II Simpósio Brasileiro de Recursos Naturais do Semiárido – SBRNS “Convivência com o Semiárido: Certezas e Incertezas” Quixadá - Ceará, Brasil 27 a 29 de maio de 2015 doi: 10.18068/IISBRNS2015.ealsa034

ISSN: 2359–2028

GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA PROVENIENTE DA FONTE EÓLICA NO ESTADO DO CEARÁ Erialdo de Oliveira Feitosa1, Daniel Albiero2, Paulo Ricardo Alves dos Santos3, Francisco Ronaldo Belem Fernandes4, Rafaela Paulo Melo5 em Irrigação e Drenagem, Doutorando em Engenharia Agrícola na Universidade Federal do Ceará – UFC, Fortaleza-CE, Fone: (85) 9808-7365 e-mail: [email protected]; 2 Engenheiro Agrícola, Prof. Dr. Adjunto, UFC, Fortaleza - CE; Fone: (85) 9239-8250, e-mail: [email protected]; 3. Engenheiro Agrônomo, Mestrando em Engenharia Agrícola na UFC, Fortaleza – CE, e-mail: [email protected]; 4.Engenheiro Agrônomo, Doutorando em Engenharia Agrícola na UFC, Fortaleza – CE, e-mail: [email protected]; 5.Engenheira Agrônoma, Doutoranda em Engenharia Agrícola na UFC, Fortaleza – CE, e-mail: [email protected]. 1Tecnólogo

RESUMO: A utilização da energia eólica vem crescendo muito nos últimos anos, cuja sua exploração resulta em pequenos impactos ambientais. A agricultura familiar passa por grandes gargalos com relação ao acesso de dois recursos fundamentais para o seu desenvolvimento, água e energia. Porém, há a necessidade de estudar novos equipamentos que possibilitem o fornecimento de energia com maior eficiência, sendo de extrema importância social e econômica. Portanto, o aproveitamento da energia eólica é de vital importância para o processo de produção da agricultura, pois pode suprir as necessidades das propriedades de pequeno a médio porte, podendo dar maior suporte no desenvolvimento da agricultura familiar no estado do Ceará. Diante desse contexto, objetivou-se averiguar um aerogerador na geração de energia a ser utilizada no processo produtivo da agricultura familiar no Estado do Ceará. Utilizou-se um aerogerador de 1 kW de potência, modelo H3.11KW, marca Hummer, onde o mesmo foi instalado na Universidade Federal do Ceará, e efetuado coleta de dados da geração de energia, e velocidade do vento. Como resultado uma geração de energia elétrica em média 500 W dia-1, com uma velocidade do vento de 5,5 m s-1. PALAVRAS–CHAVE: Energia eólica, produtividade, meio rural GENERATION OF ELECTRIC ENERGY PROVIDED SOURCE WIND IN CEARÁ STATE ABSTRACT: The use of wind energy comes growing very in recent years, which their exploitation results in small environmental impacts. The family agriculture passes through great bottleneck in terms of access to two basic resources for their development, water and energy. However, there is a need to study new equipment which enables energy supply more efficiently and is extreme social and economic importance. Therefore, the harnessing of wind energy is vitally important for the agricultural production process, it can supply the needs of small to medium size properties and can provide greater support in the development of family agriculture in the state of Ceará. In this context, the objective was to determine wind turbine for power generation to be used in the production process of family agriculture in the state of Ceará. We used a wind turbine of 1 kW of power, H3.1-1KW model, Hummer brand, where it was installed at the Federal University of Ceará, and effected collects of power generation data, and wind speed. As a result an electric energy generation on average 500 W Day-1, with a wind speed of 5.5 m s-1. KEYWORDS: Wind energy, productivity, rural areas

