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O que é a Energia Eólica?

Ou de onde vem o vento?

A energia eólica é energia solar convertida. O sol irradia energia em direcção à terra a um rácio de 174.423.000.000.000 kW/hora. A terra é aquecida pelo sol de forma irregular – a atmosfera aquece muito mais rapidamente nas regiões equatoriais do que no resto do globo e o solo aquece (e arrefece) mais rapidamente do que os oceanos. O aquecimento diferenciado dá origem a um sistema de convecção atmosférica global: O ar quente é mais leve do que o ar frio e ascende a altitudes de aproximadamente 10 km (6 milhas); seguidamente, move-se em direcção ao norte e ao sul (da região equatorial), enquanto o ar frio se move abaixo do ar quente mais leve. Devido à rotação da terra, as correntes atmosféricas não se movem directamente em direcção ao norte e ao sul, ao invés, circulam nos hemisférios norte e sul, movendo-se em espiral com uma direcção de rotação no sentido horário (ar quente) e no sentido anti-horário (ar frio). As superfícies terrestres interferem com esta corrente de ar, originando diferentes pressões atmosféricas. O vento é o movimento do ar entre os sistemas de pressão à medida que tentam equilibrar-se.

Estima-se que 1-2% da energia solar na terra seja convertida naturalmente em energia eólica. Uma investigação efectuada na Universidade de Harvard concluiu que uma rede global de estações de energia eólica produziria energia suficiente para a totalidade da população mundial.

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História da Energia Eólica

Dominar o vento é um dos métodos mais antigos de produção de energia. A humanidade utiliza, desde a antiguidade, os moinhos de vento para moer os cereais e para bombear água. Com o surgimento da electricidade no final do século XIX, os primeiros protótipos de turbinas eólicas modernas foram concebidos, utilizando tecnologia baseada no tradicional moinho de vento. Desde então, decorreu um processo moroso até que a energia eólica fosse aceite como um método de produção de energia economicamente viável.

A crise petrolífera dos anos 70 e, sobretudo, o movimento anti-energia nuclear nos anos 80 aumentaram o interesse pelas energias alternativas e intensificaram a investigação no sentido de encontrar novas formas ecológica e economicamente viáveis de produção de energia. As turbinas eólicas construídas nessa época eram utilizadas essencialmente para investigação e eram extremamente dispendiosas. Com a ajuda de programas de gestão e investigação internacional financiados pelo governo, bem como da criação de institutos de investigação, nos anos 80, continuaram a ser investigados, desenvolvidos e implementados novos métodos de produção de energias renováveis.

Institutos de investigação, como o Instituto de Energia Eólica Alemão (DEWI) e o Instituto de Investigação Dinamarquês Risø, bem como vários programas de investigação e cooperação internacionais no sector da energia eólica, contribuíram para os avanços industriais e tecnológicos dos pioneiros da energia eólica. Devido à estreita co-operação entre os institutos de investigação e os pioneiros da energia eólica, foram desenvolvidos e implementados padrões internacionais, uma regulamentação precisa e um design cada vez mais eficientes, tendo resultado em parques eólicos modernos e economicamente viáveis.

Com o desenvolvimento da estação de energia eólica de 55 kW, em 1981, os custos outrora elevados da energia eólica foram drasticamente reduzidos. A energia eólica é, actualmente, uma das fontes energéticas menos dispendiosas, se forem tidos em conta todos os custos externos (por exemplo, os danos ambientais).

As estações modernas de energia eólica produzem uma parte cada vez maior da energia global. A Alemanha é um dos mais importantes mercados de energia eólica, com a segunda maior quantidade de capacidade de energia eólica (23.903 MW em 2008), sendo que os EUA ocupam o primeiro lugar. Juntamente com a Alemanha e os EUA, a Espanha, a França, a Dinamarca, a China e a Índia são os maiores utilizadores de energia eólica para produção de electricidade.

A indústria da energia eólica, com o crescente volume de exportações, tornou-se um importante mercado global e um factor económico.

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Futuro da Energia Eólica

Peritos internacionais em clima e ambiente concordam que a atmosfera do nosso planeta está a aquecer e que os recursos naturais estão a escassear. Para além disso, todas as centrais eléctricas construídas nos anos 60 ou 70 terão de ser substituídas em breve. As exigências políticas e económicas mudaram radicalmente desde a época em que essas centrais foram construídas; os problemas ambientais globais não podem continuar a ser ignorados. Os tratados ambientais internacionais, como o Protocolo de Quioto, determinam responsabilidades, legalmente vinculativas, para a redução da concentração de gases com efeito de estufa na atmosfera e os países industrializados acordaram reduzir as emissões colectivas de GEE (gás com efeito de estufa). A adopção internacional generalizada de energias renováveis, independentemente das regulamentações nacionais ou das condições climáticas, é cada vez mais exequível. O futuro da indústria da energia eólica é promissor.

