A Energia do vento
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.
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