Três tipos de fontes de energia mecânicas usadas em geradores de energia de turbogeneradores

1 INTRODUÇÃO

Para o funcionamento dos aparelhos elétricos é necessário a existência de tensão. E as fontes geradoras são os meios pelos quais se pode fornecer a tensão necessária ao funcionamento desses consumidores. (SENAI, 2003).

Segundo a ANEEL (2005), a energia é indispensável à sobrevivência do ser humano. E mais do que isso, o homem busca sua evolução permanentemente descobrindo novas fontes alternativas e se adaptando ao meio em que vive. Deste modo, quando um recurso se torna escasso ou mesmo inconveniente ele, o homem, busca desenvolver um novo recurso.

Para Ferreira (2011) o setor elétrico ficou dependente dos combustíveis fósseis e nucleares ficando, criticamente, prejudicado com a instabilidade política e econômica dos países fornecedores. Outro fato agravante, segundo o autor, são as alterações climáticas, impactos na saúde e o desejo crescente de independência energética. Com isso, está cada vez mais presente a utilização de soluções mais eficientes e limpas de produção de energia.

Existem diversos tipos de fontes geradoras, sendo elas: por ação térmica, de luz, mecânica, química e magnética. (SENAI, 2003). Sendo assim, este trabalho tem por objetivo apresentar três tipos de fontes de energia mecânicas utilizadas em geradores elétricos acionados por turbinas, sendo elas i) turbina eólica, ii) turbina a vapor e iii) turbina hidráulicas.

2 TIPOS DE TURBINAS

2.1 TURBINAS EÓLICAS

A energia eólica é a energia cinética contida nas massas de ar em movimento, vento, e seu aproveitamento ocorre pela transformação de energia cinética de translação para energia cinética de rotação, com o emprego de turbinas eólicas, ou aerogeradores, para geração de energia elétrica. Inicialmente era utilizada para trabalhos mecânicos de bombeamento de água em moinhos, ou cataventos. (ANEEL, 2005). Algum dados históricos, segundo WINDPOWER; EWEA; GREENPEACE, 2003; WIND FORCE, 2003 apud ANELL (2005), podem ser observado:

A primeira turbina eólica comercial ligada à rede elétrica pública foi instalada em 1976, na Dinamarca. Atualmente, existem mais de 30 mil turbinas eólicas em operação no mundo. Em 1991, a Associação Européia de Energia Eólica estabeleceu como metas a instalação de 4.000 MW de energia eólica na Europa até o ano 2000 e 11.500 MW até o ano 2005. Essas e outras metas estão sendo cumpridas muito antes do esperado (4.000 MW em 1996, 11.500 MW em 2001). As metas atuais são de 40.000 MW naEuropa até 2010. Nos Estados Unidos, o parque eólico existente é da ordem de 4.600 MW instalados e com um crescimento anual em torno de 10%. Estima-se que em 2020 o mundo terá 12% da energia gerada pelo vento, com uma capacidade instalada de mais de 1.200GW.

Pode-se observar (WEG, 2014), a evolução do sistema de conversão de energia cinética apresentado nas Figuras 1, 2 e 3.

Figura 1- Moinho eólico medieval, Fonte: WEG, 2014.

Figura 2 – Moinho com rotor de 17m e 144 pás de madeira (1887 - 1888 Charles F. Brush), Fonte: WEG, 2014.

Figura 3 – Moderna turbina eólica. Fonte: WEG, 2014.

Segundo Ferreira (2011) o desenvolvimento de produção de energia elétrica utilizando energia eólica já deu origem a várias gerações de turbinas, e os componentes principais, das turbinas eólicas, são, a turbina eólica, a caixa de velocidades, o gerador, o transformador e a eletrônica de potência. Estes componentes são apresentados nas Figuras 4 e 5.

Figura 4 - Principais componentes de um aproveitamento eólico, Fonte: Ferreira, 2011.

Figura 5 - Desenho esquemático de uma turbina eólica moderna, Fonte: ANEEL, 2005.

Pode-se observar, Figura 6, as dimensões das turbinas eólicas comparando com as dimensões de um Boeing 747

Figura 6 - Dimensões típicas das turbinas eólicas no mercado atual comparado com as dimensões do Boeing 747. Fonte: WEG, 2014.

2.2 TURBINAS A VAPOR

“A turbina a vapor (TV) é definida como sendo uma máquina térmica, onde a energia potencial termodinâmica contida no vapor é convertida em trabalho mecânico.” (ANDRADE, 2014). Ou seja, a mesma máquina consome energia térmica do vapor que a água produz em alta temperatura transformando em energia mecânica.

A turbina é um motor rotativo que converte em energia mecânica a energia de uma corrente de água, vapor d'água ou gás. O elemento básico da turbina é a roda ou rotor, que conta com paletas, hélices, lâminas ou cubos colocados ao redor de sua circunferência, de forma que o fluido em movimento produza uma força tangencial que impulsiona a roda, fazendo-a girar. Essa energia mecânica é transferida através de um eixo para movimentar uma máquina, um compressor, um gerador elétrico ou uma hélice. As turbinas se classificam como hidráulicas ou de água, a vapor ou de combustão. Atualmente, a maior parte da energia elétrica mundial é produzida com o uso de geradores movidos por turbinas. (UNIJUÍ, 2014).

2.2.1 Componentes das turbinas a vapor

Os principais componentes de uma turbina a vapor são carcaça, eixo, mancais, rotor, vedação, bocais, palhetas móveis e diafragma. E são descritos abaixo: (UNIJUÍ, 2014)

-Carcaça: É a parte onde não há nenhum tipo de locomoção sendo estática que protege o equipamento onde possui duas conexões uma para entrada e outra para saída do vapor e que normalmente é envolvida por um isolamento térmico para evitar a troca de calor com o ambiente e possível perda de energia no processo.

-Eixo: É a parte central onde é acoplado o rotor em que é apoiado aos mancais para transmitir o movimento de rotação a todo o equipamento.

-Mancais: São dispositivos onde o eixo é apoiado de forma posicionada e rotativa.

- Rotor (ou disco): É uma peça em forma de disco fixa ao eixo em cuja periferia são fixadas as palhetas móveis.

-Vedação: É a parte da turbina onde é isolada para evitar a fuga do vapor pelo espaço vazio entre