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How to cite this paperAn. 5. Enc. Energ. Meio Rural 2004
Sistema eólico de São Gabriel região de Irecê-BA
Prof. Carlos D´Alexandria BruniI; Eng. Luiz Alberto A. CamelierII
ICentro Federal de Educação Tecnológica da Bahia, Companhia de Engenharia Rural da Bahia carlosbruni@cefetba.br,
IICentro Federal de Educação Tecnológica da Bahia, Companhia de Engenharia Rural da Bahia lcamelier@ig.com.br
RESUMO
Trata-se de um relato técnico dos autores por ocasião da instalação do primeiro sistema de bombeamento com aerogerador (energia eólica) efetuado pela Equipe Técnica da Companhia de Engenharia Rural da Bahia - CERB, no distrito de São Gabriel, região de Irecê, Bahia-Brasil. Espera-se, que as informações aqui apresentadas, sejam importantes para evitar que outros técnicos venham a passar pelos problemas enfrentados pela Equipe, evitando-se desgastes desnecessários quando da implantação de novas instalações eólicas de bombeamento.
Palavras chaves: Energia Eólica, Energia Alternativa, Aerogerador.
ABSTRACT
An electric power plant supplied by a wind-generator is the solution for supply drinkwater on a small community on São Gabriel, Irecê- Bahia -Brazil. On behalf of the feasibility a wind power system is described in detail concerning it´s technical specifications, it´s operation, constraints and it´s energy demand. Furthermore wind power system supply is described in detail. Simulations is shows how the system is designed to guarantee a reliability in pumping of drinking water powered by windpower system and it´s expantion in the future.
INTRODUÇÃO
A oferta de energia elétrica e o suprimento de água potável para as populações situadas em locais isolados dividem os governantes e pesquisadores com as preocupações voltadas para a permanência das populações rurais e o desenvolvimento sustável possibilitando a sobrevivência das gerações futuras, constituindo-se no temário dos principais debates mundiais. No primeiro, as preocupações residem nos altos custos dos sistemas de geração de energia nas modalidades alternativas e principalmente, quando só podemos dispor de uma das diversas modalidades existentes sejam; solar, eólica, biogás, biomassa, picos-centrais, PCH, etc., e no segundo tema, ainda mais grave, exige um consumo sustentável da atual geração sob pena de comprometermos as gerações futuras. Hoje, já existem guerras pela água, vide a situação das Colinas de Golan, nascente do rio Jordão e no Iraque que além do petróleo dispõe dos Rios Tigre e Eufrates, só para citar.
Neste contexto, os autores se dedicaram a relatar os estudos e análises efetuadas, os problemas e vantagens decorrentes da instalação de uma estação comunitária de bombeamento de água potável suprida por energia eólica, na localidade de São Gabriel, Irecê, Bahia, Brasil, em substituição ao sistema de bombeamento a Diesel.
A Energia Eólica
Classificada na modalidade renovável, tem no sol a sua energia primária pois, os ventos provocam o deslocamento das massas de ar entre oceanos e continentes provocados pelo aquecimento destas.
Existem registros históricos da utilização dos ventos pelos povos Egípcios (2800AC) e Persas (700AC) a mais de mil anos AC, eles começaram a usar as velas para ajudar a força dos remos dos escravos e ajudava o trabalho da força animal em tarefas como moagem de grãos e bombeamento de água. Outras civilizações do Oriente Médio, impulsionadas pela propagação da religião muçulmana, contribuíram significativamente para a difusão da nova tecnologia. Não tendo a mesma repercussão na Europa por ocasião das Cruzadas na Idade Média ocasião em que, a conquista dos territórios e suas riquezas eram mais importantes do que a cultura local derrotada. Tendo surgido após tal período, o modelo holandês de moinho de vento horizontal, com hélices, não se tem registro da assimilação tecnológica comprovadamente notada nos modelos Savônicos.
Por volta de 1850, Daniel Halliday começou a desenvolver o que se tornou no famoso moinho de vento americano de fazenda, hoje conhecido como modelo Rural multi-pás direcionado por vane (ventoinha 1750) e usado principalmente para bombear água, sendo o modelo mais difundido e utilizado mundialmente no aproveitamento da energia eólica e ainda em produção comercial devido a sua relação custo/benefício. As máquinas de Halliday possibilitaram, por exemplo, o suprimento de água para as locomotivas à vapor e a permanência dos colonos nas localidades desérticas onde a água apenas era encontrada em poços profundos e ainda impulsionou a fabricação das bombas em ferro fundido que junto com os cataventos multi-pás formavam um conjunto robusto de bombeamento de água.
