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JOSÉ RICARDO ARAÚJO DE ANDRADE VIABILIDADE DA IMPLANTAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA EM CONDOMÍNIOS HORIZONTAIS - ESTUDO DE CASO: CONDOMÍNIO RESIDENCIAL PARAÍSO DE MARACAJAÚ/RN NATAL-RN 2019 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

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Page 1: JOSÉ RICARDO ARAÚJO DE ANDRADE · JOSÉ RICARDO ARAÚJO DE ANDRADE ... Energia eólica - TCC. 2. ... Condomínios horizontais - TCC. I. Moreira, Micheline Damião Dias. II. Título

JOSÉ RICARDO ARAÚJO DE ANDRADE

VIABILIDADE DA IMPLANTAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA

EM CONDOMÍNIOS HORIZONTAIS - ESTUDO DE CASO:

CONDOMÍNIO RESIDENCIAL PARAÍSO DE

MARACAJAÚ/RN

NATAL-RN

2019

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

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José Ricardo Araújo de Andrade

Viabilidade da implantação de energia eólica em condomínios horizontais - estudo de caso:

Condomínio residencial Paraíso de Maracajaú/RN

Trabalho de Conclusão de Curso na modalidade

Artigo Científico, submetido ao Departamento

de Engenharia Civil da Universidade Federal

do Rio Grande do Norte como parte dos

requisitos necessários para obtenção do título

de Bacharel em Engenharia Civil.

Orientadora: Profa. Dra. Micheline Damião

Dias Moreira

Natal-RN

2019

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Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN

Sistema de Bibliotecas - SISBI

Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Central Zila Mamede

Andrade, Jose Ricardo Araujo de.

Viabilidade da implantação de energia eólica em condomínios

horizontais - estudo de caso: Condomínio Residencial Paraíso de

Maracajaú/RN / Jose Ricardo Araujo de Andrade. - 2019. 21 f.: il.

Artigo científico (graduação) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Tecnologia, Curso de Engenharia

Civil. Natal, RN, 2019.

Orientadora: Profa. Dra. Micheline Damião Dias Moreira.

1. Energia eólica - TCC. 2. Viabilidade econômica - TCC. 3.

Condomínios horizontais - TCC. I. Moreira, Micheline Damião Dias.

II. Título.

RN/UF/BCZM CDU 621.548

Elaborado por Ana Cristina Cavalcanti Tinôco - CRB-15/262

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Viabilidade da implantação de energia eólica em condomínios horizontais - estudo de caso:

Condomínio residencial Paraíso de Maracajaú/RN

Trabalho de conclusão de curso na modalidade

Artigo Científico, submetido ao Departamento

de Engenharia Civil da Universidade Federal

do Rio Grande do Norte como parte dos

requisitos necessários para obtenção do título

de Bacharel em Engenharia Civil.

Aprovado em 17 de junho de 2019:

___________________________________________________

Profa. Dra. Micheline Damião Dias Moreira

Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN

Orientadora

___________________________________________________

Profa. Ma. Laise Kelley Lemos Barbosa

Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN

Examinadora interna

_________________________________________________

Profa. Ma. Isabelly Bezerra Braga Gomes de Medeiros

Instituto Federal do Rio Grande do Norte - IFRN

Examinadora externa

Natal-RN

2019

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RESUMO

VIABILIDADE DA IMPLANTAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA EM CONDOMÍNIOS

HORIZONTAIS - ESTUDO DE CASO: CONDOMÍNIO RESIDENCIAL PARAÍSO DE

MARACAJAÚ/RN

O crescente consumo de energia elétrica global que vem ocorrendo nos últimos anos,

associado à degradação exacerbada dos biomas em torno do mundo são questões pertinentes

àqueles que se preocupem com o futuro das novas gerações. Tendo isso em mente, é necessário

buscar alternativas para geração de energia que não comprometam ainda mais o meio ambiente,

mas que tenham a capacidade de suprir as crescentes demandas energéticas. É inserido nesse

contexto em que a busca por fontes de energia realmente sustentáveis está presente, sendo de

fundamental importância para que haja desenvolvimento sustentável. Dessa forma, o presente

trabalho visa explorar esse tema através da adoção de um sistema eólico, comparando-se três

diferentes aerogeradores, em um condomínio horizontal, localizado à beira-mar no litoral norte

do Rio Grande do Norte, uma das regiões no Brasil em que há incidência de ventos

aproveitáveis para a geração eólica. Foram avaliados fatores inerentes ao local que incidem

diretamente sobre a viabilidade da adoção de um sistema eólico, principalmente no que

concerne à velocidade e direção dos ventos. Dessa forma, pôde-se comparar a produção de

energia dos três aerogeradores estudados e, a partir disso, mensurar a economia que seria obtida

com a instalação dos modelos de aerogeradores estudados. Portanto, foi possível avaliar se os

sistemas são viáveis do ponto de vista financeiro ao compará-los com a instalação elétrica

convencional, na qual toda a energia consumida pelo condomínio é oriunda da concessionária.

Palavras-chave: Viabilidade. Energia eólica. Condomínios Horizontais. Sustentável.

ABSTRACT

VIABILITY OF IMPLANTATION OF WIND ENERGY IN HORIZONTAL

CONDOMINIUMS – CASE STUDY: RESIDENTIAL CONDOMINIUM PARAÍSO DE

MARACAJAÚ/RN

The growing consumption of eletric energy around the globe occurring in the past years,

combined with the exacerbated degradation of the biomes of the world are relevant concerns to

those who worry about the future oF the new generations. By having it in mind, its required to

search options to generate energy without compromisse the planet, however it must supply the

growing demand of power. Its inside this context in which the search for sustainable sources of

energy is, being abolutely significant to reach a full sustainable development. Therefore, this

article tries to explore this thematic by the adoption of a wind energy system, comparing three

wind turbines, in a horizontal condominium at the north coast of Rio Grande do Norte, one of

most serviceable regions in Brazil to generate wind energy. Were evaluated native factors which

influence directly in the capability of generate wind energy, like wind speed and direction.

