Moinho de vento

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Antecedentes

Um moinho de vento é uma estrutura ou máquina que converte o vento em energia utilizável por meio da rotação de uma roda composta de pás ajustáveis. Tradicionalmente, a energia gerada por um moinho de vento era usada para transformar grãos em farinha. Os moinhos de vento são projetados por artesãos qualificados e podem ser construídos no local usando ferramentas manuais. Os moinhos de vento desenvolveram-se continuamente ao longo dos séculos e alcançaram seu maior destaque na Europa durante o século XVIII. Eles foram amplamente substituídos como uma estrutura de geração de energia quando a energia a vapor foi aproveitada durante o século XIX. Hoje, a tecnologia dos moinhos de vento está passando por um renascimento e a turbina eólica promete ser uma alternativa importante aos combustíveis fósseis no futuro.

História

O homem usou o vento para movimentar máquinas durante séculos. O uso mais antigo foi provavelmente como fonte de energia para barcos a vela, impulsionando-os através da água. A data exata em que as pessoas construíram moinhos de vento especificamente para trabalhar é desconhecida, mas o primeiro projeto de moinho de vento registrado teve origem na Pérsia por volta de A.D. 500-900. Esta máquina foi originalmente usada para bombear água e depois foi adaptada para moer grãos. Tinha velas verticais feitas de feixes de madeira leve presos a uma haste vertical por suportes horizontais. O projeto, conhecido como panemone, é uma das estruturas de moinho de vento menos eficientes já inventadas. Deve-se notar que os moinhos de vento podem ter sido usados ​​na China há mais de 2.000 anos, tornando-os o verdadeiro berço dos moinhos de vento de eixo vertical. No entanto, o primeiro uso registrado encontrado por arqueólogos na China é A.D. 1219.

O conceito do moinho de vento espalhou-se pela Europa após as Cruzadas. Os primeiros designs europeus, documentados em A.D. 1270, tinha eixos horizontais em vez de verticais. A razão para essa discrepância é desconhecida, mas provavelmente é resultado de dois fatores. Em primeiro lugar, os moinhos de vento europeus podem ter sido modelados com base em rodas d'água que tinham um eixo horizontal. A roda d'água já era conhecida na Europa muito antes disso. Em segundo lugar, o projeto do eixo horizontal foi mais eficiente e funcionou melhor. Em geral, esses moinhos possuíam quatro lâminas montadas em um poste central. Eles tinham uma engrenagem e uma coroa que traduziam o movimento horizontal do eixo central em movimento vertical para a pedra de amolar ou roda que seria então usada para bombear água ou moer grãos.

Os millwrights europeus aprimoraram imensamente a tecnologia dos moinhos de vento ao longo dos séculos. A maior parte da inovação veio dos holandeses e ingleses. Uma das melhorias mais importantes foi a introdução do moinho de torre. Este projeto permitiu que as lâminas do moinho fossem movidas contra o vento conforme necessário e o corpo principal fosse permanentemente fixado no lugar. Os holandeses criaram torres de vários andares onde os operadores da fábrica poderiam trabalhar e também morar. Os ingleses introduziram uma série de controles automáticos que tornaram os moinhos de vento mais eficientes.

Durante o mundo pré-industrial, os moinhos de vento eram os motores elétricos da Europa. Além de bombear água e moer grãos, eles eram usados ​​para mover serrarias e processar especiarias, corantes e tabaco. No entanto, o desenvolvimento da energia a vapor durante o século XIX e a natureza incerta da energia dos moinhos de vento resultaram em um declínio constante do uso de grandes estruturas de moinhos de vento. Hoje, apenas uma pequena fração dos moinhos de vento que costumavam fornecer energia ao mundo ainda está de pé.

Mesmo quando moinhos de vento maiores foram abandonados, moinhos de vento menores estavam prosperando. Esses moinhos de vento eram usados ​​principalmente para bombear água em fazendas. Na América, esses projetos foram aperfeiçoados durante o século XIX. O moinho de vento Halladay foi introduzido em 1854, seguido pelos projetos Aermotor e Dempster. Os dois últimos projetos ainda estão em uso hoje. Na verdade, entre 1850 e 1970 nos Estados Unidos mais de seis milhões foram construídos.

Design

Existem duas classes de moinhos de vento, eixo horizontal e eixo vertical. O projeto do eixo vertical foi popular durante o desenvolvimento inicial do moinho de vento. No entanto, sua ineficiência de operação levou ao desenvolvimento de vários projetos de eixo horizontal.

