Entendendo a turbina eólica

Nos Estados Unidos hoje, uma turbina eólica é uma das formas mais comuns e limpas de gerar energia. Essa geração de energia ocorre desde um enorme parque eólico até pequenas turbinas que alimentam uma única casa. Turbinas eólicas em todo o mundo produzem eletricidade limpa que é capaz de atender a uma variedade de necessidades de energia.

Hoje você conhecerá a definição, aplicações, função, componentes, diagrama, tipos e funcionamento de uma turbina eólica. Você também conhecerá as vantagens e desvantagens desses tipos de turbinas eólicas.

O que é uma turbina eólica?

Uma turbina eólica é uma máquina que converte a energia cinética do vento em eletricidade limpa. Também pode ser visto como um dispositivo que converte a energia cinética do vento em energia elétrica limpa e renovável.

A turbina possui pás que giram entre 13 e 20 rotações por minuto, embora dependa da tecnologia. Isso pode ser devido a uma velocidade constante ou variável, ou seja, a velocidade do rotor difere em relação à velocidade do vento. Isso muitas vezes ajuda a alcançar uma maior eficiência.

As turbinas eólicas são projetadas para ter uma vida média de mais de 25 anos. A rápida evolução da tecnologia eólica trouxe um aumento na durabilidade e usabilidade das turbinas eólicas.

As turbinas eólicas têm uma ampla gama de tamanhos e tipos, eixos horizontais ou verticais. Eles podem ser chamados de parques eólicos onde centenas de milhares de grandes turbinas estão instaladas. Eles geram mais de 650 gigawatts de energia, com 60 GW adicionados a cada ano, o que os torna uma fonte cada vez mais importante de energia renovável intermitente. A maioria dos países emprega turbinas eólicas para reduzir os custos de energia e reduzir o uso de combustíveis fósseis.

Aplicações da turbina eólica

As aplicações de uma turbina eólica são tão vastas, pois a energia é necessária em quase todos os fenômenos humanos. Desde o início do uso da energia eólica, ela tem sido usada para gerar energia mecânica. Já em 5000 a.C., os egípcios usam a energia eólica para impulsionar barcos ao longo do rio Nilo. Colono americano usa o sistema para bombear água, moer grãos e cortar madeira em serrarias.

Hoje, turbinas eólicas menores são usadas para aplicações como sinais de alerta de tráfego de energia, carregamento de bateria para energia auxiliar para barcos ou caravanas. As turbinas maiores são projetadas para contribuir para o fornecimento de energia doméstica, pois a energia não utilizada é vendida de volta ao fornecedor de serviços públicos através da rede elétrica.

Além disso, em grandes turbinas, suas aplicações são para fornecer energia à rede, que varia de 100 quilowatts a vários megawatts. Essas turbinas em escala de utilidade são frequentemente agrupadas em parques eólicos para que uma quantidade maior de eletricidade possa ser produzida. Energia suficiente produzida será capaz de abastecer dezenas de milhares de residências.

Em pequenas turbinas eólicas, elas normalmente ficam próximas às aplicações que irão alimentar, por exemplo, próximo a estações de bombeamento de água, residências, antenas de telecomunicações, etc. ela gera até 100 quilowatts. Essa turbina às vezes é conectada a geradores a diesel, baterias e sistemas fotovoltaicos. Também é chamado de sistema eólico híbrido.

Finalmente, as turbinas eólicas offshore tendem a ser maciças e mais altas. Eles são capazes de capturar poderosos ventos oceânicos e gerar uma grande quantidade de energia de cerca de 4.000 gigawatts de eletricidade. É frequentemente usado em muitos países para aproveitar a energia forte.

Observação :a principal função de uma turbina eólica é gerar energia ou usá-la diretamente para energia mecânica.

Componentes de uma turbina eólica

As turbinas eólicas convertem a energia eólica em energia elétrica para distribuição. Abaixo estão os componentes das turbinas convencionais de eixo horizontal.