Thus, it was possible to compare the production of energy of the three wind turnines under

study and measure the economy that would ocour by placing any wind turbine studied.

Therefore, it was possible to analyze if the wind turbines were viable by the financial optics by

comparing them to the convencional electric system.

Key-words: Viability. Wind Power. Horizontal Condominium. Sustainable.

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1 INTRODUÇÃO

A energia elétrica é indispensável para a vida moderna, sem ela, o estilo de vida que

adotamos seria impossível. Existem diversas maneiras de gerar energia que produzem

diferentes tipos de perturbações para o meio-ambiente. Durante uma boa parte da história

moderna, a energia elétrica foi gerada a partir da queima de derivados de petróleo ou carvão,

fontes essas que produzem fortes impactos para o planeta. Com a evolução da tecnologia e de

uma mentalidade sustentável, novas tecnologias foram sendo criadas e aprimoradas em diversas

áreas, inclusive na geração de energia.

Segundo a Alcântara (2017), nos últimos 40 anos o consumo de energia elétrica no

Brasil cresceu mais de 250% e, de acordo com a Empresa de Pesquisa Energética (EPE – 2016),

o consumo de energia elétrica no Brasil no ano de 2014 foi de 473 terawatt-hora (Twh) e deve

triplicar até 2050, chegando a 1.624 Twh. Além da questão associada à demanda crescente que

existe, as dimensões do Brasil fazem com que a questão energética seja um desafio. A geração

hidrelétrica, predominante atualmente, faz com que grande parte da geração de energia

brasileira seja centralizada. Isso implica que uma pane em qualquer um dos sistemas de geração

ou distribuição irá acarretar em grandes áreas com o abastecimento prejudicado. Assim, a

geração descentralizada de energia pode se tornar tendência, fazendo com que a demanda seja

atendida e contornando os problemas associados à geração centralizada em um país continental

como o Brasil.

Além disso, a demanda energética mundial passa por um processo de crescimento. O

surgimento de carros movidos a eletricidade em substituição aos movidos a combustíveis

fósseis é uma realidade cada vez mais próxima. A criação de novas tecnologias e o aumento da

população também conduzem a um aumento no consumo global de energia elétrica. Por outro

lado, o planeta terra já foi demasiadamente degradado e não suporta impactos ambientais de

grande magnitude caso almeje-se preservá-lo para as futuras gerações. As matrizes energéticas

tradicionais impactam o planeta de forma extremamente severa. Usinas termelétricas exalam

toneladas de poluentes anualmente. Segundo o Sistema de Estimativas de Emissões e Remoções

de Gases de Efeito Estufa (SEEG), em 2016 as emissões de dióxido de carbono para a atmosfera

foram de aproximadamente 2,278 bilhões de toneladas.

No Brasil, o principal meio de geração de energia no Brasil é através de usinas

hidrelétricas. Apesar de consideradas limpas, tais usinas produzem severos impactos

ambientais, alterando o curso natural de rios, impactando na fauna e flora dos mesmos, além de

necessitarem de vastas áreas de inundação que podem se estender por centenas de quilômetros

quadrados, como está mostrado na figura abaixo.

Dessa forma, a energia eólica é apontada como uma das principais soluções energéticas

em áreas onde há grande incidência de ventos, visto que, o vento, seu principal “recurso”, é

renovável e abundante em algumas áreas do planeta, produz pouquíssimos impactos ambientais

quando comparada com as atuais formas de geração de energia, além de que a tecnologia

necessária para converter a energia cinética dos ventos em energia elétrica já se encontra

evoluída o suficiente para operar com segurança e confiabilidade.

Apesar de ser uma tecnologia já consolidada, ou, pelo menos, em processo de

consolidação, praticamente inexistem casos na literatura em que foi utilizada geração eólica

energia para suprir a demanda energética de condomínios horizontais in loco.

José Ricardo Araújo de Andrade, graduando em Engenharia Civil, UFRN

Micheline Damião Dias Moreira, Profa. Dra., Departamento de Engenharia Civil da UFRN

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Atualmente existem estudos associados a outros tipos de geração, principalmente fotovoltaica,

em condomínios. Também existem estudos acerca de utilização de aerogeradores de pequeno

porte no topo de edificações, aproveitando-se do tamanho das mesmas, uma vez que a

velocidade do vento tende a aumentar conforme aumenta-se a altura em relação ao solo.

Em comparação com outras matrizes, incluindo aquelas consideradas limpas, como a

energia das hidrelétricas, os impactos provocados pela energia eólica são irrisórios e, muitas

vezes podem ser contornados, além de que há pouco comprometimento do uso da terra com a

instalação dos aerogeradores.

Um fato importante que reitera a crescente importância da energia eólica para a

utilização em escala residencial foi a resolução nº 482/2012 da Agência Nacional de Energia

Elétrica (ANEEL), que considerou a fonte eólica como fonte descentralizada de geração. De

acordo com Pereira et al. (2015), tal fato faz com que se abram precedentes para a criação de

um mercado consumidor de aerogeradores de pequeno porte, que tende a aumentar nos

próximos anos, fazendo com que haja cada vez mais interesse, pesquisa e investimento no setor.