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Cronologia dos Pioneiros da Energia Eólica:

Charles F. Brush (1849-1929), um dos fundadores da indústria eléctrica norte-americana. No Inverno de 1887-88, Brush construiu uma máquina, agora considerada a primeira turbina eólica automatizada para produção de electricidade. Tendo em conta as condições da época, as dimensões eram enormes: Diâmetro do rotor: 17 m (50 pés), 144 pás de rotor em madeira de cedro. A turbina funcionou durante 20 anos e alimentava as baterias na cave da casa de Brush. Apesar das dimensões, a turbina gerava somente 12 kW de electricidade.

Poul la Cour (1846-1908), meteorologista dinamarquês. É considerado o pai da indústria eólica moderna. A sua primeira turbina eólica comercializável foi instalada após a Primeira Guerra Mundial, durante um período de escassez generalizada de combustível. Fundou o primeiro centro de investigação de energia eólica em Jütland, onde ministrou os primeiros cursos a engenheiros eólicos. Juntamente com as suas primeiras experiências na técnica dos túneis de vento publicou a primeira revista mundial sobre energia eólica.

Albert Betz (1885-1968), físico alemão. Como director do Instituto de Aerodinâmica em Göttingen, formulou a lei Betz, demonstrando que o máximo físico da utilização da energia cinética do vento reside nos 59,3%. A sua teoria sobre o design das pás continua ainda hoje a ser a base da construção dos equipamentos.

Palmer Cosslett Putnam (1910-1986), engenheiro norte-americano, desenvolveu a turbina eólica 1,25 MW Smith Putnam, em 1941, que funcionou com interregnos até 1945 e foi encerrada devido a danos nos materiais de construção. Putnam desenvolveu a turbina eólica de 1.25 MW Smith Putnam, em 1941. Esta turbina teve um reduzido período de vida útil e foi encerrada devido a problemas causados por materiais de construção inapropriados. Os materiais modernos e os padrões de qualidade utilizados actualmente ainda não haviam sido desenvolvidos. Os materiais e a qualidade necessários para estas dimensões ainda não existiam.

Ulrich W Hüttner (1910-1990), engenheiro alemão. A sua turbina 100 kW StGW-34, instalada em 1957 num campo experimental nos Alpes Suábios, é considerada um dos marcos da tecnologia de energia eólica moderna.

Johannes Juul (1887-1969), engenheiro dinamarquês. Aluno de Poul la Cour. Construiu a primeira turbina eólica do mundo (200kW) para produção de corrente alternada na Dinamarca em Vester Egesborg, em 1957. Esta turbina é o protótipo das turbinas eólicas modernas.

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Como calcular a Energia Eólica?

O vento é constituído por moléculas de ar em movimento que têm massa – embora não muita. Qualquer objecto em movimento com massa transporta Energia Cinética numa quantidade que se traduz pela equação:

Energia Cinética = 0,5 x Massa x Velocidade2

Onde a Massa é medida em kg, a Velocidade em m/s e a Energia Cinética é dada em joules.

O ar tem uma densidade conhecida (cerca de 1,23 kg/m3 ao nível do mar), assim, a massa de ar que atinge a turbina eólica (que varre uma área conhecida) a cada segundo é calculada através da seguinte equação:

Massa/seg (kg/s) = Velocidade (m/s) x Área (m2) x Densidade (kg/m3)

Assim, a força (ou seja, a energia por segundo) do vento que atinge a turbina eólica com uma determinada área varrida é calculada através da simples inserção do cálculo Massa/seg, na equação padrão de energia cinética facultada acima, resultando na seguinte equação essencial:

Força = 0.5 x Área Varrida x Densidade do Ar x Velocidade3

Onde a Força é medida em watts (ou seja, joules/segundo), a Área Varrida em metros quadrados, a Densidade do Ar em quilogramas por metro cúbico e a Velocidade em metros por segundo.

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Como Calcular a Densidade do Ar?

A avaliação da densidade do ar é essencial para as medições de vento, pois a densidade do ar varia bastante em diferentes níveis e graus. A diferença de pressão atmosférica entre - 10 graus Celsius e + 30 graus Celsius é de 0,177 kg/m3.

A densidade do ar ρ é:

em kg/m3; Pressão atmosférica = p, Constante dos gases perfeitos R, Temperatura em Kelvin = T

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Unidade de Medida da Energia Eólica

A energia eólica é medida em kilowatt/hora (kWh) ou megawatt/hora (MWh), mais o período de tempo, por exemplo por ano ou por hora.

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