O efeito Doppler e a sua importância para o mundo moderno.

Por Jorge Paulino

Engenheiro Eletricista e de Produção

O efeito Doppler é um fenômeno que pode ser descrito da seguinte forma: uma alteração da frequência sonora percebida pelo observador em virtude do movimento relativo de uma aproximação ou de um afastamento entre a fonte e o observador.

Podemos exemplificar como exemplo, uma viatura com a sirene ligada e um observador. Na condição de aproximação do observador o som é mais agudo e quando ela se afasta o som é mais grave.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/90/Dopplerfrequenz.gif

Segundo o físico austríaco Christian Johann Doppler - a frequência do som percebida por um observador depende do movimento relativo entre a fonte emissora do som e o observador.

O fenômeno descrito por Doppler, tornou-se mais e mais presente no nosso dia a dia, principalmente através da evolução dos estudos desses fenômenos.

Presente hoje na medicina, nas comunicações, na astronomia, nos transportes entre outras; o efeito Doppler é utilizado para medir a velocidade de objetos através de ondas que são emitidas por aparelhos baseados em radiofrequência ou lasers como, por exemplo, os radares.

Na astronomia esse fenômeno é utilizado para medir a velocidade relativa das estrelas e outros objetos celestes em relação ao planeta Terra. 

http://spot.pcc.edu/~aodman/physics%20122/light-electro-pictures/doppler.jpg

E na medicina o efeito Doppler é utilizado nos exames de ecocardiograma para medir a direção e a velocidade do fluxo sanguíneo ou do tecido cardíaco. O efeito Doppler também é de extrema importância em comunicações a partir de objetos em rápido movimento, como no caso dos satélites.

http://www.if.ufrgs.br/mpef/mef008/mef008_02/Marcia/index%20html%20pg3.html

O efeito Doppler na luz, se manifesta na mudança de cor – seria o caso de um observador se aproximando de um sinal de trânsito que está vermelho, nesse caso a coloração vermelha mais intensa se ela estiver parada, pois a frequência de onda luminosa é maior do que quando a pessoa está em movimento.

A Fórmula do efeito Doppler é dada por: 

F0 = Ff ( V (+ -) V0 ) / ( V(+ -)Vf )

Onde:

Fo: frequência captada pelo observador;

V: velocidade da onda;

Ff: frequência da fonte;

Vo: velocidade do observador;

Vf: velocidade da fonte

Define-se observador como o "ponto de análise para a frequência aparente da onda", podendo ser um objeto sensível, ou uma pessoa.

Ondas emitidas por objetos estáticos se propagam em todas as direções de maneira uniforme. Seu comprimento de onda é λ=2π/β, sendo β uma constante que define o meio pelo qual a onda de propaga, chamada constante de fase.

A velocidade de fase da onda é dada por Vf =λf, logo λ=Vf / f .

Quando um objeto está em movimento, as ondas emitidas estão em pontos diferentes ao longo da trajetória e implica que cada onda emitida está mais próxima da onda anteriormente emitida, logo seu comprimento de onda tem um valor diferente, dependendo do ponto onde se observe a onda. 

http://www.coladaweb.com/files/efeito-doppler.JPG

O comprimento de onda observado é maior ou menor conforme sua fonte se afaste ou se aproxime do observador; se o comprimento de onda variar, a sua frequência variará também.

Fontes:

 http://pt.wikipedia.org/wiki/Efeito_Doppler

 http://www.brasilescola.com/fisica/o-efeito-doppler.htm

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A energia através dos ventos – Parte 3

Por Jorge Paulino

Engenheiro Eletricista e de Produção

A influência das massas de ar na geração eólica no Brasil

São deslocamentos de “ar”, com características do local em que se formam, através dos ventos.

Os Ventos sempre saem da região de alta pressão (anticiclone) para uma de baixa (ciclone).

As Massas podem ser Quentes ou Frias, Úmidas ou Secas.