Segundo o Atlas do potencial eólico brasileiro, o potencial de geração de energia eólica

no Brasil é de 272 Twh/ano, enquanto que apenas na região Nordeste é de 144 Twh/ano. Dessa

forma, a energia eólica surge como uma alternativa, e, de acordo com Mendonça et al. (2017),

de baixo impacto e capaz de aproveitar a gratuidade e inesgotabilidade dos ventos, além da sua

capacidade de gerar grandes quantidades de energia elétrica, absorvendo as futuras demandas

sem provocar mudanças profundas no meio ambiente.

2 OBJETIVOS

2.1 Objetivo geral

Estudar a viabilidade financeira e técnica da instalação de aerogeradores em

condomínios horizontais realizando um estudo de caso no Paraíso de Maracajaú, situado no

município de Maracajaú, Barra de Maxaranguape/RN.

2.2 Objetivos específicos

Analisar os benefícios do ponto de vista da geração energética de diferentes modelos de

aerogeradores no local em estudo;

Verificar os benefícios ambientais promovidos pelas mudanças obtidas pela adoção da

nova forma de geração de energia;

Avaliar o custo de implantação do sistema

Estudar a viabilidade financeira do sistema e determinar o período de retorno.

3 REVISÃO DE LITERATURA

3.1 Ventos

Apesar de ser baseada em um princípio relativamente simples, a produção de energia

elétrica através dos ventos necessita que algumas condições sejam satisfeitas. Inicialmente, a

condição básica para que haja a possibilidade de gerar energia eólica é a presença de ventos

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constantes ao longo do ano. Segundo o Atlas do Potencial Eólico Brasileiro (2001), o vento é o

elemento resultante do deslocamento do ar das zonas de alta pressão para as zonas de baixa

pressão atmosférica, provocando instabilidade através do aquecimento da superfície. A

diferença no gradiente de pressão atmosférica tem influência da energia solar, rotação

planetária, diferença de temperatura, assim como da topografia local.

Entre os Trópicos e o Equador ocorrem os ventos Alísios (NE, SE, L), enquanto que

entre os trópicos e as áreas subpolares encontram-se os ventos de Oeste. O encontro dos ventos

Alísios e de Oeste geram frentes polares promovendo altas variações na velocidade do vento

(SILVA et al., 2003) Quando submetido ao efeito de Coriolis, o vento sofre interferência em

sua trajetória e mantém sua velocidade inalterada. Consequentemente, no hemisfério Sul são

deslocados para direita originando os ventos alísios de sudeste, que ao encontrar-se no Equador

com os ventos alísios de Nordeste, produzidos no hemisfério Norte, formam as Zonas de

Convergência Intertropical (ZCIT) (SANTANA, 2018), representada na figura 2.

Figura 01 - Mapa dos ventos mundial

Fonte: Ramos (2015)

Sob o efeito dos ventos alísios, encontra-se a zona determinada de Zona Litorânea

Norte-Nordeste, uma faixa com 100km de largura que se estende desde o Amapá, até o Cabo

de São Roque, no Rio Grande do Norte. Segundo o último Atlas do potencial eólico brasileiro,

na parte mais ao sul dessa zona, que vai desde o litoral do Maranhão até o RN, podem ser

observados ventos com velocidades médias anuais entre 6m/s até 9m/s a uma altura de 50m do

solo.

De acordo com Castro (2009), o atrito entre o vento e a superfície terrestre tem como

consequência um retardo deste último. As camadas mais baixas de ar retardam as que estão por

cima, resultando numa variação da velocidade média do vento com a altura ao solo. O efeito

dessa força vai se desvanecendo até cessar a aproximadamente 2000 metros. Além de variar

conforme a altura em relação ao solo, a velocidade do vento também está intimamente ligada à

rugosidade da superfície, porque o atrito entre o vento e a camada superficial varia de acordo

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com o tipo de superfície apresentada: uma área plana sem vegetação tente a provocar menos

atrito do que uma floresta, por exemplo.

Outro aspecto importante acerca dos ventos é seu comportamento perante a presença de

obstáculos. Árvores, prédios, formações rochosas influenciam significativamente na velocidade

do vento, diminuindo-a, e também produzem turbulência nos arredores. A figura 03 abaixo

permite visualizar que a escoamento é perturbado à frente, atrás e acima do obstáculo, sendo a

turbulência mais intensa na parte de trás. (CASTRO, 2009).

Figura 02 - turbulência produzida por obstáculo

Fonte: Castro (2009)

3.2 Geração distribuída

Usualmente, a produção de energia eólica é feita em parques eólicos, que exibem

grandes e imponentes aerogeradores, com dezenas de metros de altura e produzem grandes

quantidades de energia elétrica. Tais parques funcionam como uma grande usina, com uma

produção centralizada que é transportada através de grandes redes para seus locais de consumo,

assim como em usinas hidrelétricas ou termelétricas.

Entretanto, existe a modalidade de geração distribuída ou descentralizada, cuja

produção ocorre em pequenas centrais próximas ao consumidor. A definição de geração

distribuída segundo o Instituto Nacional de Eficiência Energética (INEE) é: qualquer fonte

geradora com produção junto ou próximo dos consumidores, independentemente de potência,

tecnologia ou fonte de energia.

Os tipos de fontes para geração de energia distribuída mais usados no mundo são

principalmente eólicas, solares e biomassa, além de geradores a diesel e geradores a gás natural.

É importante lembrar que geradores de energia a diesel, por exemplo, de acordo com as

definições expostas anteriormente também podem ser considerados geração distribuída. De

acordo com Dias (2005), a situação da geração distribuída é bem diferente ao redor do planeta,

como é explicitado a seguir.

3.2.1 Geração distribuída no mundo

No Japão, por exemplo, onde o custo da energia é bastante alto devido a fatores locais.

