Energia Eólica [Porto de Mós](TP04) - B66 Traditional Geocache

Esta cache foi colocada como parte de um projeto de recuperação de algumas geocaches míticas do nosso amigo geocacher Touperdido. Com esta cache pretendemos manter vivo o espírito de liberdade e de amor pela natureza que o Touperdido nos deixou como um legado de valor. Damos assim continuidade a uma cache que permaneceu durante 7 anos neste local, e que muitas alegrias proporcionou a quem teve a felicidade de a descobrir:

Placed 2006-10-16, Archieved 2013-03-04, Energia Eólica - TP04 [Porto de Mós] (GCYWZ7).

Parque Eólico Chão Falcão in English

O local desta cache foi escolhido pelo touperdido por ser bonito do ponto de vista paisagístico e porque sempre teve uma grande curiosidade em saber com funcionam estas ventoinhas gigantes. Após aprofundar este assunto das energias renováveis continuou a ficar fascinado com a grandiosidade destes produtores de energia.

Vento

O vento resulta do deslocamento de massas de ar, derivado dos efeitos das diferenças de pressão atmosférica entre duas regiões distintas e é influenciado por efeitos locais como a orografia e a rugosidade do solo. Essas diferenças de pressão têm uma origem térmica estando directamente relacionadas com a radiação solar e os processos de aquecimento das massas de ar. Entre 1 a 2% da energia proveniente do sol (o sol irradia cerca de 174.423.000.000.000 kWh), é convertida em energia eólica, a qual é cerca de 50 a 100 vezes superior a energia convertida em biomassa (0.011%), por todas as plantas da terra. As regiões ao redor do Equador, latitude 0º, são aquecidas pelo sol mais do que as restantes zonas do globo. O ar quente é mais leve que o ar frio, pelo que sobe até uma altura aproximada de 10 km e estende-se para norte e para sul. Se a terra não girasse, esse ar simplesmente chegaria ao Polo Sul e ao Polo Norte, para posteriormente descender e voltar ao Equador. Podemos classificar os ventos nos seguinte tipos:

Ventos globais:

O vento que sobe desde o Equador para os pólos, o qual circula pelas camadas mais altas da atmosfera, por volta dos 30º de latitude, a força de Coriolis evita que continue em direcção aos pólos. Nessa latitude encontra-se uma zona de altas pressões, pelo que o ar começa a descer de novo.

Quando o vento sobe desde o Equador origina uma zona de baixas pressões perto do solo o que atrai ventos do Norte e do Sul. Nos pólos, devido ao ar frio, são originadas zonas de altas pressões. A Troposfera é onde ocorrem todos os fenómenos meteorológicos assim como o efeito de estufa. As direcções dominantes do vento são importantes na localização das aerogeradores, no entanto a geografia local também pode influenciar as direcções acima indicadas. Estes ventos na realidade são considerados como ventos geostróficos, e ocorrem a partir da altitude dos 1.000 m. A velocidades destes ventos pode ser medida por balões meteorológicos.

Ventos de superfície:

Os ventos são muito influenciados pela superfície terrestre até altitudes de 100 metros. O vento é travado pela rugosidade da superfície da terra e pelos obstáculos. A direcção perto da superfície são ligeiramente diferentes das dos ventos geostróficos, devido à rotação da terra.

Ventos locais:

Apesar da importância dos ventos locais na determinação dos ventos dominantes numa determinada área, as condições climatéricas locais podem influenciar as direcções do vento. A direcção do vento é influenciada pela soma dos efeitos globais e locais. Quando os ventos globais são suaves, os ventos locais podem dominar o regime de ventos:

Brisas marinhas:

Durante o dia a terra aquece mais rapidamente pela influência do sol que o mar. O ar sobe e circula para o mar, criando uma depressão ao nível do solo, que atrai o ar frio do mar. A isto chama-se brisa marinha. Normalmente ao entardecer há um período de calma, quando as temperaturas do solo e do mar se igualam. Durante a noite os ventos sopram em sentido contrário, tendo a brisa terrestre, normalmente, velocidades inferiores, uma vez que a diferença entre a temperatura do solo e do mar é mais pequena.

Ventos da montanha:

Um exemplo é o vento do vale o qual tem origem nos declives orientados a sul (no hemisfério sul nos declives orientados a norte). Quando os declives e o ar próximo delas está quente a densidade do ar diminui, sobe seguindo a superfície do declive. Durante a noite a direcção do vento inverte-se, passando a descer o declive. Se o fundo do vale for inclinado o ar pode ascender e descender pelo vale, ete efeito tem o nome de vento canhão. Alguns exemplos importantes deste fenómeno são: o Fhon dos Alpes, o Chinook das Montanhas Rochosas, o Mistral do Vale do Rhone e o Sirocco do Sahara.

A turbina eólica obtém energia convertendo a energia do vento num binário actuando sobre as hélices do rotor. A quantidade de energia transferida ao rotor pelo vento depende da densidade do ar, da área de varrimento do rotor e da velocidade do vento.

