apenas com o acúmulo da água da chuva em poços específicos. Os administradores do local experimentam o descongelamento da neve nas calhas, por meio de resistências elétricas. Para todas essas aplicações, a eletricidade é indispensável: não existindo nenhuma rede de alimentação elétrica disponível na vizinhança, a necessidade energética, forçadamente, precisa ser satisfeita no local. Por isso, a It-energy desenvolveu um sistema híbrido, combinando 7 painéis fotovoltaicos de 230 W cada um a uma máquina eólica de 3 kW e a um grupo gerador a diesel de 20 kW. Tudo é controlado de modo completamente automático, em função das necessidades. Dentro do chalé, um display visualiza a situação e providencia a seleção das diversas funções.
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O gerador eólico. É o modelo Mistral, de 3 kW nominais, composto por um rotor, uma barquinha e a relativa torre de suporte. O rotor baseia-se em uma turbina de eixo horizontal classe II (veja box), com rotação horária e orientação barlavento de tipo passivo, isto é, com a corrente de ar que chega da parte dianteira das hélices. Para direcionar o rotor de modo que ele “prenda” o vento da forma mais eficiente, nas grandes instalações, geralmente é usado um servomecanismo que move as hélices após sinais de sensores específicos, para mantê-las dentro de um oportuno “ângulo de ataque” em relação ao vento. Ao contrário de todos os pequenos geradores eólicos, orienta-se continuamente na direção do vento, graças ao efeito de um timão colocado atrás das hélices de resina epóxi reforçada com fibra de vidro e de 2 m de comprimento cada uma. Cada hélice pode variar o ângulo em relação ao plano de rotação do rotor para regular a incidência do vento, obtendo, assim, um controle ativo da potência fornecida pela máquina. Tudo acontece graças às bielas parecidas com os rotores dos helicópteros: um atuador hidráulico colocado no rotor é movido na direção axial, enquanto impulsos enviados à biela convertem esse movimento na rotação de todas as hélices nos seus eixos longitudinais. Uma variante ainda mais eficiente é a instalação de servomotores diretamente nas hélices, para poder dispor de regulagens independentes, úteis para balancear em cada rotação ao diferente impulso do vento na hélice que se encontra mais próxima ao solo. No caso do Mistral 3000 instalado no chalé Castelberto, a regulagem ocorre mediante balancim mecânico acionado pela força centrífuga, que é produzida pela rotação do rotor. O diâmetro do rotor é de 4 m e, consequentemente, a área “varrida” é de aproximadamente 12,5 m2. A velocidade mínima a partir da qual o sistema é capaz de produzir energia elétrica (velocidade de corte, ou de cut-in) é de 2,5 m/s; quanto mais baixo for esse valor, melhor é, já que isso significa que a instalação também funciona com ventos leves. A velocidade nominal, ou seja, o valor ao qual a turbina fornece a potência de carga, é de 10,5 m/s. Destaca-se, finalmente, a chamada “velocidade de sobrevivência” (neste caso, de 60 m/s), isto é, o máximo dentro do qual a turbina eólica opera em segurança. Na verdade, bem antes de atingir aquele valor, o freio eletrodinâmico intervém, impedindo a turbina de atingir regimes de rotação excessivos. Com uma velocidade do vento de 8 m/s, o nível de ruído é de apenas 40 dB.
A barquinha. O gerador está colocado em um contêiner chamado de “barquinha”, posicionado no topo da torre de suporte e possui uma massa de 220 kg, podendo girar a 180° no próprio eixo. A turbina aciona, de mo- No alto: esquema do sistema autônomo de produção de energia elétrica instalado no chalé; Abaixo: curva de distribuição da potência do gerador eólico Mistral 3000, em função da velocidade média do vento do coaxial e direto, um gerador síncrono a magnetos permanentes e de fluxo axial que, simplificando, pode ser assimilado a uma dínamo, que gera corrente variável em tensão e em frequência em um amplo intervalo do seu regime de rotação. Trata-se de um gerador utilizado comumente nas obras de força hidráulica, dado que já produz corrente de regime baixo e não precisa de ajuda na partida para vencer a inércia do início. A corrente contínua, produzida a uma tensão nominal de 250 V, é convertida em alternada a 230 V e 50 Hz, por meio de um inversor IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor); é um modelo bastante sofisticado, baseado na modulação da largura de impulso (PWM) de tipo digital. O suporte mecânico da turbina eólica, neste caso, de tipo tubular e com 12 m de altura, desempenha a importante função de absorver as cargas axiais e as vibrações vindas da barquinha, amortecendo-as convenientemente em relação ao embasamento e às fundações.
Vantagens. A instalação da turbina eólica no chalé Castelberto apresentou vantagens nada indiferentes: ao contrário dos painéis fotovoltaicos, que evidenciam uma decadência progressiva, com consequente diminuição da energia produzida em tempos relativamente curtos, a eficiência desses sistemas permanece constante por toda a sua vida útil, que pode ser estimada em 30 anos). A instalação é simples e, do ponto de vista burocrático, foi suficiente uma simples DIA (Declaração de Início de Atividade). O gerador eólico é feito com materiais recicláveis: portanto, diferentemente dos painéis fotovoltaicos, não comporta problemas de descarte. A instalação é feita diretamente pela equipe It-energy, enquanto a empresa It-automation se ocupou em disponibilizar o hardware e o software.
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