• O rotor – custou aproximadamente 20% do custo do dispositivo, incluindo as pás que convertem a energia eólica em energia rotacional de baixa velocidade.
• Gerador – levou cerca de 34% do custo da turbina eólica, incluindo o gerador elétrico, a eletrônica de controle e a caixa de engrenagens mais provável (por exemplo, caixa de engrenagens planetárias), acionamento de velocidade ajustável ou transmissão continuamente variável. Esses componentes da turbina eólica são responsáveis ​​por converter a rotação de entrada de baixa velocidade em rotação de alta velocidade adequada para gerar eletricidade.
• Estrutura envolvente – é aproximadamente 15% do custo da turbina eólica, inclui o mecanismo de guinada da torre e do rotor.

Diagrama de um sistema de turbina eólica:

Tipos de turbinas eólicas

Existem basicamente dois tipos de turbinas eólicas:o eixo horizontal e o eixo vertical.

Turbinas eólicas de eixo horizontal:

A maioria dos usos de turbinas eólicas hoje é o eixo horizontal, o que significa que as pás estilo hélice são projetadas para girar em torno de um eixo horizontal. Esses tipos de turbinas eólicas são a favor do vento, ou seja, o vento atinge as pás antes da torre. Downwind é o outro tipo, onde o vento atinge a torre antes das pás.

O upwind utiliza um acionamento de guinada e motor, componentes que giram a nacele para manter o rotor voltado para o vento quando a direção de sua mudança. Isso é obtido usando um sensor de vento montado no sistema de guinada para turbinas maiores. Pequenas turbinas são apontadas por um simples cata-vento.

Uma turbina eólica de eixo horizontal é abreviada como HAWT. É comum hoje que grandes turbinas eólicas de eixo horizontal de três pás com pás contra o vento da torre produzam a esmagadora maioria da energia eólica no mundo hoje.

Os tipos de turbinas a favor do vento foram construídos para eliminar algum mecanismo adicional para mantê-los alinhados com o vento. Suas pás são projetadas para dobrar em ventos fortes, o que reduz sua área de varredura e, portanto, sua resistência ao vento.

Apesar dos benefícios que as ofertas a favor do vento, os projetos a favor do vento ainda são preferidos. Isso ocorre porque a mudança na carga do vento à medida que cada pá passa por trás da torre de suporte pode danificar a turbina.

Turbinas eólicas de eixo vertical:

As turbinas eólicas de eixo vertical ou VAWTs têm o eixo do rotor principal disposto verticalmente. O objetivo deste arranjo é que não há necessidade de a turbina apontar o vento para eficácia. Esta é uma vantagem para locais onde a direção do vento é altamente variável. Também é um benefício quando a turbina é integrada a um edifício porque é inerentemente menos direcionável.

Nesses tipos de turbinas eólicas, o gerador e a caixa de engrenagens podem ser colocados próximos ao solo usando um acionamento direto do conjunto do rotor para a caixa de engrenagens baseada no solo. Isso melhora a acessibilidade para manutenção. No entanto, esses projetos oferecem muito menos energia média ao longo do tempo, o que é uma grande desvantagem.

Os tipos de turbinas verticais têm eficiência muito menor do que os projetos horizontais. Uma velocidade de rotação relativamente baixa com o consequente maior torque e maior custo do trem de força também afeta o sistema. Esses tipos de turbinas eólicas se dividem em dois projetos principais:

Turbina baseada em arrasto ou Savonius – geralmente possuem rotores com palhetas sólidas que giram em torno de um eixo vertical.

Turbina baseada em elevador ou Darrieus – têm um estilo de aerofólio alto e vertical, embora alguns pareçam ter uma forma de batedor de ovos. Uma torre de vento é um tipo de turbina baseada em elevador, embora ainda esteja passando por testes independentes.

