A ENGENHARIA DAS USINAS EÓLICAS

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20/05/2021 as 21:26
De olho na Engenharia
A ENGENHARIA DAS USINAS EÓLICAS

A energia eólica é uma energia renovável, limpa, produzida a partir da energia cinética de massas de ar em movimento.

A energia do vento movimenta as hélices do aerogerador fornecendo energia mecânica, acionando um gerador elétrico e produzindo energia elétrica. Centenas de aerogeradores são ligados a uma rede de transmissão de energia elétrica. A quantidade de energia cinética fornecida depende da densidade de ar, da área coberta pela rotação das pás e da velocidade do vento.

Segundo o Atlas do Potencial Eólico Brasileiro, elaborado pelo Centro de Pesquisas de Energia Elétrica (Cepel), o maior potencial eólico encontra-se nas regiões Sul e Sudeste e no litoral do Nordeste.

A energia eólica apresenta-se como uma interessante e barata alternativa para complementar o sistema elétrico nacional, historicamente baseado em reservas hídricas e atender o crescimento da demanda no Brasil.

A popularização dos parques eólicos levou as construtoras à otimização das obras civis no segmento. Assim como a obtenção de maior tecnologia das torres eólicas, otimizando a geração de energia.

A concepção de um parque eólico consiste, basicamente, em quatro etapas: a terraplanagem, construção das fundações (base dos aerogeradores), a montagem dos aerogeradores e a implantação da rede que liga à subestação de energia.

Apesar de ser um potencial energético promissor, devem ser analisadas suas vantagens e desvantagens. 

VANTAGES

Baixo impacto ambiental: É uma fonte renovável (ventos), não emite gases poluentes e nem gera resíduos. Além de ser compatível com outros usos do terreno como a produção agrícola.

Longevidade dos equipamentos: Mesmo necessitando de manutenção os equipamentos apresentam uma vida útil de até 25 anos.

Velocidade construtiva: Construção rápida em relação à demais fontes de energia.

DESVANTAGENS

Interferências eletromagnéticas: As hélices da turbina podem refletir as ondas de rádio e televisão, por exemplo, interferindo no sinal obtido. 

Impacto visual e sonoro: Devido a dimensão das máquinas e sua grande visibilidade, e aos ruídos causado pelo fluxo de ar entre as pás e pelo gerador, podem existir restrições à sua instalação em áreas turísticas e residenciais, respectivamente.

Danos à fauna: Deve-se ter cuidado para evitar a instalação em uma rota de migração de aves.

ESTUDO DE IMPLANTAÇÃO

Para que a construção da usina eólica seja viável economicamente, devem ser realizados estudos preliminares na área, com ênfase nos seguintes parâmetros:

– Potencial eólico;

– A vegetação e o solo do local;

– Impactos ambientais;

– Estudo Socioeconômico do local;

– Plano logístico para a distribuição da energia;

O projeto e construção de um parque eólico envolve vários áreas de conhecimento – incluindo meteorologia, aerodinâmica, estruturas, eletricidade – compondo uma equipe multidisciplinar de engenharia, entre elas: civil, mecânica, de produção, ambiental e elétrica, entre outras.

Pode-se dizer que o engenheiro civil atua em 3 áreas diferentes na implantação de parques eólicos: gerenciamento de construção e logística de obras, engenharia de transportes, projeto e construção de fundações de concreto para aerogeradores.

Tal fundação será dimensionada de acordo com a carga da torre, que consiste em seu peso próprio, na carga de vento e no efeito da ação dinâmica das hélices sobre o conjunto. Além disso, deve ser levado em consideração principalmente o tipo de solo encontrado no local.

A instalação das torres pode ser em terra firme (on-shore) ou no mar (off-shore); este último requer cuidados com a estabilidade da torre, tendo atenção principalmente para a estabilidade sobre a água, resistência às correntes e à erosão.

Na base dos aerogeradores on-shore são colocadas estacas para sua incorporação ao bloco da fundação, dando sustentação à torre. Em cada base, antes da concretagem, faz-se a montagem das ferragens e das instalações elétricas necessárias para a transmissão de energia. Por último são conectadas as pás ao gerador.

As torres são montadas e os aerogeradores são conectados às subestações através de cabos subterrâneos.

O Engenheiro civil de obras atua na construção da usina eólica, trabalhando na gestão de materiais, pessoas e dos processos construtivos em geral.

A engenharia de transportes é conduzida por um engenheiro que irá guiar os serviços movimentação de terra e a logística de veículos no canteiro. A terraplenagem se faz necessária para que os longos caminhões, que transportam os elementos dos aerogeradores, sejam capazes de transitar pelo canteiro sem sofrer danos por flexões excessivas nos eixos. Além disso, este engenheiro deve saber como construir estradas provisórias no local da obra – devendo possuir então conhecimentos de mecânica dos solos e geometria de vias.

A CONSTRUÇÃO DAS FUNDAÇÕES

A fundação e a 

concretagem das bases, assim como a configuração do canteiro de obras, são definidas pelas características dos aerogeradores que serão instalados e pelo tipo de solo local.

Devido á heterogeneidade dos terrenos é recomendado que as fundações sejam avaliadas em grupos e, a partir do estudo dessa área, o projeto da fundação será feito. A sondagem do terreno também dá-se em “grupos” o mais próximo possível do local de instalação de cada torre em razão da grande extensão da área de instalação.

A fundação é o elemento estrutural que tem por função transmitir a carga da estrutura ao solo sem provocar ruptura do terreno ou do elemento de ligação.

Há basicamente dois tipos de fundação:

Superficial: a transmissão de cargas é feita através da base. Utilizada quando a superfície do solo é suficientemente resistente.

Profunda: a transmissão de cargas dá-se predominantemente através da superfície lateral. Geralmente é utilizada quando o solo próximo à superfície apresenta baixa resistência, preferindo-se esse tipo de fundação com o uso de estacas.

No Nordeste do Brasil, é indicado a cravação de estacas sobreposta por um bloco de concreto.

ALOCAÇÃO DE ESTACAS Na fundação de aerogeradores, as estacas mais indicadas são as metálicas, pré-moldadas (podem ser fabricadas na obra) e escavadas; estas deverão suportar todos os efeitos aos quais a estrutura será submetida. Elas podem ser rearranjadas da melhor maneira estabelecida pelo projetista: com diferentes inclinações, agrupadas, etc.

BLOCO DE FUNDAÇÃO Elemento de concreto armado engastado nas estacas. Tem a função de transmitir os esforços do mastro do aerogerador para as estacas e depois para o solo.

CONCRETAGEM O concreto deve ser fornecido continuamente, para evitar fissuras de retração. Além de outros cuidados que por vezes podem ser tomados: uso de gelo no concreto ou de um cimento de baixo calor de hidratação inicial (reduz as tensões térmicas internas, prevenindo o aparecimento de trincas que comprometam a integridade estrutural).

COROA DE ANCORAGEM A torre será ligada a essa coroa por meio de parafusos e solda. Enquanto esta será ligada ao bloco por meio do pedestal (após a coroa ser posicionada “dentro” das armações do pedestal é realizada uma nova concretagem).

Posteriormente, uma nova etapa da construção de um parque eólico se inicia: a montagem do aerogerador e, após ela, a instalação elétrica – atividades guiadas por engenheiros mecânico e elétrico, respectivamente. Em seguida, deve-se construir a rede que irá ligar os aerogeradores à subestação elétrica.