Turbinas Eólicas: Tipos, Benefícios e Aplicações

Foi explicado em meu artigo anterior que diferentes tipos de turbinas eólicas usam energia cinética do vento para gerar potência. De fato, a energia eólica é conhecida como a forma mais limpa de gerar energia mecânica e/ou elétrica. A energia obtida pode ser classificada baseada em como a energia eólica é colhida; vento terrestre e vento offshore. Leia o artigo abaixo para saber mais sobre isso!

Hoje você conhecerá os diferentes tipos de turbinas eólicas e suas vantagens e desvantagens em suas várias aplicações.

Tipos de turbina eólica

Abaixo estão os vários tipos de turbinas eólicas usadas para geração de energia.

Turbinas eólicas de eixo horizontal (HAWTs)

Os tipos de turbinas eólicas de eixo horizontal são as turbinas mais usadas hoje, embora algumas limitações ocorram. As pás estilo hélice são projetadas para girar em torno de um eixo horizontal. Seus componentes incluem pás do rotor conectadas a um eixo que é conectado a um gerador que produz energia elétrica. Estas pás parecem uma hélice de aeronave montada no topo de uma torre.

Nestes tipos de turbinas eólicas, um sensor de vento é montado em um mecanismo de orientação (chamado nacela) para que a turbina possa se alinhar corretamente com a direção do vento. Portanto, uma distribuição mais eficaz de energia eólica é forçada nos rotores.

A estrutura de turbinas eólicas de eixo horizontal precisa ser forte o suficiente para suportar o peso dos componentes do dispositivo. Alguns destes componentes incluem pás do rotor, caixa de engrenagens, gerador, etc. Além disso, a base deve ser capaz de suportar o vento forte que sopra. Embora a nacela contenha um elemento de freio que ajuda a parar imediatamente as pás quando vento forte ou descontrolado ocorre.

Entre todos os tipos de turbinas, a turbina eólica de eixo horizontal tem maior eficiência e maior geração de potência. Esta turbina está frequentemente disponível em dois tipos: turbinas a favor do vento e contra o vento.

Turbinas a favor do vento:

Em uma turbina HAWT a favor do vento, o vento atinge os rotores antes da torre, ou seja, ela enfrenta o vento. É por isso que os rotores não sofrem com a sombra do vento atrás da torre, resultando em operação mais eficiente. Além disso, o sistema é menos suscetível a desgaste. No entanto, o mecanismo de orientação adiciona peso à estrutura.

Na maioria dos designs, rotores a favor do vento não são flexíveis para que não se dobrem ou colidam com a torre. Isso ocorre frequentemente quando a velocidade do vento é alta. Para evitar ainda mais isso, o rotor é colocado a alguma distância da torre. Por causa disso, as dificuldades de fabricação destes tipos de turbinas eólicas são altas. A inflexibilidade das pás do rotor equivale a requerer material mais pesado para construção das pás.

Turbinas contra o vento:

Estes tipos de turbinas eólicas de eixo horizontal são menos comuns, mas seu design parece muito semelhante ao tipo explicado anteriormente. A única diferença é a localização do rotor, que está a jusante da torre. Nos tipos contra o vento, o vento atinge a torre antes de atingir as pás. O design permite mais flexibilidade nas pás do rotor, permitindo materiais mais leves. Os benefícios do contra o vento incluem menor peso estrutural e melhor dinâmica estrutural da torre ao tirar parte da carga da torre para as pás durante sua operação.

A turbina eólica de eixo horizontal contra o vento não precisa de mecanismo de orientação. Isso porque o rotor e a carenagem são projetados de forma que a carenagem seguiria a direção do vento. Como o rotor está localizado a jusante da torre, sofre sombra do vento, que flutua a quantidade de potência gerada. Sombra do vento também pode causar fadiga nos componentes do sistema.

Vantagens e desvantagens de turbinas eólicas de eixo horizontal HAWTs

Vantagens:

Abaixo estão os benefícios das turbinas eólicas de eixo horizontal.

• Devido à base de torre alta, vento mais forte pode ser acessível.
• Como as pás se movem perpendicularmente ao vento, potência é recebida durante toda a rotação. Isso resulta em maior eficiência.

