Esta matéria se dedica aos diversos tipos de produção de energia, com o objetivo de mostrar que é importante investir em pesquisas para se conseguir energia cada vez mais barata, eficiente e com menos impacto ao meio ambiente. Este artigo se dedica ao estudo da Energia Eólica como fonte alternativa de energia barata e ecologicamente viável.

Histórico

Uma abordagem geral sobre energia eólica e suas características no Brasil e no mundo: uma das primeiras formas de energia conhecida, o vento já era empregado para mover barcos à vela de pano em 3.50 a.C. Em terra os primeiros moinhos de vento talvez tenham aparecidos na Pérsia por volta de 700 d.C. As pás giravam horizontalmente e eram conectadas diretamente a pedras de moenda que trituravam grãos. A força do vento também era usada para irrigar terras áridas e drenar alagados, e ainda como fonte alternativa de energia para gerar eletricidade.

O homem vive num oceano de energia. Ao redor dele a natureza trabalha constantemente, expandindo energia em tão inesgotáveis quantidades que dela o homem pode aproveitar apenas uma fração. As quedas de água poderiam proporcionar força hidroelétrica suficiente para suprir 80% da energia total consumida pelo homem, embora ele use apenas 1 ou 2% dela. Se os ventos fossem dominados, eles poderiam produzir duas vezes mais eletricidade do que a força da água o faz agora.

A atmosfera da Terra age como uma gigantesca máquina térmica.

O uso da energia eólica no mundo

A energia eólica diferente do Brasil já era utilizada a um bom tempo. Tendo em vista suas potencialidades, diversas pesquisas e técnicas vinham sendo utilizadas a tempo, tornando-a, assim, uma alternativa energética.

O país que lidera na produção de energia eólica no mundo é a Alemanha que possui uma produção de cerca de 8000 megawatts (quase um terço do total mundial), e sua implementação é composta de bastante tecnologia.

Em segundo lugar vêm os Estados Unidos com 4150 megawatts, que lançaram a indústria moderna de energia eólica na Califórnia, durante a década de 80.

Na década de 90, especialmente na sua segunda metade, a capacidade de geração de energia eólica teve um aumento espantoso de uso, sendo que neste mesmo período o uso do carvão como alternativa principal para a geração de eletricidade teve queda.

Em terceiro lugar vem a Espanha com 3300 megawatts, seguida da Dinamarca com 2500 megawatts, a França por exemplo que durante anos ignorou a energia eólica , anunciou em dezembro de 2000 que iria desenvolver 5000 megawatts de capacidade de geração eólica durante esta década, algumas semanas depois, a Argentina anunciou seus planos de desenvolver 3000 megawatts de geração eólica na Patagônia, em abril de 2001, o Reino Unido vendeu direitos de arrendamento marinho para aproximadamente 1500 megawatts de capacidade de geração eólica a vários licitantes diferentes, inclusive Shell Oil, e em maio, um relatório de Beijing informava que a China planejava desenvolver até 2500 megawatts de geração eólica até 2005.

Nos Estados Unidos a capacidade de geração eólica está aumentando aceleradamente, o Projeto Eólico Stateline de 300 megawatts, em construção na divisa entre os estados de Oregon e Washington, será a maior fazenda eólica do mundo. O Texas adicionou cerca de 900 megawatts a vários projetos, durante 2001. Em Dakota do Sul, Jim Dehlsen, pioneiro no desenvolvimento da energia eólica na Califórnia adquiriu direitos eólicos em 222 000 acres de pastos de terras agrícolas no centro leste do estado.

Ele pretende desenvolver uma gigantesca fazenda eólica de 3000 megawatts e transmitir a energia através de Iowa, abastecendo Illinois e outros estados do centro-oeste industrial.

Na Europa, projetos marinhos já estão surgindo no litoral da Bélgica, Dinamarca, França, Alemanha, Irlanda, Holanda, Escócia, Suécia e Reino Unido.

Um levantamento entre aproximadamente 70 empreendedores eólicos na Alemanha revela que pretendem instalar 2500 megawatts de capacidade em 2002 e um volume semelhante em 2003.

Projetar o crescimento futuro num setor tão dinamico é complicado, mas logo que um país desenvolve 100 megawatts de capacidade de geração eólica, ele tende a desenvolver rapidamente seus recursos eólicos. Os Estados Unidos transpuseram este limiar em 1983. Na Dinamarca, isto ocorreu em 1987. Na Alemanha, em 1919, seguido da India em 1994 e Espanha em 1995.

