Nova Pesquisa Visa Aumentar Eficiência de Turbinas Eólicas Através de Controle de Fluxo Avançado

Em 2008, os Estados Unidos adicionaram mais capacidade de turbinas eólicas que capacidade a carvão, marcando um ponto de virada para energia renovável. Embora custos de turbinas eólicas continuem caindo, engenheiros concordam que o design geral ainda fica aquém do desempenho ótimo.

Avanços recentes foram apresentados na reunião da Divisão de Dinâmica de Fluidos da American Physical Society em Long Beach, Califórnia.

Variabilidade do vento — rajadas, turbulência, estelas a montante e cisalhamento — permanece o desafio primário para eficiência das pás. Fluxo estável entrega desempenho máximo, mas condições reais o erodem.

Pesquisadores da Syracuse University são pioneiros em abordagem de sistemas inteligentes que controla ativamente o fluxo de ar sobre pás de turbinas em tempo real, potencialmente elevando eficiência em diversos regimes de vento.

Liderados por Guannan Wang, Basman El Hadidi, Jakub Walczak, Mark Glauser e Hiroshi Higuchi, a equipe — apoiada pelo Departamento de Energia dos EUA e Consórcio de Energia Eólica da Universidade de Minnesota — usa sensores baseados em superfície para estimar fluxo local e alimenta os dados a um controlador preditivo que ajusta geometria da pá na hora.

Simulações preliminares indicam que aplicar controle de fluxo além do meio-raio da pá pode estender o envelope operacional da turbina ou aumentar potência nominal sem alterar a capacidade atual.

Trabalho paralelo no novo túnel de vento anecóico de Syracuse está medindo sustentação, arrasto e espectros de ruído de perfis aerodinâmicos protótipos sob fluxo instável controlado, fornecendo dados críticos de validação.

Outra linha de pesquisa enfrenta arrasto da pá através de micro-canaletas — pequenas costelas triangulares de apenas 40–225 µm de profundidade — revestidas invisivelmente na superfície. Estas canaletas, invisíveis a olho nu, visam imitar técnicas de redução de arrasto comprovadas em veleiros e no Airbus A380.

Testes em túnel de vento em perfis de turbinas de 2,5 MW, combinados com estudos computacionais, estão avaliando como geometria da canaleta e ângulo de ataque afetam desempenho.

Aplicações anteriores de canaletas nas velas da última America's Cup e em aviões comerciais alcançaram redução de arrasto de aproximadamente 6%, demonstrando a viabilidade do conceito.

Pás de turbinas eólicas diferem de asas de avião: têm seções mais grossas perto do cubo e operam em turbulência ao nível do solo, então os benefícios de redução de arrasto diferem.

Pesquisadores Roger Arndt, Leonardo P. Chamorro e Fotis Sotiropoulos estimam que canaletas poderiam elevar eficiência de turbinas em cerca de 3% em condições reais.