Os geradores elétricos movidos com energia eólica, começaram a ser produzidos no início do século XX, pelos dinamarqueses, europeus e americanos, credita-se à Dinamarca como o fabricante das maiores máquinas (4000kW), seguida da Alemanha e Espanha que são os maiores produtores de energia com esta tecnologia. No Brasil, os maiores investimentos estão no estado do Ceará utilizando-se de tecnologia alemã para a construção, montagem e interligação.
Equações Básicas
Comparadas às máquinas hidráulicas, que equipam as usinas hidroelétricas, de uma mesma potência, as máquinas eólicas apresentam dimensões maiores. Isto se deve ao fato de que as turbinas hidráulicas trabalham com água, com peso específico 1 enquanto que as eólicas trabalham com o ar cujo peso específico é muitas vezes menor. Na prática, existe uma limitação em torno de 59% da potência máxima a ser aproveitada pelas turbinas eólicas.Nas turbinas eólicas, as equações básicas são: F=1/2. p. A . V2 onde F é a força , p o peso específico do ar, A a área de varredura das pás e V a velocidade do vento. A outra, P= ½ .p.A .V3 define a potência.
Resumindo; a força é diretamente proporcional á área de varredura das pás do rotor (hélice) e variando com o quadrado da velocidade do vento (maior significância) quanto à potência, esta varia com cubo da velocidade do vento (maior significância) além das anteriormente definidas.
Pelo exposto, é fundamental a escolha do local onde será instalado o aerogerador, devendo-se consultar os dados das estações eólicas dos anos anteriores, verificando sua velocidade média, máxima e sua constância para evitar investimentos cuja relação custo-benefício sejam impeditivos para a realização do Projeto.
A energia elétrica pode ser re-convertida facilmente em outras formas podendo bombear água, aquecer ambientes, ligar máquinas diversas, moer grãos, e realizar muitas outras tarefas além das facilidades de sua distribuição. Sob essa ótica, um aerogerador eólico será sempre bem vindo em qualquer sistema.
As pequenas máquinas eólicas, normalmente utilizadas na carga de baterias, por trabalharem em regime de altas rotações produzem ruídos indesejáveis e desta maneira recomenda-se a sua instalação afastada das residências ou locais de aglomeração de pessoas (escolas, etc.). Já as modernas máquinas, que trabalham em regime de baixas rotações e montadas a alturas elevadas (maior que 50 metros), tem uma redução significativa dos ruídos emitidos, situados uma faixa de conforto ambiental.
Disponibilidade Energética
A energia eólica está disponível em todo o litoral brasileiro, com densidade energética elevada nos estados nordestinos, especificamente nas proximidades da Linha do Equador. Baseado em informações das estações meteorológicas no Estado e principalmente naquelas contidas nos Atlas Eólico Brasileiro, foi escolhida a localidade de São Gabriel, distante 28km da cidade de Irecê-Ba, devido à disponibilidade comprovada, de ventos cuja constância asseguraria um suprimento de energia durante todo o ano, para o bombeamento de água potável da comunidade beneficiada. A velocidade média anual dos ventos atinge, na localidade, 7,0 m/s(UFBA, 1974).
O Sistema de São Gabriel na Região de Ireçê-Ba
O sistema instalado está composto de um aerogerador americano de marca Bergey, de 1,5kW, trifásico 220V, torre metálica em treliça com 10 metros de altura (CERB), uma Bomba centrífuga submersa de marca Grundfos, com 10 estágios, um controlador eletrônico para acionamento da bomba, além das instalações hidráulicas originais, compostas por um tanque em fibra de vidro com capacidade para 5.000 litros, poço tubular no padrão CERB/UFBa com profundidade de 70 metros, quadro de comando da bomba padrão CERB. A bomba está instalada a 60 metros de profundidade e a altura total de recalque de 65 metros.
Dificuldades Encontradas
A CERB, possui pessoal e gerências regionais que atendem às demandas de suprimento de água potável em todo o Estado da Bahia através de sistemas de bombeamento supridos pela rede de distribuição elétrica convencional ou por sistemas fotovoltaicos, nas localidades isoladas entretanto, não acumulavam experiência para sistemas supridos por aerogeradores elétricos.
O sistema do aerogerador foi fornecido pelo PRODEEM e ficou estocado por alguns anos antes da sua instalação, período este em que sua fabricação foi suspensa pelo fabricante americano Bergey Co.