O nome das massas obedece a uma regra: a primeira é m (de massa), a segunda é Maiúscula indicando a origem (exemplo Polar) e a terceira letra minúscula indicando se é continental (c) ou de um oceano. No Brasil agem cinco Massas de Ar, veja suas Características:

mEa - Equatorial Atlântica – quente e úmida, com atuação no litoral setentrional principalmente no Verão.

mEc - Equatorial Continental – quente e úmida, com maior intensidade no verão, provoca chuvas em grande parte do país (forma-se na região da Amazônia o que explica sua umidade mesmo sendo Continental).

mTc - Tropical Continental – quente e seca, forte no Verão e atua mais no Centro do Brasil e Pantanal.

mTa - Tropical Atlântica – quente e úmida, mais intensa no inverno (junto com a mPa causa chuvas frontais no Sul e litoral leste e chuvas orográficas nas encostas das serras nos planaltos ao longo do litoral).

(mPa - Polar Atlântica – fria e úmida, mais atuante no inverno, quando provocam geadas no Sul e Sudeste, chuvas frontais no litoral e Friagem na Amazônia).

Mapa com os mecanismos das Massas de Ar Brasileiras no Verão e no Inverno

Potencial de produção de energia eólica no Brasil

A primeira turbina de energia eólica do Brasil foi instalada na ilha de Fernando de Noronha em 1992, já em 2009, o Brasil chegava a 36 parques eólicos e totalizando uma capacidade instalada de 602 MW.

No Brasil os principais parques se encontram localizados nas regiões Nordeste (cinco estados), Sul (três estados) e Sudeste (um estado), a intensidade de geração é maior nos meses de junho a dezembro.

A participação da energia eólica na geração de energia elétrica ainda é pequena se comparada com a totalidade da matriz energética, destacando-se Taíba e Prainha, no Estado do Ceará e Parque Eólico de Osório localizado na cidade de Osório, Rio Grande do Sul.

O Parque Eólico de Osório possui uma das mais avançadas tecnologias, com 75 torres de 98 metros de altura cada uma, instalado no morro à aproximadamente 370m acima do nível do mar, é um dos maiores projetos de energia eólica da América Latina, gerando 150 MW de potência e colocando o Brasil no mapa mundial do desenvolvimento sustentável e em sintonia com as nações mais desenvolvidas do planeta.

O Brasil é favorecido em termos de ventos, privilegiado principalmente por uma presença de vento estimado em duas vezes superior à média mundial e possuindo uma volatilidade (oscilação da velocidade) de 5%, dando assim uma maior previsibilidade ao volume que poderá ser produzido.

O mapa de deslocamento dos ventos no Brasil mostra  que possuímos a característica de termos um maior deslocamento nos períodos de estiagem, sendo assim, é possível operar as usinas eólicas em sistema complementar/paralelo com as usinas hidrelétricas, preservando a água dos reservatórios nestes períodos.

A nova fronteira da utilização da energia eólica está em instalações do tipo off-shore, que apesar de representar instalações de maior custo em transporte, instalação e manutenção, tem havido um crescimento a cada ano principalmente com o esgotamento de áreas de grande potencial eólico.

http://www.esjcp.pt/areaprojecto/Site_GrupoD_EnergiasRenovaveis/assets/Eolica_constituicao_painel/energia_eolica_offshore.png

A indústria eólica tem feito grandes investimentos em projetos e estudos para o desenvolvimento tecnológico da adaptação das turbinas eólicas convencionais para uso no mar.

http://www.4shared.com/photo/fRr-4B08/1_aerogerador_montado_offshore.html

Os projetos off-shore necessitam de especificidades e estratégias especiais, principalmente na coordenação nos transportes das máquinas, controle na sua instalação e definições nas técnicas de operação, e pela necessidade de condições marítimas que propiciem um deslocamento e uma instalação com segurança.

Na França, está em funcionamento o maior aerogerador off-shore do mundo - o Haliade 150, com uma capacidade de 6 megawatts (MW), instalado no parque de Carnet, próximo à cidade de Saint-Nazare, na França. Projeto desenvolvido pela Alstom Group, a Alstom é fornecedora do consórcio vencedor da licitação do governo francês para energia eólica que vai desde a tecnologia até a montagem, e operação do Parque Eólico.

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A energia através dos ventos – Parte 2

Por Jorge Paulino

Engenheiro Eletricista e de Produção

O Potencial eólico no Brasil

Para o cálculo do recurso eólico disponível, estudamos o comportamento estatístico do vento durante 24 horas, sempre distribuído pelos meses e pelas estações do ano, leva-se também em consideração todos os parâmetros regionais e locais.