Energias alternativas no semiárido

INTRODUÇÃO A questão energética é um dos tópicos de extrema importância na atualidade, pois a qualidade de vida de uma sociedade está intimamente ligada ao consumo de energia (MARTINS et al., 2008). O vento é um recurso natural e abundante no estado do Ceará, em que o potencial de geração de energia poderá ser aproveitado gradualmente, nos limites técnicos de inserção da capacidade eólica no sistema elétrico regional, alavancando o crescimento econômico e a auto-sustentabilidade energética do Estado. O aproveitamento dos recursos eólicos em algumas áreas com potencial no Estado proporcionaria um reforço à rede elétrica do sistema elétrico estadual (SILVA; AMARANTE, 2000). Nas últimas décadas a segurança no suprimento de energia está associada ás perspectivas de esgotamento das reservas de petróleo nas próximas décadas, (BENTLEY, 2002), conjuntamente com a elevação dos preços de mercado dos combustíveis fósseis em consequência de problemas ambientais e políticos nas principais regiões produtoras (GELLER, 2003). O meio rural empobrecido necessita, dentre outras coisas, de meios tecnológicos e energéticos para o seu desenvolvimento. E, nesse âmbito, as tecnologias para o aproveitamento das energias renováveis (eólica, fotovoltaica) têm alcançado bons níveis de maturidade e confiabilidade, tornando-se opções viáveis para a solução desse problema (FEDRIZZI, 2003). Nesse sentido a inserção de recursos complementares na matriz energética de um país, com a adoção de fontes renováveis, deve minimizar os impactos causados por crises internacionais, que afetam o mercado de combustíveis fósseis, ou a geração hidroelétrica em épocas de estiagem (AMARANTE et al. 2001; FILGUEIRAS E SILVA, 2003). Diante deste contexto o presente trabalho objetivou-se a utilização de um aerogerador para geração de energia elétrica na qual possa ser utilizada no processo produtivo da agricultura familiar no Estado do Ceará. MATERIAL E MÉTODOS O experimento no que se refere o sistema de geração de energia (aerogerador), e os aparelhos para coleta de dados, todos foram instalados nas dependências do Centro de Ciências Agrárias da UFC, especificamente no contraforte do açude Santo Anastácio, situada na Universidade Federal do Ceará em Fortaleza-CE, Brasil. O mesmo localiza-se a jusante do Açude e geograficamente a 3°44’de latitude Sul e 38°34' de longitude Oeste, e 11 m de altitude.

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Utilizou-se um aerogerador da marca HUMMER, modelo H3.1-1KW de 1 kW, um anemômetro de conchas modelo NRG #40C da marca NRG system, e para registrar grandezas como corrente e voltagem geradas a partir da turbina eólica foi utilizado um alicate amperímetro digital modelo ET – 3III da marca Minipa com resolução de 0,01 A. Utilizou - se um banco de baterias composto por 5 baterias de 12V e 150Ah, Figura 1, por recomendação do fabricante do aerogerador, uma vez que o inversor que compõe o sistema elétrico realiza o acoplamento ao motor elétrico mediante o uso de baterias.

Figura 1. Banco de baterias do sistema eólico-elétrico Também foi utilizado um inversor modelo HX1110182764 da marca Hummer com capacidade nominal de 1000 W, o mesmo executa a retificação de corrente alternada (AC) para corrente contínua (DC), quando está carregando a bateria, porém quando está alimentando a carga converte de DC para AC. Figuras 2A e 2B mostram o inversor de frequência usado e a tensão de saída do mesmo.

Figura 2. Inversor utilizado no experimento (A) e a tensão de saída (B)

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Com relação á estatística as médias que apresentaram normalidade foram comparadas pelo teste da diferença mínima significativa (DMS) a 5 % de significância. Os dados foram analisados através do Software Minitab - Versão 16. Também foi utilizado o programa Excel para elaboração de gráficos e análise regressão das correlações da potência gerada pela turbina eólica. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os dados obtidos com relação à velocidade do vento estão apresentados por meio do gráfico na Figura 3, foram obtidos por meio do um anemômetro instalado a 8 m de altura, o qual está localizado na mesma altura do rotor do aerogerador. Compreendendo o período entre 25 de abril de 2014 a 03 de junho de 2014, em que o sistema de medição e armazenamento de dados anemométricos efetuou medidas a cada 1 segundo, registrando a média dos dados a cada 10 minutos, totalizando 144 registros por dia.

Figura 3. Velocidade média diária do vento durante os dias de avaliação Essa velocidade média do vento, representada na Figura 3, corresponde o momento em que o sistema de bombeamento estava em operação. Então pode-se verificar que a faixa de operação registrada compreende um intervalo de velocidade de 4 a 7 m s-1. Vale ressaltar que esse periodo de avaliação compreendendo os meses de abril e maio, são os meses do ano de menor potencial eólico, uma vez que na quadra chuvosa verificam-se menores valores de velocidade do vento. Porém foi interessante a observação nesse período porque pode-se determinar o desempenho do sistema eólico em baixas condições de vento, pois é importante o conhecimento do funcionamento dos modelos de aerogeradores atuais do mercado em função da caracteristica de baixo vento, visto que é necessário mais pesquisas no sentido de devenvolver novos perfis aerodinâmicos que apresentem melhor performance nessas condições.