No final de 1999, Canadá, China, Itália, Holanda, Suécia e o Reino Unido haviam transposto este limiar. Durante 2000, a Grécia, Irlanda e Portugal se incluíram na lista. E em 2001, foi a vez da França e do Japão.

A energia eólica no Brasil

A Ilha de Fernando de Noronha é um dos locais onde não só os aspectos econômicos (alto custo da geração pelo diesel) como também os de natureza ecológica, contribuem positivamente para a geração de energia a partir do vento.

A turbina em funcionamento desde julho de 1992 tem potência nominal de 75Kw, diâmetro do rotor de 17m (3 pás) e uma torre de 23 m de altura.

O projeto do sistema híbrido eólico/diesel da Ilha de Fernando de Noronha foi desenvolvido pelo Grupo de Energia Eólica da UFPE e FOLKECENTER (Dinamarca) visando proporcionar uma economia de diesel na ordem de 70.000 litros anuais.

Os ventos quase incessantes de todo o litoral brasileiro, até agora aproveitados apenas para bombear água, em cataventos rústicos, passarão a ser usados para gerar energia elétrica. As pesquisas nessa área vêm sendo realizadas pelo Centro Brasileiro de Testes de Turbinas Eólicas (CBTTE), ligado à Universidade Federal de Pernambuco (UFPE). Estima-se que até 2005 o país deva ter 1.600 turbinas eólicas.

A energia eólica é atraente por não causar danos ambientais, e ter custo de produção baixo em relação a outras fontes alternativas de energia.

Se existe uma fonte de energia realmente barata e abundante em todo o planeta, esta energia é, sem dúvida nenhuma, a que se esconde nas massas de ar que compõem os ventos.

Captada diretamente da natureza esta modalidade de energia tem servido o homem deste tempos remotos, formando, ao lado da energia gerada pela combustão de materiais orgânicos, um dos principais fatores que possibilitaram ao homem o domínio total do planeta. Neste ponto é fácil verificar que foi graças à energia gerada pelos ventos que as grandes navegações puderam acrescentar novos mundos ao já existentes, alargando as fronteiras da terra e inaugurando os tempos modernos.

Dando um salto no tempo e após a queima de muitos milhões de toneladas de combustíveis fósseis, o homem chega ao limiar do terceiro milênio com duas certezas e muitas dúvidas: a primeira certeza é de que o fim dos combustíveis fósseis é certo, bastando para isto que as reservas naturais se esgotem e que o próprio planeta dê sinais de esgotamento em sua capacidade de absorver toda a poluição gerada pela queima destes combustíveis.

Pesquisadores americanos que trabalham com o assunto afirmam que a energia eólica pode competir com vantagens com o carvão, sendo que a adoção deste tipo de energia depende muito mais de vontade política do que de outro empecilho qualquer.

A figura ao lado mostra os diferentes tipos de ventos predominantes no Brasil.

Mark Jacobson e Gilbert Master têm afirmado que se computados os custos ambientais da queima de carvão, a instalação de moinhos de ventos poderia sair até pela metade do preço.

Apontados como os vilões pelo aquecimento global, os combustíveis fósseis tem seus dias contados, apesar da pressão que os Estados Unidos vêm fazendo em seu favor. Examinando de perto a competição que vem sendo travada entre os combustíveis fósseis e os gerados pelo sol ou pelo vento, verifica-se que com o incremento da tecnologia e com o surgimento de novos geradores, esta distância vai se encurtando a cada ano.

Um novo tipo de turbina grande, já no mercado, pode gerar 1.500 KWh a um custo de 4 centavos de dólar por KWh, contra 5,5 de centavos de dólar para a energia gerada a partir do carvão.

Naquele país, onde a energia eólica já corresponde a 0,1% do total produzido, o governo pretende investir bilhões de dólares nos próximos anos na instalação de novos e grandes parques geradores de energia eólica.

Esta corrida pode ser explicada, em parte, pela pressão mundial a partir do chamado Protocolo de Kyoto, em que os países, excluindo os EUA, se comprometeram a reduzir em 7% os níveis de emissões dos gases-estufa, em relação aos níveis de 1990.

