Energia, Energia renovável

Como turbinas eólicas funcionam?

Eu darei uma introdução de como as turbinas eólicas funcionam.

As lâminas

As lâminas das turbinas eólicas têm forma aerodinâmica para poder girar com a força dos ventos. Usa o princípio do aerofólio. Este princípio diz que a pressão abaixo do aerofólio é maior que acima porque o ar se move mais rápido acima da asa devido a maior curvatura.

O material para fazer a lâmina deve ser o mais leve possível, turbinas eólicas usam muitos materiais compósitos, a figura abaixo mostra o interior de uma lâmina.

As lâminas têm um controle de mecanismo de passo para garantir que a frente da lâmina sempre fique apontada na direção do vento.

Dentro da turbina

A hélice é acoplada a um rotor com uma caixa de redução com engrenagem planetária para alcançar alta velocidade, e a caixa de redução é acoplada a um gerador para produzir energia elétrica. Conforme é mostrado na próxima figura.

Esta é a engrenagem planetária.

Conforme mostra a figura mostrada antes, há um freio no exterior para proteger a turbina de condições de ventos excessivos prendendo a rotação da hélice, o anemômetro mede a velocidade e a direção do vento, passando o sinal para um controlador para controlar o motor de guinada para colocar a hélice sempre na direção frontal do vento, isso é necessário porque o vento pode mudar de direção a qualquer momento. Aqui esta o fluxograma do controlador.

A eletricidade produzida pelo gerador vai para um transformador elevador na base da turbina eólica.

Eficiência

De acordo com o limite de Betz, a máxima eficiência que uma turbina eólica pode atingir é 59,3%, porque parte da energia do vento é convertida em energia cinética para girar a turbina, para ter 100% de eficiência você deve tirar 100% do vento, isso ia parar o fluxo e a turbina vai para de se movimentar. Aqui esta a equação para calcular a eficiência da turbina.

Ud – velocidade do vento após passar pela turbina.

Uu – velocidade do vento antes de passar pela turbina.

At – área total da turbina.

ρ – densidade do ar (1.225 kg/at 15 ͦC and 1 atm).

Este gráfico mostra que a melhor taxa de velocidade de saída/velocidade de entrada é 1/3, em outras palavras, para ter máxima eficiência a velocidade do vento após passar pela turbina deve ser um terço da velocidade do vento antes de passar pela turbina.

Por quê 3 lâminas

Por quê as turbinas têm 3 lâminas, em vez de 4, 5 ou 2? Mais lâminas significa maior custo e maior peso e deve-se ter maior torque e menos velocidade e para produzir eletricidade velocidade é mais importante que torque. Poucas lâminas vão causar instabilidade por girar mais rápido que o necessário e o material precisa resistir a um maior stress, aumentando custo. Este video mostra o que acontece quando uma turbina encontra  um vento violento.

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About Pedro Ney Stroski

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