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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
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
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
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
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
15
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
16
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:
17
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
18
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
19
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.
20
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