No Brasil, que ainda ensaia os primeiros passos nesta área, medições dos ventos realizadas há pouco tempo demonstram que o País possui um potencial enorme a ser explorado nos próximos anos. Sabedores deste potencial, principalmente depois dos recentes apagões acontecidos em todo o território, empresas de todo o mundo e do Brasil também, estão de olho neste novo setor de investimentos.

Somente para o Nordeste, onde ocorrem os maiores volumes de ventos a empresa espanhola Energias Renováveis do Brasil – Enerbrasil – planeja investir cerca de 2 bilhões de dólares num parque eólico com capacidade de gerar 1 mil Mw, sendo projetado também um parque industrial para a fabricação de geradores. Este e outros projetos já foram apresentados aos governos do Rio Grande do Norte, Pernambuco e Bahia. Somente no RN há uma estimativa de produção de 1 mil Mw nos próximos cinco anos.

Esta empresa irá se encarregar da implantação, operação e manutenção de projetos de geração de energia eólica, bastando para tanto, que o governo brasileiro crie as condições necessárias para o empreendimento. O custo ainda é alto. O custo da energia gerada de forma convencional gira em torno de R$ 75,00 por MW/h, enquanto no sistema eólico este custo sobe para R$ 120,00.

Técnicos esclarecem que em alguns países da Europa e dos Estados Unidos, existe uma certa viabilidade já que as distribuidoras são obrigadas a comprar a energia eólica e esta diferença é absorvida por todo o sistema. No Brasil falta o estabelecimento de uma legislação específica. Do lado da viabilidade destes projeto está o fato de que existe velocidade quanto a implantação deste tipo de negócio, sem falar da minimização dos riscos ambientais envolvidos.

Outro aspecto interessante é que este projeto inclui também a instalação de uma fábrica de aerogeradores, com a finalidade de atender à demanda e reduzir os custos de importação. Pelo alto potencial de geração deste tipo de energia, o Nordeste parece o sítio ideal para esta empreitada.

De olho neste negócio, políticos da região já começaram a se articular para atrair estes empreendimentos e seus capitais para o Nordeste.

Recentemente o deputado Clementino Coelho do PPS de Pernambuco apresentou projeto de lei (nº 4.673/01) criando o Programa Prioritário de Desenvolvimento da Energia Eólica do Nordeste – Prodeene.

O Objetivo deste projeto de lei é buscar alternativas na geração de energia elétrica, no caso eólica, para região. Para tanto, são considerados participantes do Prodeene empreendimentos destinados à produção de energia elétrica por meio de turbinas eólicas em Alagoas, Bahia, Ceará, Maranhão, Paraíba, Pernambuco, Piauí, Rio Grande do Norte e Sergipe.

Estes Estados ficariam isentos do recolhimento de impostos federais sobre despesas realizadas pelos projetos de prospecção e identificação das áreas de potencial eólico. Pelo projeto estes Estados ficariam isentos também do IPI por cinco anos para as peças e equipamentos utilizados na fabricação de turbinas eólicas e na construção das centrais.

A transmissão desta energia gerada seria feita pelas redes já existentes até o ano de 2004, quando serão construídas novas redes. O projeto obriga, ainda, que as distribuidoras comprem a energia gerada, do mesmo modo como é feito hoje nos EUA.

Feitos estes e outros ajustes, a energia eólica poderá se constituir numa saída para uma região tão carente de recursos hídricos.

O vento e a energia eólica

O vento é o ar em movimento devido ao aquecimento desigual da superfície da terra pelo sol. A terra e seu envelope de ar, a atmosfera, recebe mais calor solar próximo ao Equador do que nas regiões polares. Mesmo assim, as regiões equatoriais não ficam mais quentes a cada ano, nem as polares ficam mais frias. É o movimento do ar ao redor da terra que ameniza a temperatura extrema e produz ventos na superfície tão úteis para a geração de energia.

Como todos os gases, o ar se expande ou aumenta de volume quando aquecido, e contrai e diminui de volume, quando resfriado. Na atmosfera o ar quente é mais leve e menos denso do que o ar frio e se eleva a altas altitudes, quando fortemente aquecido pelo sol. O ar aquecido próximo ao Equador flui para cima, e então, na direção dos pólos onde o ar próximo à superfície é mais frio. As regiões terrestres próximas aos pólos agora têm mais ar, pressionando-as, e o ar da superfície mais fria tende a desligar dessas áreas e movimenta-se na direção do Equador.