Das versões de eixos horizontais, há uma variedade destes, incluindo o moinho de postes, moinho de bata, moinho de torre e moinho de ventoinha. O projeto mais antigo é o post-mill. Seu nome é devido ao grande poste vertical ao qual o corpo do moinho é equilibrado. Este projeto dá flexibilidade ao operador do moinho, porque o moinho de vento pode ser girado para captar a maior parte do vento, dependendo da direção em que está soprando. Para manter o poste estável, uma estrutura de suporte é construída ao seu redor. Normalmente, essa estrutura é elevada do solo com tijolos ou pedra para evitar o apodrecimento.

O moinho de postes tem quatro lâminas montadas em um poste central. O eixo horizontal das lâminas é conectado a uma grande roda de freio. A roda de freio interage com um sistema de engrenagens, chamado wallower, que gira um eixo vertical central. Esse movimento pode então ser usado para impulsionar atividades de bombeamento de água ou moagem de grãos.

O moinho de smock é semelhante ao moinho de postes, mas incluiu algumas melhorias significativas. O nome é derivado do fato de que o corpo se parece vagamente com um vestido ou bata, como eram chamados. Uma vantagem é o fato de que apenas a parte superior do moinho é móvel. Isso permite que a estrutura do corpo principal seja mais permanente, enquanto o resto pode ser ajustado para coletar o vento, independentemente da direção em que ele sopra. Como não se move, o corpo principal pode ser maior e mais alto. Isso significa que mais equipamentos podem ser alojados no moinho e que velas mais altas podem ser usadas para coletar ainda mais vento. A maioria dos moinhos de smock tem oito lados, embora isso possa variar de seis a 12.

Os moinhos de torre são melhorias adicionais nos moinhos de smock. Eles têm uma tampa giratória e corpo permanente, mas este corpo é feito de tijolo ou pedra. Este fato permite que as torres sejam arredondadas. Uma estrutura redonda permite torres ainda maiores e mais altas. Além disso, tijolo e pedra tornam os moinhos de vento da torre o projeto mais resistente às intempéries.

Enquanto os projetos anteriores de moinhos de vento são para estruturas maiores que poderiam servir a cidades inteiras, o moinho de vento tipo ventilador é feito especificamente para indivíduos. É muito menor e usado principalmente para bombear água. Consiste em uma torre fixa (mastro), um conjunto de roda e cauda (ventilador), um conjunto de cabeçote e uma bomba. Os mastros podem ter 10-15 pés (3-15 m) de altura. O número de lâminas pode variar de quatro a 20 e ter um diâmetro entre 6 e 16 pés (1,8-4,9 m).

Matérias-primas

Os moinhos de vento podem ser feitos com uma variedade de materiais. Os moinhos dos postes são quase inteiramente feitos de madeira. Uma madeira leve, como a balsa, é usada para as pás do ventilador e uma madeira mais forte e mais pesada para o resto da estrutura. A madeira é revestida com tinta ou resina para protegê-la do ambiente externo. Os moinhos de bata e torre, construídos pelos holandeses e britânicos antes do século XX, usam muitos dos mesmos materiais usados ​​para a construção de casas, incluindo madeira, tijolos e pedras.

O corpo principal dos moinhos tipo leque é feito de aço galvanizado. Este processo de tratamento do aço o torna resistente às intempéries e forte. As pás do ventilador são feitas de aço leve galvanizado ou alumínio. A bomba é feita de bronze e latão que inibe o congelamento. Couro ou polímeros sintéticos são usados ​​para arruelas e anéis de vedação.

O processo de fabricação

Os moinhos de vento são sempre erguidos no local usando peças pré-fabricadas. A descrição a seguir refere-se ao moinho de vento do tipo ventilador. O básico Um exemplo de um moinho de vento construído em 1797. as etapas incluem fazer as peças e, em seguida, montar a estrutura.

Fazendo as peças da torre

• 1 As peças da torre são feitas de aço galvanizado. Este processo começa com um rolo de chapa metálica enrolada. As bobinas são colocadas em um dispositivo de desenrolamento e alimentadas para a linha de produção. Eles são passados ​​sob um alisador para remover quaisquer dobras ou torções. As peças são cortadas no tamanho e forma apropriados. Em alguns casos, as peças podem ser colocadas em uma máquina que as enrola e solda a costura. As pontas são passadas sob uma máquina de crimpagem e as peças são transportadas para a estação de acabamento.
• 2 Na estação de acabamento, furos são feitos nas peças de metal em locais específicos, conforme exigido pelo projeto do moinho de vento. As peças também podem ser pintadas ou revestidas antes de serem dispostas no kit final do moinho de vento.

