Adaptação de um Moinho de Água
para Produção de Electricidade
Introdução
Antigamente, existiam milhares de moinhos de água em Portugal. Estes moinhos representam um potencial energético local significativo, que pode ser aproveitado para produzir electricidade de forma sustentável, com um retorno do investimento estimado entre 5% e 12%.
Este estudo apresenta questões técnicas e recomendações para avaliar a viabilidade da adaptação de um moinho para geração de energia.
Finalidade do Aproveitamento
O sistema será projectado para operar no regime de microprodução para autoconsumo, ligado à rede pública. Será equipado com um contador bidireccional, permitindo que o excedente da energia gerada seja injectado na rede e remunerado.
Aspectos Legais
A instalação e operação da micro-hídrica seguirão a legislação em vigor, conforme detalhado no site da Renováveis na Hora.
Infra-estrutura Existente
Açude e Levada
Espera-se que o açude e a levada estejam em condições razoáveis, necessitando apenas de pequenas reparações.
Caudal Disponível
Para avaliar a capacidade da levada, recomenda-se a medição do caudal. Um estudo prévio das disponibilidades hídricas apresentou os seguintes resultados:
- Caudal escolhido para o projecto: 200 l/s
- Disponibilidade: 112 dias/ano (média)
Queda Bruta e Queda Útil
A queda bruta foi medida entre o nível final da levada e o rodízio, totalizando 4 metros.
A queda útil leva em consideração perdas no sistema:
- Perdas na entrada do tubo (0,1 m)
- Perdas na conduta forçada (8 m de comprimento, diâmetro 300 mm)
Resultado: A queda útil efectiva é 3,71 metros.
Escolha da Turbina
Para garantir a viabilidade económica, a turbina escolhida deve ser simples e eficiente. As opções incluem Pelton, Turgo, Cross-flow e a Roda de água de tipo Cross-flow de eixo vertical.
Com base no caudal e queda disponíveis, a escolha mais adequada é a Turbina Cross-flow.
Parâmetros da Turbina
Resultados:
- Potência no veio da turbina: 5,68 kW
- Velocidade de rotação: 295 rpm
- Velocidade de embalamento: 531 rpm
- Diâmetro do rotor: 282 mm
- Largura do rotor: 433 mm
Escolha do Gerador
O gerador mais adequado para este tipo de instalação é um motor eléctrico assíncrono a operar em modo de gerador.
Modelo escolhido:
- Motor trifásico 4 kW (opção mais potente: 5,5 kW)
- Velocidade nominal 1440 rpm
- Rendimento 86,8%
Resultado: A velocidade ideal do gerador é 1560 rpm.
Transmissão
A potência no veio da turbina é de 5,68 kW (5680 W), com uma velocidade de rotação de 295 rpm, enquanto o gerador opera a 1560 rpm. Para conectar ambos os elementos de forma eficiente, será utilizada uma transmissão por correia V-belt, garantindo um ajuste adequado da velocidade sem perdas excessivas de potência.
Cálculo da Relação de Transmissão
A relação de transmissão é determinada pela fórmula:
Rt = ngerador / nturbina
Onde:
- ngerador = 1560 rpm (rotação do gerador)
- nturbina = 295 rpm (rotação da turbina)
Rt = 1560 / 295 = 5,29
Dado que a relação de transmissão é 5,29, a solução adoptada será uma transmissão de um único nível. Para isso, podem ser seleccionadas polias normalizadas com os seguintes diâmetros:
- Polia na turbina: 450 mm
- Polia no gerador: 85 mm
O sistema de transmissão deve ser correctamente tensionado para evitar deslizamentos, garantindo eficiência e durabilidade da correia.
Potência na Saída da Transmissão
Após as perdas mecânicas no sistema de transmissão, a potência útil na saída pode ser estimada. Assumindo um rendimento típico de 95% para um sistema bem ajustado, a potência transmitida será:
Ptr = Pturb × ηtransmissao
Onde:
- Pturb = 5,68 kW (potência no veio da turbina)
- ηtransmissao = 95% (0,95)
Ptr = 5,68 × 0,95 = 5,40 kW
Potência nos Bornes do Gerador
A potência eléctrica gerada é calculada pela equação:
Pger = Ptr × ηger
Onde:
- Ptr = 5,40 kW (potência na transmissão)
- ηger = 86,8% (0,868) (rendimento do gerador)
Pger = 5,40 × 0,868 = 4,69 kW
Desta forma, o gerador entregará 4,69 kW à rede.
Sobrecarga do Gerador
O gerador escolhido tem uma potência nominal de 4 kW, pelo que, à plena potência, estará sobrecarregado em 17%:
4,69 / 4 = 1,17 (17% de sobrecarga)
Os motores/geradores assíncronos suportam bem sobrecargas até 10%, e podem operar com até 20% se estiverem bem refrigerados. Assim, este nível de sobrecarga é aceitável para o sistema.
Modo de Funcionamento
O sistema opera de forma simples e automática, sem necessidade de controlo de velocidade, tensão ou sincronização.
- O gerador assíncrono será equipado com condensadores para compensação de energia reactiva.
- Em caso de falha da rede, um sistema de segurança irá fechar a turbina e desligar o gerador.
Conclusão
A adaptação de um moinho para geração eléctrica é uma solução viável, eficiente e sustentável. Com um investimento relativamente baixo, é possível garantir:
- ✅ Geração estável de energia durante todo o ano.
- ✅ Baixos custos operacionais e de manutenção.
- ✅ Funcionamento automático sem necessidade de regulação complexa.
Este estudo fornece uma base técnica sólida para a implementação do projecto. Se precisar de mais informações ou dos desenhos técnicos da turbina, entre em contacto.
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