O resultado é o vento. Esta força pode criar o sopro de uma ventania ártica, ou, ainda, a pavorosa fúria de um ciclone de 800 km por hora. Embora imprevisível e inconstante, mesmo assim o vento tem sido importante fonte de energia para o homem. Durante séculos o vento impeliu navios a vela e moveu moinhos.

Muita energia está sendo constantemente transferida do sol os ventos da terra, no entanto, apenas ventos das camadas atmosféricas mais baixas são acessíveis para a conversão de sua energia.

A força motora primária da brisa do mar é a diferença de temperatura entre a terra e o mar. Quando essa diferença é grande e diurna, podem ser esperadas brisas marinhas relativamente fortes durante as horas da tarde e no começo da noite.

As brisas marinhas mais intensas são encontradas naquelas regiões subtropicais secas, ao longo da costa oeste de continentes onde haja um oceano frio.

É precisamente nessas regiões que o vento predominante é geralmente fraco e a brisa marinha local é na verdade quase a única fonte de energia eólica por grande parte do ano.

A topografia, ou características físicas do solo, pode influenciar fortemente as características do vento. As montanhas impedem a passagem uniforme dos ventos, o ar canalizado ao seu redor ou através das aberturas freqüentemente aumenta os ventos fortes locais, ideais para geradores de energia eólica.

A quantidade de energia disponível no vento varia de acordo com as estações e as horas do dia. A topografia e a rugosidade do solo também têm grande influência na distribuição de freqüência de ocorrência de velocidade do vento em um local. Além disso, a quantidade de energia eólica extraível numa região depende das características de desempenho, altura de operação e espaçamento horizontal dos sistemas de conversão de energia eólica instalados.

Conversão de energia eólica

Um aerogerador consiste num gerador elétrico movido por uma hélice, que por sua vez é movida pela força do vento. A hélice pode ser vista como um motor a vento, cujo único combustível é o vento.

A quantidade de eletricidade que pode ser gerada pelo vento depende de quatro fatores: da quantidade de vento que passa pela hélice, do diâmetro da hélice, a dimensão do gerador e o rendimento de todo o sistema.

As turbinas são, em princípio, instrumentos razoavelmente simples. O gerador é ligado por um conjunto acionador a um rotor constituído de um cubo e duas ou três pás. O vento aciona o rotor que faz girar o gerador e produz eletricidade.

Moinhos de vento

Os moinhos de vento foram inventados na Pérsia no século V. Eles eram usados para bombear água para irrigação.

Os mecanismos básicos de um moinho de vento não mudaram desde então: o vento atinge uma hélice que ao movimentar-se gira um eixo que impulsiona uma bomba, uma moenda ou, em tempos mais modernos, um gerador de eletricidade.

As hélices de uma turbina de vento são diferentes das lâminas dos antigos moinhos porque são mais aerodinâmicas e eficientes. As hélices tem o formato de asas de aviões e usam a mesma aerodinâmica. As hélices em movimento ativam um eixo que está ligado à caixa de mudança. Por uma série de engrenagens a velocidade do eixo de rotação aumenta. O eixo de rotação está conectado ao gerador de eletricidade que com a rotação em alta velocidade gera energia elétrica.

Tipos de turbinas eólicas

Turbinas eólicas de eixo horizontal: podem ser de uma, duas, três, quatro pás ou multipás. A de uma pá requer um contrapeso para eliminar a vibração. As de duas pás são mais usadas por serem fortes, simples e mais baratas do que as de três pás. As de três pás, no entanto, distribui as tensões melhor quando a máquina gira durante as mudanças de direção do vento. As multipás não são muito usadas, pois são menos eficientes.

Turbinas eólicas do eixo vertical: não são muito usadas, pois o aproveitamento do vento é menor. As mais comuns são três: SAVONIUS, DARRIEUS E MOLINETE.

A potência máxima extraída de uma turbina eólica é:

Pmax. = 16/27. 1/2 . P.a.v. < 0,593

Onde:

P = densidade do ar (tabelado)
a= área correspondente ao diâmetro da área varrida pelas pás
V= velocidade do vento

A potência máxima não ultrapassa 59,3% de eficiência. Este valor é também chamado de limite de BETZ e já foi provado cientificamente.