Fazendo a caixa de engrenagens

• 3 A caixa de engrenagens é um conjunto complexo composto por várias engrenagens, eixos, rotores e rodas. As peças são fundidas sob pressão e montadas manualmente. Eles são colocados em uma carcaça resistente às intempéries projetada para acomodar as peças da caixa de engrenagens e a roda e o conjunto da cauda acoplados.

Fazendo o leque

• 4 O ventilador é feito de um aro de metal com lâminas levemente curvas conectadas. O aro é produzido em uma máquina que rola tiras de aço em aros circulares. Um orifício é feito em ambas as extremidades e elas são conectadas com uma pequena braçadeira e parafuso após as pás do ventilador serem conectadas. Um eixo central é então conectado ao aro e preso com pequenos raios de aço. Um projeto típico terá cinco pares de raios anexados a intervalos uniformemente espaçados ao longo da borda.
• 5 As lâminas da ventoinha e a cauda são cortadas de peças de chapa metálica. As lâminas são então passadas por uma máquina que lhes dá uma ligeira curva. Eles são presos à borda de metal com pequenos parafusos e braçadeiras de metal. Eles são fixados de forma que possam ser levantados ou abaixados dependendo das condições do vento.
  Um moinho de vento moderno de aço.
  

Preparando o site

• 6 Encontrar e preparar o canteiro de obras é uma etapa crucial na criação de um moinho de vento funcional. Primeiro, é necessária uma área com vento predominante de pelo menos 24 km / h (15 mph). Em seguida, a área precisa ser limpa de árvores e outras estruturas que podem bloquear o vento. Em alguns casos, um monte de terra ou base de concreto é erguido para elevar o moinho de vento da superfície para captar mais vento.

Montagem final

• 7 As partes do corpo principal são conectadas primeiro. Eles são aparafusados ​​no chão e então levantados verticalmente. Os pólos externos são unidos às bielas. As braçadeiras são aparafusadas em cada junta para estabilidade. Depois que a torre é elevada, ela é aparafusada frouxamente à base sólida. Os fios da próxima estaca são amarrados da estrutura até o solo e presos a tensores e âncoras de aterramento. Quando a estrutura está nivelada, os parafusos são apertados e a integridade da estrutura é testada. Em alguns casos, uma escada é construída no projeto da estrutura para permitir o acesso ao ventilador na parte superior, o que torna a limpeza e manutenção mais fácil.
• 8 A roda da ventoinha, a caixa de engrenagens e o eixo principal são fixados em seguida. A caixa de câmbio é primeiro presa e aparafusada no topo da torre. O eixo principal é então inserido na parte inferior da caixa de engrenagens. Em seguida, a ventoinha e seu eixo acoplado são conectados à caixa de engrenagens. Finalmente, a seção da cauda é fixada na caixa de câmbio. A bomba é então conectada ao eixo principal e o moinho de vento fica operacional.

Controle de qualidade

Vários testes podem ser feitos para garantir que cada parte do moinho de vento atenda às especificações estabelecidas na fase de projeto. O mais básico deles são as simples inspeções visuais. Isso identificará a maioria das falhas de produção óbvias. Como os moinhos de vento são erguidos manualmente, a qualidade de cada peça passa por uma inspeção visual adicional. A qualidade da mão de obra que vai para a construção do moinho de vento será a principal responsável pela qualidade do produto acabado. Para garantir que ele permaneça eficiente durante a operação, verificações de manutenção regulares são necessárias.

O Futuro

Os moinhos de vento mudaram pouco nos últimos cem anos. Na verdade, um projeto básico concebido na década de 1870 ainda é vendido hoje. As principais melhorias vieram nos tipos de materiais usados ​​na construção. Essa tendência provavelmente continuará em futuros produtos de moinhos de vento. No entanto, o futuro do aproveitamento da energia eólica não está nos moinhos de vento tradicionais. O governo dos Estados Unidos gastou milhões de dólares pesquisando e desenvolvendo turbinas eólicas para geração de eletricidade. Na Califórnia, vários parques eólicos já estão em operação. Vários outros estados e cidades têm planos para a criação de parques eólicos semelhantes. No futuro, a energia eólica promete ser um substituto ambientalmente correto para os combustíveis fósseis.

Onde aprender mais

Livros

Baker, T. Lindsay. Literatura comercial dos fabricantes de moinhos de vento da América do Norte. University of Oklahoma Press, 1998.

Clegg, Alan John. Moinhos de vento. Horseshoe Publications, 1995.

Hills, Richard L. Power from Wind:A History of Windmill Technology. Cambridge University Press, 1994.

Hooker, Jeremy. Em louvor aos moinhos de vento. Circle Press Pubns, 1990.

Watts, Martin. Água e Energia Eólica. Publicações da Shire, 2000.

Perry Romanowski