Sendo assim, 12% de toda a energia consumida no Japão é produzida localmente, em sua maior

parte através de turbinas a gás, vapor e geradores a diesel. Porém, não há ainda a possibilidade

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de venda da energia excedente, como existe atualmente no Brasil. Nos Estados Unidos, pelo

fato de que a energia elétrica possuir um baixo custo, esse percentual cai para 6%, sendo grande

parte geradores a diesel acionados durante períodos em que hajam picos de consumo ou falha

na rede elétrica. Além do preço da energia elétrica barata, alguns fatores atrapalham a

disseminação da geração distribuída de energia nos EUA, entre eles: limitações técnicas

associadas ao uso frequente de redes de distribuição radiais, que não admitem fluxo inverso;

falta de colaboração por parte de algumas concessionárias de distribuição; e altos custos

associados a exigências técnicas de conexão.

Na Holanda existe uma situação oposta: a geração distribuída é responsável por

aproximadamente 40% da produção de energia elétrica. Isso decorre do fato de que o sistema

elétrico holandês é fortemente influenciado pela política de do governo de melhorar a

sustentabilidade energética. O crescimento da geração distribuída foi tão alto que a produção

centralizada teve que sofrer cortes para acomodar o excedente energético. (DIAS, 2005)

3.2.2 Geração distribuída no Brasil

No Brasil, a geração distribuída vem ganhando força principalmente após 2012, com a

resolução normativa 482/2012 da ANEEL, que regulamenta a geração distribuída. (FONSECA

e RAMALHO, 2018).

É frequente no Brasil o uso de geradores a diesel ligados à rede com o objetivo de

fornecer energia em períodos de ponta e/ou falta de energia, porém, a partir da referida

resolução normativa estão surgindo diversas empresas no segmento da geração distribuída,

principalmente no âmbito de energias renováveis. De acordo com a ANEEL, em 2018 já haviam

500MW de potência instalada, sendo a maior fonte a eólica, com 414 MW. No âmbito da

energia eólica, tem-se apenas 10,3 MW, sendo a maioria instalada em empreendimentos

particulares. Tal número é reduzido se comparado com a energia fotovoltaica, por exemplo,

porque o vento, recurso indispensável para a geração eólica, é viável para tal finalidade em

algumas regiões do Nordeste e do Sul.

3.2.3 Aspectos legais na geração distribuída

A resolução 482/2012 da ANEEL regulamenta a geração distribuída, explicitando seus

aspectos legais no tocante a custos de instalação, medição, manutenção e responsabilidades

entre os consumidores e as concessionárias. Dentre os conceitos explicitados na resolução

supracitada estão o de microgeração e minigeração distribuída. Microgeração distribuída refere-

se às centrais geradoras de energia elétrica cuja potência instalada seja de até 75 kW. Já a

minigeração refere-se às centrais geradoras cuja potência instalada seja superior a 75 kW e

inferior a 5MW. Os custos de eventuais mudanças na instalação ficam a cargo da concessionária

no caso de microgeração distribuída e, no caso de minigeração, tais despesas são dever do

próprio consumidor que estiver interessado. Os custos de operação e a medição ficam a cargo

da concessionária, não importando a potência instalada na unidade consumidora. Eventuais

danos ao sistema elétrico, caso sejam comprovadamente ocasionados por irregularidades na

unidade consumidora que tenha micro ou minigeração distribuída fora das normas de operação

da concessionária, implicarão na impossibilidade da utilização dos créditos de energia ativa

geradas no sistema de compensação durante o período.

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3.2.4 Aspectos técnicos na geração distribuída

A grande vantagem existente no sistema de geração distribuída é o sistema de

compensação de energia elétrica, que consiste em injetar na rede elétrica a energia excedente.

Tal excedente se converterá em um saldo de consumo que poderá ser utilizado em até 60

(sessenta) meses.

Em relação aos aspectos técnicos, cada unidade geradora tem o dever de gerar energia

elétrica de acordo com as normas e padrões de qualidade, confiabilidade e segurança da

distribuidora local.

As redes de distribuição em sua maioria são redes do tipo radial, projetadas para operar

de forma unidirecional. Segundo Polizel (2007), a instalação de sistemas de geração distribuída

na rede influencia positivamente o perfil de tensão nos pontos próximos a sua instalação. Em

termos de perdas, os sistemas com geração distribuída apresentam mais perdas do que o sistema

tradicional. A instalação de sistemas de geração distribuída nos sistemas de distribuição altera

a configuração relativa ao fluxo de correntes nos vários ramos do alimentador, o que exige uma

reconfiguração dos dispositivos de proteção.

Dessa forma, a instalação desses sistemas implica em custos adicionais para que não

haja prejuízos na rede e, consequentemente, aos demais consumidores. Existe a possibilidade

de a conexão à rede ser considerada “rasa” ou “profunda”. A conexão rasa necessita de alguns

equipamentos ligados à rede, como medidores bidirecionais, transformadores de corrente (TC)

e transformadores de potência (TP). Já a conexão tipo profunda necessita de mudanças na rede

de maior porte. (POLIZEL, 2007).

3.3 Geração de energia eólica

Segundo Vitorino (2012), a conversão da energia cinética do ar para energia elétrica é

feita por meio de aerogeradores, que são constituídos por um rotor, um multiplicador de

velocidades e um gerador elétrico. O rotor compreende a parte giratória do aerogerador: as pás

e o eixo. São as pás do rotor que captam a energia cinética do vento e convertem em energia

mecânica. As pás são feitas em fibra de vidro ou carbono, pois devem ser leves e ter capacidade

de resistir aos esforços oriundos do movimento circular ao qual elas estarão submetidas. Seu

formato é atualmente baseado nos perfis utilizados em aeronaves, e têm sido constantemente

otimizados, para maximizar a captação da energia eólica e minimizar os ruídos aerodinâmicos

da operação.