O gerador elétrico foi testado pela equipe técnica da Regional de Feira de Santana, comprovando o seu funcionamento. Também nesta Regional foi construída a torre metálica modular, em barras circulares, com reforço estrutural treliçado, com pontos para ancoragem por meio de cabo de aço sendo, totalmente projetada pela Engenharia da CERB com possibilidade de aumento da altura mediante a construção e montagem de outros módulos de 3 metros cada. Foram aproveitados cabos de aço protegidos, padrão marítimo, por existirem em estoque no almoxarifado na Companhia e instalado sistema de cabo de aço para parada do gerador após o enchimento do tanque da comunidade ou par proteger o gerador em períodos de tempestades atmosféricas da grande intensidade.
Quando da instalação das fiações elétricas de interligação do gerador com o painel do controlador da Bomba, foi cometido um erro de interpretação dos diagramas elétricos fornecidos pelo fabricante tendo na oportunidade, invertidas as conexões relativas aos terminais respectivamente destinados ao gerador pelos da bomba. Tal equívoco se deve a uma desnecessária inversão do fabricante quando, nos diagramas elétricos fornecidos, inverteu tais conexões induzindo o experiente técnico da Companhia a cometer o equívoco. Foi observada, ainda, a falta de um sistema de aterramento da estrutura da torre metálica de 10m de altura.
Tais modificações impediram o funcionamento do Controlador Eletrônico uma vez que, os fios condutores das informações de frequência e tensão do gerador, não as enviavam para que o processador do Controlador Eletrônico comandasse o sistema elétrico da Bomba Grundfos.
Tentando solucionar o problema, foram acrescentados, desnecessariamente, contactores e ainda a retirada de um circuito RC do circuito da bobina do contactor original da Bomba, cuja tensão era de 12 DC provocando a queima dos mesmos e também, a descarga constante da bateria de 12Vx 7,2AH uma que o circuito do carregador da mesma também estava desativado com as modificações introduzidas.
Não disponível em estoques em lojas de Irecê e também de Salvador - Ba, a Companhia teve que providenciar a aquisição do contactor em São Paulo - SP o que atrasou a restauração do circuito original.
Identificado o problema e restabelecido o circuito original do fabricante, o sistema funcionou adequadamente enchendo o tanque de 5000 litros e normalizando o abastecimento de água potável para a Comunidade.
Diante da solução do problema e o perfeito funcionamento do Controlador, passou-se à Programação do mesmo para que ligasse e desligasse a bomba automaticamente. Sendo as seguintes funções e respectivos valores:
Recomendações Técnicas
- Instalar uma haste de aterramento para a torre;
- Treinar mais de uma pessoa da comunidade para que possam travar o aerogerador quando o tanque estiver cheio, evitando-se o desperdício de água, e nos dias em que os ventos estiverem fracos, evitando-se assim o desgaste desnecessário do sistema que fica ligando e desligando sucessivamente a bomba do aerogerador até encher ao reservatório;
- Treinar uma equipe para efetuar a manutenção do Sistema Eólico inclusive com a utilização de Equipamento de Proteção Individual (EPI) tais como cinto de segurança, etc. por não ser uma cultura das atuais equipes, pois estão acostumadas a trabalhar com sistemas ao nível do solo.
- Se possível, aumentar a capacidade do reservatório de 5.000L para 10.000L de maneira que a comunidade possa acumular água para pelo menos três dias sem ventos ou ventos fracos;
Dados da Comunidade Beneficiada
A comunidade de Romão está situada Região da Chapada Diamantina, no município de São Gabriel, a 20 km de Irecê e a 500km de Salvador, é composta por seis residências, com aproximadamente quarenta indivíduos distribuídos nas diversas faixas etárias, sendo todos uma única família, mantém uma agricultura em torno de feijão, milho, mamona e mandioca. Possuem alguns animais domésticos, tais como: porcos, galinhas e caprinos.
Agradecimentos
À Equipe de suporte da Bergey Co. pelas rápidas respostas às demandas via e-mails.
À Grundfos Brasil pela presteza com que nos enviou catálogos e softwares sobre bombas submersas.
À Equipe Técnica da CERB pelo empenho em solucionar as dificuldades encontradas.
Ao CEFET-BA pelas orientações técnicas e instrumentos cedidos para superar as dificuldades.
À Sra. Rosa Virgínia Pinheiro pelo trabalho de revisão.
Referências Bibliográficas
[1] SODRÉ, Jaime, UFBa - Mapa Eólico do Estado da Bahia , 1974.
[2] CEPEL, Atlas Eólico Brasileiro, ELETROBRÁS, ano 2002.
[3] Grundfos, Catálogos Técnicos e software para dimensionamento de sistemas de recalque.
[4] Bergey Co. Manual do Aerogerador.