Potencial eólico no Brasil – imagem disponível em http://www.cresesb.cepel.br/publicacoes/download/atlas_eolico/Atlas%20do%20Potencial%20Eolico%20Brasileiro.pdf

O vento é influenciado pelas formas do relevo, a rugosidade do terreno, o efeito orográfico que variarão sobre o seu comportamento com a altura do local e a presença de obstáculos nos em tornos.

Tecnicamente apenas 2% de toda a energia solar será transformada em condições propícias de vento, o estudo ao longo do dia, tendo em vista que a velocidade do vento poderá variar significativamente em curtas distâncias.

Apesar das variações dos parâmetros topográficos, as velocidades dos ventos também variam o seu comportamento com a altura, ocasionando a redução ou aceleração na velocidade do vento. 

Mapas dos ventos no Brasil – imagem disponível em http://www.passeiweb.com/saiba_mais/voce_sabia/imagens/energia_eolica_brasil.gif

Quando se decide na instalação de um parque eólico, é preciso ter um levantamento detalhado das características do local, principalmente todas as condições do terreno no qual se pretende instalar os aerogeradores, nomeadamente os desníveis do terreno, a existência de obstáculos e a orografia da área para se obter o melhor rendimento possível.

Os desníveis do terreno diminuem a velocidade do vento, sendo que obstáculos (como, por exemplo, a presença de árvores ou edifícios), e as superfícies acidentadas provocam turbulências que incidem negativamente no aproveitamento do vento. Estes fatores provocam, além dos já referidos, um maior desgaste nos aerogeradores.

Por outro lado, aproveitar a orografia da área é sinônimo de vantagens e de maior rendimento e eficiência, assim, uma boa opção pode ser situar os aerogeradores em “zonas túnel”, ou entre duas elevações, onde a velocidade do vento é geralmente maior.

Sentido dos ventos e velocidade conforme a altura – imagem disponível em  http://meteoroufpel.blogspot.com.br/

Também é muito frequente instalar os parques eólicos nos topos de colinas, já que a maiores altitudes, a velocidade do vento também o será. 

Imagem de Parque Eólico em montes de Portugal

Fontes:

EDP - EDP Energias de Portugal - http://www.edprenovaveis.com/Technology/WindTechnology/WindMarket

Alstom Group - http://www.alstom.com/power/renewables/wind/offshore-wind-turbines/

ANEEL - http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/atlas/pdf/06-Energia_Eolica(3).pdf

http://www.passeiweb.com/saiba_mais/voce_sabia/imagens/energia_eolica_brasil.gif

http://www.cresesb.cepel.br/publicacoes/download/atlas_eolico/Atlas%20do%20Potencial%20Eolico%20Brasileiro.pdf

Assista aos Videos do Canal Engenharia:  http://engenharianodiaadia.blogspot.com.br/p/engenharia-em-videos.html   e  http://youtu.be/uw3EJdXH3KE

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A energia através dos ventos – Parte 1

Por Jorge Paulino

Engenheiro Eletricista e de Produção

A Europa investe em novas fontes de geração de Energia

A Europa há milhares de anos utiliza o vento como uma das formas de facilitar as suas necessidades em energia.  Inicialmente o uso da energia dos ventos era utilizado na navegação, no bombeamento de água e na força motriz das atividades industriais.

Na Europa de hoje, os Parques Eólicos são a principal aposta para a salvação econômica e diminuição da dependência externa, principalmente com as importações dos derivados de Petróleo, face ao incremento no consumo de energia e consequente necessidade de novas usinas de geração de energia. 

Dinamarca, Espanha, Inglaterra e Portugal, investem fortemente nesta energia renovável e limpa; França e Itália enfrentam diversos problemas referentes às conexões de redes inadequadas, à necessidades de investimentos e principalmente a uma forte pressão sobre as zonas de proteção ambiental.