Densidade do ar: A energia cinética de um corpo em movimento é proporcional a sua massa, assim a energia cinética do vento depende da densidade do ar, da sua massa por unidade de volume. Quanto “mais pesado ou denso” seja o ar, maior quantidade de energia receberá a turbina. A pressão atmosférica normal a densidade do ar é de 1,225 Kg/m3. A grandes altitudes a pressão do ar diminui e o ar é menos denso.

Área de varrimento do rotor: A área de varrimento determina quanta energia do vento a turbina eólica é capaz de captar. Dado que a área do rotor aumenta com o quadrado do raio, uma turbina duas vezes maior recebe 4 vezes mais energia.

Desvio do Vento: A turbina desvia o vento antes deste chegar ao plano do rotor, pelo que nunca será possível capturar toda a energia do vento. De acordo com a Lei de Betz, quanto maior for a energia cinética extraída do vento pelo turbina, maior será a travagem que sofrerá o vento que deixa a turbina. Se teoricamente fosse possível extrair toda a energia do vento, o ar sairia com velocidade nula, ou melhor, o ar não poderia abandonar a turbina. Nesse caso não seria possível extrair nenhuma energia, uma vez que também não entraria ar no rotor da turbina.

A Lei de Betz diz que só se pode converter 59% da energia cinética em energia mecânica ao utilizar um aerogerador. A potência varia com o cubo da velocidade do vento, e proporcionalmente com a densidade do ar. A maior parte da energia eólica está localizada acima da velocidade média do vento de projecto. Para a produção de energia eléctrica em grande escala só locais com valores de velocidades média anuais superiores a 6 m/seg são interessantes, abaixo deste valor já não existe viabilidade para este tipo de aplicações. De facto a velocidade à qual os aerogeradores começam a rodar situa-se nos 3-5 m/s (velocidade de ligação), no entanto abaixo de 5 m/s a quantidade de energia no vento é muito baixa, e a turbina apenas começa a funcionar por volta dos 5 m/s. Os valores ideias de aproveitamento andam a volta do 9-10 m/seg, no entanto as turbinas podem ser desenhadas para uma eficiência máxima dependendo da zona de velocidade de vento onde esteja a maior parte da energia. O valor limite estrutural para as turbinas anda a volta do 25 m/seg (velocidade de corte). A estas velocidades as turbinas tem de ser capazes de dissipar a energia em excesso.

Distribuição da pressão no rotor: A pressão do ar aumenta gradualmente à medida que o vento se aproxima do rotor, uma vez que o rotor actua como barreira ao vento, detrás do rotor a pressão cai imediatamente, estabilizando gradualmente a medida que se afasta. A medida que o vento se afasta do rotor a turbulência do vento provoca que o vento mais lento se misture com o vento mais rápido da área circundante, reduzindo o efeito de “abrigo ao vento”.

Transformação em energia eléctrica

O gerador da turbina eólica converte a energia mecânica em energia eléctrica. Os geradores das turbinas são pouco usuais comparativamente com outros geradores. Em grandes turbinas (entre 100-150kw) a voltagem é normalmente trifásica de 690V. A corrente é enviada para um transformador próximo da turbina (ou dentro da torre) para transformar a voltagem para algo como 10.000 e 30.000 volts, dependendo da tabela eléctrica local.

A turbina eólica é constituída pelos seguintes componentes:

- Componente exterior "nacelle" (que fica por detrás das hélices) que contém a caixa de velocidades e o gerador eléctrico. A manutenção da turbina é feita através da entrada na torre e subindo até este patamar;

- Hélices do rotor que capturam o vento e transferem a sua energia para o veio do rotor. Numa turbina moderna de 1000W cada hélice do rotor mede cerca de 27 metros de comprimento e o seu desenho é muito parecido à asa de um avião.

- Veio do rotor está agarrado à "transmissão de baixa velocidade" da turbina;

- "Transmissão de baixa velocidade" da turbina faz a conexão com o veio do rotor à caixa de velocidades. Numa turbina de 1000W o rotor roda relativamente devagar, a cerca de 19 a 30 rotações por minuto. A transmissão contém ligações com sistema hidraulico para obrigar os travões a funcionarem quando necessário;

- Caixa de velocidades contém a "transmissão de baixa velocidade" à esquerda;

- "Transmissão de alta velocidade" roda a cerca de 1500 rotações por minuto e leva a energia até ao gerador eléctrico. Está euipada com um travão de disco mecânico de emergência. O travão mecânico é usado em caso de falha do travão aerodinâmico ou quando a turbina precisa de manutenção;

- Gerador eléctrico que normalmente gera um máximo de 600 a 3000 Kilowatts;

- Mecanismo de viragem usa motores eléctricos para rodar o componente exterior com o rotor contra o vento. Este mecanismo é operado por um controlador electrónico que permite saber a direcção do vento;

A Cache