Curiosidades da energia eólica no mundo

Exemplo de alguns aerogeradores construídos:

1890-1910 – Dinamarca / 23m de diâmetro / 3 pás / 200kw
1931 – Rússia / 30m de diâmetro / 3 pás / 100kw
1941 – Estados Unidos / 54m de diâmetro /2 pás / 1.250kw
1959 – Alemanha / 34m de diâmetro / 2 pás / 100kw
1978 – Estados Unidos (NASA) / 50m de diâmetro / 2 pás / 200kw
1979 – Boeng USA /100m1980 – Growian (Alemanha) / 100m de diâmetro / 3mv

A força do vento

Moenda de Milho:

Como a maioria dos moinhos europeus possui pás verticais, elas giram à medida que parte do movimento horizontal do vento é transformada em movimento de rotação das pás.

Este movimento é transferido por engrenagens e polias para uma pedra de moenda, que tritura os grãos. Para aproveitar ao máximo a energia do vento, a cobertura do moinho gira automaticamente para ficar de frente para o vento, toda vez que ele muda de direção.

Barcos à vela:

A maioria dos barcos à vela modernos têm velas triangulares que podem ser manobradas para captar o máximo da energia do vento.

Os barcos egípcios, de cerca de 1300 A.C., usavam velas quadradas que só podiam aproveitar com eficácia a energia do vento quando este vinha por trás. Por volta de 200 A.C., os navios do mediterrâneo usavam velas que podiam ser manobradas, aproveitando a energia do vento, mesmo quando ele não soprava por trás delas.

A força do vento é de grande importância em lugares sujeitos a inundações, como a Holanda, onde tem sido usada para drenar a terra.

Vantagens da energia eólica

• É uma fonte de energia segura e renovável;
• Não polui;
• Suas instalações são móveis, e quando retirada, pode-se refazer toda a área utilizada;
• Tempo rápido de construção (menos de 6 meses);
• Recurso autônomo e econômico;
• Cria-se mais emprego.

Desvantagens da energia eólica

• Impacto visual: sua instalação gera uma grande modificação da paisagem;
• Impacto sobre as aves do local: principalmente pelo choque delas nas pás, efeitos desconhecidos sobre a modificação de seus comportamentos habituais de migração;
• Impacto sonoro: o som do vento batendo nas pás produz um ruído constante (43dB(A)). As casas do local deverão estar, pelo menos, a 200m de distância.

Curiosidades

Quadro 1. Capacidade Eólica Instalada – Principais Países

Conclusão

Concluímos neste trabalho, que o vento constitui uma imensa fonte de energia natural à partir da qual é possível produzir grandes quantidades de energia elétrica. Além de ser uma fonte de energia inesgotável, a energia eólica está longe de ser causadora de problemas ambientais.

O interesse pela energia eólica aumentou nos últimos anos, principalmente depois do disparo do preço do petróleo.

O custo de geradores eólicos tem um preço elevado, mas o vento é uma fonte inesgotável enquanto o petróleo não. Em um país subdesenvolvido como o Brasil, onde quem governa são os empresários, não há o interesse de gastar dinheiro em uma nova fonte de energia, eles preferem continuar usando o petróleo.

Considerando o grande potencial eólico de várias regiões do Brasil, seria possível produzir eletricidade a partir do vento a um custo de geração inferior a US$50/mkw.

Existem, atualmente mais de 20.000 turbinas eólicas em operação no mundo, produzindo mais de 2 bilhões de kw/h anualmente.

referências bibliográficas

www.windpower.dk

www.geocities.com/CapeCanaveral/Launchpad/7075/eolic_cant.html

www.afm.dtu.dk/wind/smep/nordic.htm

www.nrel.gov/wind/index.html

www.appa.es

www.made.es

Revista Registro de Gaveta. Vol. Professora Eliete de Pinho Araujo e alunos do Curso de Arquitetura. FAET, UniCEUB, 1

Revista Energia. Vol. Professora Eliete de Pinho Araujo e alunos do Curso de Arquitetura. FAU/UNB, 1

sobre o autor

Eliete de Pinho Araujo é arquiteta e professora do Curso de Arquitetura e Urbanismo da Faculdade de Ciências Exatas e de Tecnologia – FAET, Centro Universitário de Brasília – CEUB