As pás são unidas por uma peça de ferro fundido, o cubo da hélice, que por sua vez,

transmite a rotação das pás ao eixo do rotor. O eixo da turbina, por trabalhar em velocidade

angular igual às pás, necessita de uma caixa multiplicadora de velocidades para aumentar a

rotação e fazer com que a rotação esta seja compatível com o gerador. Uma vez que o eixo do

gerador é acionado mecanicamente, haverá conversão de energia mecânica em energia elétrica.

(AMENDOLA, 2007).

A nacele é a estrutura externa que abriga o gerador, caixa de velocidades, entre outras

estruturas. É instalada sobre a torre e sua forma deve ser a mais aerodinâmica possível, a fim

de que os esforços nos componentes do aerogerador e a sombra eólica atrás do mesmo sejam

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minimizados. Ela possui em seu acoplamento com a torre, um mecanismo de rotação, que

permite ao aerogerador operar sempre de frente para o vento, mostrado na imagem abaixo.

Figura 03 - Componentes de aerogeradores

Fonte: Adaptado de Aneel (2019)

Dentro da nacele estão os sistemas de transmissão, que iniciam na ponta do eixo do

rotor, através de uma flange parafusada ao cubo da hélice. O eixo do rotor passa por mancais

de rolamento até a caixa multiplicadora de velocidades, onde as rotações são alteradas até

chegar no sistema de geração. O sistema de geração prioriza e conversão da energia mecânica

em energia elétrica, sob amplitude e frequência constantes. Essa tarefa é bastante complexa,

visto que a energia mecânica de entrada é tão flutuante quanto à velocidade do vento que a

originou; e, para cada valor de velocidade do vento, existe um valor de velocidade de rotação

da turbina que corresponde à máxima captura de energia eólica (AMENDOLA, 2007).

4 METODOLOGIA

A metodologia adotada para o presente trabalho foi dividida em 4 etapas, para delimitar

e facilitar o acompanhamento e conclusão dos objetivos propostos no trabalho, conforme o

fluxograma 1.

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Fluxograma 01- Fluxograma das etapas da metodologia adotada

Fonte: Autor (2019)

4.1 Caracterização da área de estudo

O local de estudo escolhido foi o condomínio Paraíso Maracajaú, em virtude de sua

localização ser privilegiada do ponto de vista de incidência de ventos, além da disposição dos

projetos arquitetônicos, elétricos e de implantação. O condomínio fica localizado no município

de Maxaranguape, no Rio Grande do Norte. Através da plataforma Google Earth foi obtida a

localização geográfica do condomínio, que é um dado muito importante para as etapas

subsequentes. Também foram analisados os projetos elétricos, arquitetônicos e de implantação

dos chalés e do condomínio, juntamente com suas estruturas. Tais projetos foram fornecidos

pela firma que executou o mesmo. Com os projetos em mãos, tomou-se ciência da quantidade

de chalés, dos tipos de estruturas e áreas comuns que existem no condomínio, sua localização

em relação à praia, carga elétrica instalada. Além disso, foi consultado o Atlas do potencial

eólico brasileiro, com o intuito de confirmar a incidência de ventos sobre a região de interesse.

4.2 Levantamento da quantidade de carga

A carga foi levantada tomando-se como base a estimativa dos tempos de utilização dos

diferentes eletrodomésticos presentes no cotidiano. A partir da potência nominal dos

eletrodomésticos, o consumo de energia diário em kWh para um dado eletrodoméstico foi

encontrado apenas pelo produto entre o número de horas de utilização diária estimada e a

potência nominal do aparelho. A energia total consumida em um dia é o somatório da energia

consumida por todos os aparelhos, definida pela seguinte equação 01:

∑ 𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑜 𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑙ℎ𝑜 𝑥 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎çã𝑜𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑙ℎ𝑜 𝑛𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑙ℎ𝑜 1 (1)

Partiu-se da premissa de que em cada chalé seja habitado por quatro pessoas. Em

seguida, calculou-se o consumo a partir de uma tabela fornecida pelo Programa Nacional de

Conservação de Energia Elétrica (PROCEL), que fornece os consumos diários médios para

vários eletrodomésticos em geral. Os diferentes períodos de ocupação analisados foram: de

dezembro a janeiro foi considerado como o período de alta estação, como tendo todos os chalés

ocupados pela totalidade dos dias do mês; de março a novembro foi considerado como período

de baixa estação, sendo apenas considerada ocupação durante os finais de semana.

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Para o cálculo do consumo de energia das áreas comuns do condomínio, foram

considerados os projetos fornecidos pelo projetista que apresentavam a carga instalada por

circuito no empreendimento. Estimando-se o horário de funcionamento das estruturas

associadas às áreas comuns, como iluminação, bombas de recalque e da piscina, guarita, etc.,

que são aproximadamente constantes durante todo o ano, foi encontrado um consumo mensal

por parte do condomínio.

4.3 Análise da capacidade de geração

A análise da capacidade de geração é norteada pela análise dos ventos, uma vez que este

é o recurso primordial para que haja capacidade de geração eólica. A análise dos ventos foi feita

utilizando o Atlas do potencial eólico brasileiro e o Atlas do potencial eólico do Rio Grande do

Norte.

A capacidade de geração foi estimada a partir do vento obtido, através do Atlas do

potencial eólico brasileiro. Através de uma plataforma associada ao Atlas, as velocidades de

vento médias por trimestre a 50m de altura foram obtidas a partir da latitude e longitude

inseridas na plataforma, conforme a tabela 1.

Tabela 01 - Velocidades médias trimestrais de vento a 50m de altitude,

em metro/segundo.