Desvantagens:

Apesar das boas vantagens das turbinas eólicas de eixo horizontal, algumas limitações ainda ocorrem. Abaixo estão as desvantagens das HAWTs.

• Componentes pesados como pás, caixa de engrenagens, gerador, são necessários devido à construção massiva da torre.
• Seus componentes são erguidos para posição.
• A altura destes tipos de turbinas eólicas as torna visivelmente intrusivas em grandes áreas. Isso perturba a aparência da paisagem e pode criar oposição local em alguns casos.
• A variante contra o vento sofre de fadiga e falha estrutural causada por turbulência quando uma pá passa pela sombra de vento da torre. É por isso que a maioria das HAWTs usa design a favor do vento, pois o rotor enfrenta o vento à frente da torre.
• Mecanismo adicional de controle de orientação é necessário para virar as pás em direção ao vento.
• Freio é necessário para parar a turbina de girar em ventos fortes. Isso impedirá o sistema de destruição por vento forte.
• Tensões cíclicas e vibrações são causadas quando a turbina tenta virar para enfrentar o vento.

Turbinas eólicas de eixo vertical (VAWT)

Em tipos de turbinas eólicas de eixo vertical, os rotores giram um eixo instalado verticalmente. Este design permite menor sensibilidade quanto à direção do vento, tornando-a perfeita em fazendas onde a direção muda frequentemente. Em outras palavras, não importa a direção que o vento sopra, as pás ainda se moveriam e girariam o eixo para produzir potência.

As turbinas eólicas de eixo vertical têm seu gerador próximo ao solo. Portanto, peso extra é aliviado no rotor e torna o design menos complexo. Isso também torna a manutenção mais fácil comparado a turbinas eólicas de eixo horizontal. Embora, turbinas eólicas de eixo vertical tenham menos eficiência que HAWTs devido à quantidade significativa de arrasto do ar nos rotores. Menor potência de saída é outro fator porque a velocidade do vento e seu fluxo a uma distância do solo são maiores e mais suaves que no nível do solo.

Baseada em arrasto, ou turbina Savonius – geralmente têm rotores com pás sólidas que giram em torno de um eixo vertical.

Baseada em sustentação, ou turbina Darrieus – têm estilo aerofólio vertical alto, embora algumas pareçam ter formato de batedor de ovos. Uma espiral de vento é um tipo de turbina baseada em sustentação, embora ainda esteja passando por testes independentes.

Vantagens e desvantagens de turbinas eólicas de eixo vertical (VAWTs)

Vantagens:

Abaixo estão as vantagens das turbinas eólicas de eixo vertical.

• Potência é produzida em qualquer direção do vento.
• Torre de suporte forte não é necessária, pois a maioria de seus componentes são colocados no solo.
• Baixo custo de produção comparado a turbinas eólicas de eixo horizontal.
• Unidade de orientação e mecanismo de passo são eliminados, pois não há necessidade de a turbina apontar para a direção do vento.
• Fácil instalação
• Baixos custos de manutenção
• Fácil de transportar de um lugar para outro.
• Adequada para áreas com condições climáticas extremas.
• Podem ser instaladas em áreas urbanas.
• Baixo risco para humanos e pássaros porque as pás se movem em velocidades relativamente baixas.

Desvantagens:

• A eficiência é baixa porque apenas uma pá trabalha por vez.
• Empurrão inicial para iniciar é necessário para que as pás comecem a girar.
• Turbinas eólicas de eixo vertical são muito menos eficientes devido ao arrasto adicional criado quando as pás giram.
• Vibração é relativamente alta porque o fluxo de ar próximo ao solo cria fluxo turbulento.
• Esta vibração aumenta o desgaste dos mancais, o que pode resultar em aumento de custo de manutenção.
• VAWTs criam poluição sonora.

Conclusão

Diferentes tipos de turbinas eólicas são adequados por uma razão ou mais. Os tipos de eixo horizontal são comumente usados devido à sua eficácia e uma turbina eólica de eixo vertical pode ser usada em qualquer área geográfica devido à sua portabilidade. Isso é tudo para este artigo, tipos de turbinas eólicas e suas vantagens e desvantagens.

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