Funcionamento de uma turbina eólica

O funcionamento de uma turbina eólica é menos complexo e pode ser facilmente compreendido. A maioria das turbinas eólicas consiste em três pás, embora aquelas com duas pás sejam comuns. Essas lâminas são montadas em uma torre feita de aço tubular. A turbina faz uso de velocidades de vento mais rápidas encontradas em altitudes mais altas, já que a torre está a 100 pés ou mais acima do solo.

A energia do vento é captada pelas pás semelhantes a hélices, parecendo uma asa de avião. Assim, quando o vento sopra, forma-se uma bolsa de ar de baixa pressão em um lado da lâmina. Essa bolsa de ar de baixa pressão puxa a lâmina em direção a ela, fazendo o rotor girar. Isso é conhecido como elevador. A força da esquerda é muito mais forte do que a força do vento contra a parte frontal da lâmina, que é chamada de arrasto. A combinação de sustentação e arrasto faz com que o rotor gire como uma hélice.

Uma série de engrenagens são usadas para aumentar a rotação do rotor de cerca de 18 rotações por minuto. Isso é aproximadamente 1.800 rotações por minuto, o que permite que o gerador da turbina produza eletricidade CA.

Assim como dito anteriormente, a nacele é a parte que abriga alguns componentes-chave da turbina. Estes incluem rotores, engrenagens e geradores, montados no topo da torre da turbina. Essas naceles são grandes o suficiente. Outra parte importante é o controlador da turbina, que evita que as velocidades do rotor ultrapassem 55 mph. Isso ajuda a manter o sistema protegido contra ventos fortes.

Um anemômetro é usado em um sistema para medir continuamente a velocidade do vento e enviar os dados para o controlador. A nacele também contém um freio que para o rotor mecanicamente, eletricamente ou hidraulicamente em caso de emergência.

Assista ao vídeo abaixo para saber mais sobre o funcionamento da turbina eólica:

Vantagens e desvantagens das turbinas eólicas

Vantagens:

Abaixo estão os benefícios das turbinas eólicas em suas diversas aplicações:

• HAWT com uma torre alta, base dá acesso a um vento mais forte em locais com cisalhamento de vento.
• Alta eficiência, pois as pás se movem perpendicularmente ao vento, recebendo energia durante toda a rotação em HAWT.

Para VAWT

• Eles produzem eletricidade em qualquer direção do vento
• Baixo custo de produção quando comparado aos aerogeradores de eixo horizontal.
• Não é necessária uma torre de suporte forte
• Fácil de transportar de um lugar para outro
• Baixo custo de manutenção.
• Pode ser instalado em área urbana.

Desvantagens

Apesar das boas vantagens destes tipos de aerogeradores, ainda ocorrem algumas limitações. Abaixo estão as desvantagens de uma turbina eólica.

Para HAWT:

• É necessária uma construção maciça de torre.
• Componentes como caixa de engrenagens, eixo do rotor e conjunto do freio estão sendo levantados para a posição.
• As variantes a favor do vento sofrem de fadiga e falha estrutural.

Para VAWT:

• A eficiência é muito baixa em comparação com o HAWT.
• Alta vibração é sentida.
• A poluição sonora é criada.
• Devido à vibração, o desgaste do rolamento aumenta, resultando em altos custos de manutenção.
• O push inicial para iniciar é necessário.

Conclusão

As turbinas eólicas são máquinas que convertem a energia cinética do vento em eletricidade limpa. É de dois tipos, que são abreviados como HAWT e VAWT. Todo o trabalho de forma diferente e oferece um benefício diferente. Isso é tudo para este artigo, onde explicamos a definição, aplicações, função, componentes, diagrama, tipos e funcionamento de uma turbina eólica. Também listamos as vantagens e desvantagens dessas turbinas eólicas.

Espero que você tenha aprendido muito com este post, se sim, compartilhe-o com outros alunos. Obrigado por ler. Vejo você na próxima vez!