PERÍODO

ALTURA Dez-Fev Mar-Mai Jun-Ago Set-Nov

50m 7,7 7,04 8,76 8,64

Fonte: Adaptado de Atlas do potencial eólico brasileiro, 2001

Uma vez obtidas as médias de velocidade de vento, a potência gerada por um

aerogerador qualquer poderia ser calculado a partir de curva que relaciona a velocidade do vento

com a potência gerada por hora. Cada aerogerador possui uma curva de potência pela

velocidade do vento.

Figura 04- Curva de potência de um aerogerador

Fonte: WEG, 2018

Para o presente trabalho, foram considerados 3 aerogeradores, a título de comparação

entre seus custos de aquisição e suas capacidades geradoras, cujas especificações como potência

nominal e altura da torre e altitude em que se encontra o cubo da hélice estão na tabela 2.

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Tabela 02 - Especificações dos aerogeradores considerados.

MODELO POT. NOMINAL ALTURA DA TORRE ALTITUDE CUBO DO ROTOR

A 10 kW 12 m 15 m

B 20 kW 16 m 19 m

C 30 kW 18 m 21 m

Fonte: Autor, 2019

O entrave que surge remete à altura do vento. A medição realizada através do Atlas do

potencial eólico brasileiro informa as médias de velocidade a uma altura de 50m, porém, a

velocidade utilizada para o cálculo da potência entregue pelo aerogerador deve ser àquela que

incide sobre o cubo do rotor. Dessa forma, existe a necessidade de reduzir a velocidade do vento

para a altura de interesse. De acordo com Castro (2009), utiliza-se a Lei de Prandtl, que

correlaciona a velocidade de vento medida a uma certa altura, com a velocidade de vento a uma

altura de interesse, levando-se em conta a rugosidade superficial do local analisado. A lei de

Prandtl pode ser enunciada pela equação 02 abaixo.

𝑢(𝑧) =𝑢∗

𝑘 𝑥 ln (

𝑧

𝑧0) (2)

Em que u(z) é a velocidade média do vento à altura z, k é a constante de Von Karman,

cujo valor é igual a 0,4, u* é a velocidade de atrito e z0 é o que se define por comprimento

característico da rugosidade do solo. A velocidade de atrito é um parâmetro de difícil obtenção

e varia com a rugosidade do solo. Para questões práticas, quando se possui a velocidade em

uma altura e deseja-se descobrir em outra, utiliza-se a seguinte equação 03, baseada na lei de

Prandtl.

𝑢(𝑧)

𝑢(𝑧𝑅)=

ln (𝑧

𝑧0)

ln (𝑧𝑅

𝑧0) (3)

Em que u(zR) é a velocidade média à altura de referência zR. Para um ambiente costeiro,

tem-se que z0 é da ordem de 0,00025 (CASTRO, 2009). Assim sendo, pôde-se calcular as

velocidades médias para as alturas de interesse de cada aerogerador e mensurar a capacidade

de produção de energia que cada um terá em média

4.4 Análise da viabilidade econômica

Para atestar, ou não, a viabilidade econômica do investimento em um aerogerador, foi

necessário, inicialmente, calcular o impacto que a geração de energia local teria na redução da

conta de energia.

A economia mensal de energia foi calculada através do produto entre o custo do kWh

e a energia fornecida pelo aerogerador. Para a análise da viabilidade foi utilizado o comparativo

entre os valores presentes associados às instalações dos 3 modelos de aerogeradores, além da

instalação convencional. Dessa forma, os valores desembolsados para custear a energia elétrica

junto à concessionária local serão encarados como uma série uniforme de pagamentos, ao longo

de vinte anos, que é a vida útil dos aerogeradores indicada pelo fabricante, cujos juros mensais

serão equivalentes à taxa SELIC mensal do período atual. Portanto, os valores serão atualizados

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para o período 0 (zero), que corresponde ao valor do dinheiro no presente momento. O preço

de cada aerogerador será somado ao valor presente da série de pagamentos associada a ele, e

assim, o valor presente do investimento será mensurado. Caso o valor presente do investimento

de um dado aerogerador for menor que o valor presente associado à instalação convencional

(toda a energia consumida oriunda da concessionária), a viabilidade econômica da instalação

do aerogerador associado será confirmada. Como análise complementar, também foi estudado

o período de retorno, isto é, o período necessário para que o investimento seja recuperado

financeiramente.

5 RESULTADOS E DISCUSSÕES

5.1 Caracterização da área de estudo

O local de estudo escolhido, o condomínio Paraíso Maracajaú, localizado no município

de Maxaranguape, no litoral norte do estado do Rio Grande do Norte, tem as seguintes

coordenadas geográficas: 5º 23’ 45” sul e 35º 18’ 37” oeste. As figuras a seguir indicam a

localização do município de Maxaranguape no Rio Grande do Norte e, do condomínio dentro

da praia de Maracajaú.

Figura 05- Localização do município de Maxaranguape

Fonte: Adaptado de Google, 2019

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Figura 06 - Localização do condomínio

Fonte: Adaptado de Google Maps, 2019

O condomínio é composto por 46 chalés cuja área construída de cada um é de 80m²,

além de área de lazer composta por piscina e algumas áreas de convivência. Também possui

um castelo d’água e duas guaritas, além de um restaurante que fica aberto ao público em geral,

não somente aos condôminos. Um aspecto a se ressaltar é que o condomínio foi construído em

dois terrenos que são separados por uma pequena rua que dá acesso à praia. Dessa forma, existe

uma passarela que dá acesso de uma parte para a outra. Em decorrência dessa particularidade,

existem duas guaritas.