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Na Figura 4 é apresentado as curvas de potência, tensão e corrente todas em função da velocidade do vento, verifica-se a variação da potência disponível no vento, considerando-se pequena a variação com relação à densidade específica do ar. Porém efeito contrário com relação à velocidade, já que a potência varia linearmente com a densidade e cresce com o cubo da velocidade, e também possui uma relação proporcional à área do rotor.

Figura 4. Curvas de potência, tensão e corrente em função da velocidade do vento Observa-se ainda que a curva de tensão permanece praticamente constante, ao contrário da corrente que apresenta um variação significativa com o aumento na velocidade do vento. Segundo Acunha Junior (2006) no seu trabalho com o desempenho de aerogerador de pequeno porte percebeu-se que a tensão gerada não tinha dependência direta com a velocidade do vento, pois permanecia praticamente estável durante a operação, com a maior diferença entre os valores máximo e mínimo sendo menor que 1,0 V, dependendo apenas do estado de carga das baterias. Já com relação à corrente, observou-se, no entanto, dependência direta com a velocidade do vento, ou seja, quanto maior a velocidade do vento maior era a corrente. Apesar das baixas velocidades médias de vento, os resultados das medições indicam que dentro da faixa de velocidades que se encontravam a média existiam valores altos de velocidade que apesar da curta duração eram suficientes para produzir energia em quantidade o bastante para acionar o motor. Isto demonstra que mesmo com um funcionamento aleatório, a energia eólica disponível pode ser armazenada na forma de energia hidráulica potencial por meio da acumulação da água em um reservatório elevado. Assim, quando se necessitar desta energia acumulada, é possível obtê-la na modalidade hidráulica. A Tabela fornece o volume de água bombeada e energia elétrica gerada em função da velocidade média do vento e do tempo de operação do sistema eólico de bombeamento.

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Tabela 1. Energia elétrica gerada e a quantidade de água bombeada Data 25/04/2014 30/04/2014 02/05/2014 03/05/2014 04/05/2014 06/05/2014 07/05/2014 08/05/2014 09/05/2014 22/05/2014 23/05/2014 24/05/2014 25/05/2014 26/05/2014 27/05/2014 29/05/2014 30/05/2014 31/05/2014 02/06/2014 03/06/2014

Vm (m s-1) 4,46 5,95 4,86 4,83 4,46 5,40 5,45 5,16 5,49 4,18 6,12 4,51 5,32 4,18 4,64 4,02 7,00 4,94 4,50 5,22

T. de Operação (Min) 150 260 80 90 140 100 50 250 110 50 270 160 20 60 180 60 220 70 20 160

Energia (W/h) 445,34 609,97 447,49 448,33 445,39 546,70 573,42 486,25 580,55 389,15 773,18 400,87 521,28 389,89 453,33 365,66 873,16 477,24 398,34 490,61

Volume (L) 4922 7792 2267 2413 4625 2750 1224 7346 3553 1220 8057 5030 672 1578 5581 1680 6625 1975 660 5040

CONCLUSÃO A energia eólica mostrou-se uma boa alternativa na geração de energia elétrica no Estado do Ceará, pois possibilitará o uso de energia renovável atrelada ao uso racional da água. REFERÊNCIAS AMARANTE, O. A. C.; SCHULTZ, D.; BITTENCOURT, Windenergie-Institut Magazine. p 19, 79, 2001.

R.; ROCHA, N. Deutsches

BENTLEY, R. W. Energ. Policy. v 30, 189, 2002. FILGUEIRAS, A.; SILVA, T. M. V. Renew. Sustain. Energ. Rev.7, 439, 2003. GELLER H. S. Revolução Energética: Políticas para um Futuro Sustentável. Relume Dumará, Rio de Janeiro, 2003. MARTINS, F. R.; GUARNIERI, R. A.; PEREIRA, E. B. O aproveitamento da energia eólica Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 30, n. 1, 1304, 2008. SILVA, F. J. L.; AMARANTE, O. A. C. Atlas Eólico Brasileiro, 2000.

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