Moinhos nos montes de Portugal –

Imagem disponível em http://www.flickr.com/photos/peetosga/5263996549/sizes/m/in/photostream/

As eólicas em Portugal contribuem com mais de 15% de toda a energia gerada no país e está ampliando a sua capacidade de energia eólica, passando de 3.535 megawatts em 2009 para 5.300 megawatts até 2012/2013

Parque Eólico - Portugal

Através da EDP, Portugal passou a investir fortemente na modernização da sua malha de geração, investindo em sistemas mistos e estrutura local descentralizada - tanto em regiões longínquas e desprovidas de redes de distribuição de energia - ou através de grandes “parques eólicos” constituídos por vários aerogeradores conectados com as redes elétricas.

Foto: Arquivo próprio

Apresentando como característica de um projeto em que mais turbinas podem ser adicionadas para cada estação geradora, Portugal poderá aumentar gradualmente a produção de eletricidade, regionalizando conforme o crescimento da demanda prevista necessária e da demanda prevista futura. 

Foto: Arquivo próprio

A Espanha está entre os melhores países em produção de energia eólica do mundo, possui uma capacidade instalada de 19.740 megawatts. 

Com 26.000 megawatts, a Alemanha é hoje a líder na Europa em geração em energia eólica, com uma estratégia de se tornar líder mundial e detentora da maior matriz energética em geração eólica, porém sofre com as instabilidades constantes dos padrões irregulares de vento do país. 

Alemanha	26.000 megawatts
Espanha	19.740 megawatts
Itália	4.850 megawatts
França	4.492 megawatts
Inglaterra	4.000 megawatts
Portugal	3.535 megawatts
Dinamarca	3.465 megawatts.

A capacidade instalada de geração elétrica por  eólicas na Europa.

Fonte: http://sustentabilidade.allianz.com.br/energia/?747/Os-dez-melhores-paises-em-energia-eolica

A produção de energia elétrica na Europa apresenta dados expressivos, por cada 24 horas, temos hoje quase quatro horas em média, de energia com a origem no vento e com previsão de crescimento das potencialidades desta geração. 

O que é a energia dos ventos, qual a sua origem e como utilizá-la? 

A definição é simples; é o aproveitamento da energia cinética contida no vento para produzir energia mecânica e através de uma engrenagem a qual chamamos de multiplicador de velocidade, pode a seguir ser transformada em energia elétrica por um gerador elétrico.

A origem da energia eólica está no sol, que ao aquecer de forma não uniforme a superfície da Terrestre, cria zonas com maior impacto solar, fazendo o ar aquecer de forma desigual e formando diferentes núcleos de pressões e consequente diferença de pressões, criando deslocamento das massas de ar.

O ar quando em movimento cria uma pressão nas pás, que dão aproximadamente de 10 a 25 voltas por minuto, quando o vento atinge frontalmente as pás, o conjunto mecânico (dentro da nacele) presos ao rotor, movimentam-se girando um eixo que impulsiona um gerador.
O máximo aproveitamento da força dos ventos é dado através do agrupamento dos aerogeradores - os chamados Parques Eólicos; obtendo as maiores quantidades de energia.

Através de investimentos em pesquisas e em tecnologia, novos modelos de Aerogeradores são desenvolvidos com modernas turbinas eólicas e de alta eficiência energética, com potências variando de 2 a 5 MW cada uma, um parque eólico de 100 MW com 65 a 150 turbinas, pode fornecer eletricidade suficiente para alimentar anualmente até 45 000 casas. 

Diagrama disponível em  http://www.notapositiva.com/pt/trbestbs/geografia/imagens/10_energia_eolica01.jpg

Automatizadas, hoje, essas turbinas eólicas possuem sistemas de orientação controlados por computador, alcançando o máximo rendimento em operação, podendo captar o vento de qualquer direção; todas as turbinas eólicas modernas rodam automaticamente a turbina e alinham as pás com a direção do vento.

Fontes:

EDP - EDP Energias de Portugal - http://www.edprenovaveis.com/Technology/WindTechnology/WindMarket)

Alstom Group - http://www.alstom.com/power/renewables/wind/offshore-wind-turbines/

ANEEL - http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/atlas/pdf/06-Energia_Eolica(3).pdf

Assista aos Videos do Canal Engenharia:  http://engenharianodiaadia.blogspot.com.br/p/engenharia-em-videos.html e  http://youtu.be/uw3EJdXH3KE

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