Uma das vantagens analisadas para a geração de energia eólica é, além de sua

localização geográfica - o litoral norte do Rio Grande do Norte se destaca como uma das regiões

aproveitáveis no mundo para a geração de energia eólica -, sob influência dos ventos alísios, o

que contribui para que haja uma maior constância nas distribuição dos ventos durante o ano. O

fato de que é a área em estudo é localizada à beira-mar, ou seja, inexistem obstáculos que

produzam turbulência no fluxo dos ventos, também favorece o potencial eólico da área de

estudo.

Segundo dados extraídos do Atlas do potencial eólico do Rio Grande do Norte, a grande

maioria dos ventos que incidem sob o Rio Grande do Norte estão entre as direções sudeste e

leste, sendo então, do ponto de vista geográfico, aproveitáveis para a geração de energia eólica

no local em estudo, tendo em vista que o condomínio fica à beira-mar da praia, que está

perpendicular à direção leste.

Um aspecto importante a se estudar é o posicionamento do aerogerador dentro da área

do condomínio, de forma que o mesmo possa ficar em um local em que não haja interferência

dos próprios chalés no tocante à turbulência do vento. Assim sendo, o melhor local encontrado

para posicionar o aerogerador foi logo à frente do empreendimento, à frente de todas as

estruturas presentes no condomínio. Vale salientar que não há muro frontal, mas apenas uma

espécie de grade, que não exerce influência significativa no tocante â turbulência.

5.2 Levantamento da quantidade de carga

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Os consumos energéticos calculados para o chalé, com base no período de ocupação de alta

estação e, calculados conforme o exposto anteriormente nesse trabalho encontram-se

sintetizados na tabela 3.

Tabela 03 - Comparação entre os cálculos de consumo energético

usando um mês da alta estação como base.

CONSUMO

MÉTODO

Diário

(kWh) Mensal(kWh)

Estimativa de consumo 64,54 1936,2

PROCEL 38,33 1149,9

Fonte: Autor, 2019

Devido à disparidade de 40,6% encontrada entre as estimativas do consumo, foi adotado

como consumo mensal, tanto no período de baixa estação como de alta estação, a média

aritmética entre os mesmos.

Tabela 04 - Comparação entre os consumos os períodos

de baixa e alta estação.

CONSUMO

PERÍODO Diário (kWh) Mensal(kWh)

Alta estação 51,435 1543,05

Baixa estação 51,435 411,48

Fonte: Autor, 2019

Para o cálculo dos consumos nos períodos de baixa e alta estação já foi considerado

como o consumo diário a média entre as duas metodologias. Dessa forma, o consumo médio de

energia para os chalés foi de 694, kWh/ (mês x chalé) e, foi obtido através da média ponderada

entre os consumos para os diferentes períodos de ocupação considerados.

O valor calculado para o consumo de energia elétrica para o condomínio foi de 6624,4

kWh/mês. O mesmo procedimento foi adotado para estimar o consumo energético do

restaurante, cujo consumo mensal em kWh foi de 9099,78 kWh.

Como o restaurante, apesar de aberto ao público, mas pertence ao condomínio, seu

consumo está associado à conta de energia do condomínio. Dessa forma, para o consumo do

condomínio, tem-se um total de 15.724,18 kWh/mês, o que, ao custo de R$ 0,74/ kWh, se traduz

em um custo mensal somente com energia elétrica de R$ 11.635,89.

5.3 Análise da capacidade de geração

Em consonância com o que foi exposto anteriormente, as médias de velocidades

trimestrais para as alturas de interesse, em m/s, estão na tabela 5:

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Tabela 05 - velocidades de vento corrigidas para alturas de interesse.

VELOCIDADES MÉDIAS POR PERÍODO (m/s)

AEROGERADOR ALTURA Dez-Fev Mar-Mai Jun-Ago Set-Nov

- 50m 7,7 7,04 8,76 8,64

A 15m 6,94 6,35 7,9 7,79

B 19m 7,09 6,48 8,07 7,96

C 21m 7,15 6,54 8,14 8,03

Fonte: Autor, 2019

Lançando mão dos dados de velocidade do vento e das curvas potência por velocidade

do vento, produção de energia mensal para cada tipo de aerogerador em estudo no presente

trabalho pôde ser calculada através da multiplicação entre o período, em horas, e a potência

produzida pelo aerogerador para a velocidade considerada. Os resultados estão explicitados no

gráfico 01:

Gráfico 01- Potência gerada mensalmente em kWh para cada aerogerador

Fonte: Autor, 2019

5.4 Análise da viabilidade econômica

A estimativa de consumo mensal para o condomínio é de, aproximadamente 15.724,18

kWh/mês. O valor mensal de energia pago pelo condomínio é o produto entre o consumo e o

preço unitário de kWh. O custo unitário do kWh é de R$ 0,74. Assim sendo, a despesa mensal

do condomínio com energia elétrica é de, aproximadamente R$ 11.635,89/ mês.

Para a análise da economia proporcionada pela instalação dos aerogeradores, é

conveniente adotar um valor médio para fins de cálculo, logo, a energia fornecida considerada

será a média aritmética entre os valores mensais de energia produzida.

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez

C - 30kW B - 20kW A - 10 kW

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Tabela 06 - média das potências geradas por aerogerador

AEROGERADOR ENERGIA MÉDIA FORNECIDA

(kWh/mês)

A 3623,15

B 9047,71

C 12614,58

Fonte: Autor, 2019

Através dos parâmetros obtidos pelos dados relacionados à localização geográfica,

ventos, consumo de energia e aos aerogeradores, foi possível mensurar a economia gerada pelos

diferentes modelos de aerogeradores e compará-las com o modelo de instalação elétrica

convencional, onde toda a energia elétrica consumida vem direto da rede da concessionária. Os

resultados serão demonstrados na tabela 07 a seguir:

Tabela 07 - resultados financeiros referentes à instalação dos diferentes aerogeradores em

comparação com o modelo em que não há instalação eólica.

AEROGERADOR CUSTO (R$) VALOR PRESENTE ECONOMIA

MENSAL

RETORNO(ANOS)

INVESTIMENTO/LOTE

- - R$1.584.843,80 - - R$0,00

A R$227.370,00 R$1.447.034,82 R$2.682,79 9,42 R$4.942,83

B R$525.470,00 R$1.198.393,26 R$6.699,42 8,46 R$11.423,26

C R$649.900,00 R$963.316,64 R$9.340,54 7,24 R$14.128,26

Fonte: Autor, 2019

A SELIC adotada para os cálculos acima foi a taxa em vigência adotada pelo Banco

Central no atual período, cujo valor é de 6,5% ao ano.

6 CONCLUSÃO

De acordo com Faria (2014), existem 5 (cinco) critérios que devem nortear uma análise

de viabilidade em um dado empreendimento: técnico, comercial, ambiental, social e

econômico. Serão analisados os critérios técnico, ambiental e econômico no presente trabalho.

Apesar de ser uma tecnologia relativamente recente, e pouco utilizada, em comparação

com outros tipos de geração energética, é uma tecnologia confiável, em pleno crescimento e

amplamente aplicada em alguns países onde existem regimes favoráveis de vento, inclusive no

Brasil, principalmente nos estados do Rio Grande do Norte, Bahia e Ceará, com alguns parques

eólicos já em operação no Rio Grande do Norte. Existem diversas empresas atuantes no Brasil

e ao redor do mundo que trabalham com aerogeradores, sendo eles de grande ou pequeno porte.

Também existem empresas que são especializadas em energia eólica, prestando consultorias,

analisando o potencial eólico de diversas localizações, ou atuando na manutenção e operação

das torres eólicas. Assim sendo, não existem grandes dificuldades técnicas a serem suplantadas

no tocante à tecnologia.

Segundo Castro (2009), os impactos ambientais mais severos atrelados aos

aerogeradores estão associados à poluição visual, poluição sonora e à migração de pequenos

pássaros. No tocante à estética, há quem goste da presença de aerogeradores na paisagem, sendo

assim um critério subjetivo. A poluição sonora pode ser um entrave, porém, os níveis de

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decibéis (dB) informados pelo fabricante não foram considerados significativos, tomando-se

como base a recomendação da Organização Mundial da Saúde (OMS), que não indica

exposições prolongadas a ruídos a partir de 50 dB. A Migração de pequenos pássaros pode ser

prejudicada na presença de um grande parque eólico, porém, como se trata apenas de um

aerogerador, posicionado a uma altura que não é considerável, não irá exercer grande influência

em migrações.

Em relação aos benefícios, são vários. Ao se tratar de energia limpa, cujo combustível

é renovável, praticamente inexistem impactos ambientais, principalmente em comparação com

outras formas de geração, incluindo algumas consideradas limpas, como a energia hidrelétrica.

Não existe a emissão de gases nocivos à atmosfera, não há a necessidade de grandes áreas

submersas para a formação de lagos, não existem riscos de contaminação como na energia

nuclear, por exemplo.

Dessa forma, tem-se uma energia produzida localmente, totalmente limpa, sem a

necessidade de linhas de transmissão ou subestações.

A viabilidade foi atestada anteriormente no presente trabalho e é ela que rege a abertura

dessa possibilidade de geração energética local. Foi confirmado que a implantação dos

aerogeradores analisados propiciavam uma redução do valor presente da série de pagamentos

utilizada para mensurar os custos das instalações.

A série de pagamentos analisou os valores gastos com energia e com a aquisição dos

aerogeradores, trazendo todas essas despesas para o mesmo tempo e somando-as, possibilitando

uma análise correta do ponto de vista da matemática financeira. Como todos os aerogeradores

apresentaram valores presentes menores do que a instalação convencional, a viabilidade

econômica foi efetivamente atestada.

O aerogerador C, cuja potência nominal é de 30 kW, apesar de apresentar o maior

investimento inicial, apresentou o menor período de retorno, além do menor valor presente da

série de pagamentos, tendo em vista que sua maior capacidade de geração permitiu uma maior

economia mental no valor da conta de energia, acelerando a recuperação do capital investido

em sua aquisição. Como regra geral para os aerogeradores analisados, quanto maior a potência

nominal dos aerogeradores, maior seu valor de aquisição, mas maior também a economia

proporcionada pelo mesmo, culminando assim em períodos de retornos mais baixos.

Caso houvessem subsídios por parte da união ou do estado, através da isenção de

impostos, menores velocidades médias de vento anuais seriam necessárias para viabilizar tais

tipos de investimento. Seria uma maneira de fomentar a popularização da geração distribuída,

contribuindo com o meio ambiente e promovendo inúmeros benefícios à sociedade. Além de

colocar o Brasil, assim como o Rio Grande do Norte, na vanguarda da geração de energia

sustentável. Segundo Fonseca e Ramalho (2018), o único estado brasileiro que atualmente

apresenta isenção de impostos para minigeração é Minas Gerais.

Portanto, a instalação de aerogeradores no local em estudo foi avaliada como

extremamente positiva, tendo atendido a todos os requisitos de viabilidade estudados:

promovendo benefícios ambientais através da geração de energia por meio de uma fonte limpa

e renovável, gerando impactos ambientais de pouca magnitude, sem grandes barreiras técnicas

envolvidas, além de ser financeiramente viável, tendo sido comprovadamente mais econômico

do que o modelo de instalação elétrica convencional.

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