Turbinas Eólicas

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Turbinas Eólicas 
 
A energia eólica é produzida a partir da força dos ventos e é gerada por 
meio de aerogeradores. 
Neles, a força do vento é captada por hélices ligadas a uma turbina que 
aciona um gerador elétrico. É uma energia abundante, renovável e limpa. 
 
 
Uma das característic as principais das turbinas eólicas são as pás, as 
quais funci onam basicamente pelas forças geradas pelo vento em um 
perfil aerodinâmico ou de arrastro. As pás estão conectadas a um gerador 
por um eixo, e dependendo da posição deste eixo podem-se classificar 
as turbinas eólicas conforme a seguir: 
 
Turbinas eólicas de eixo horizontal 
 
A energia eólica é produzida a partir da força dos ventos e é gerada por 
meio de aerogeradores. 
Neles, a força do vento é captada por hélices ligadas a uma turbina que 
aciona um gerador elétrico. É uma energia abundante, renovável e limpa. 
 
 
Uma das características principais das turbinas eólicas são as pás, as 
quais funcionam basicamente pelas forças geradas pelo vento em um 
perfil aerodinâmico ou de arrastro. As pás estão conectadas a um gerador 
por um eixo, e dependendo da posição deste eixo podem-se classificar as 
turbinas eólicas conforme a seguir: 
 
Turbinas eólicas de eixo horizontal 
 
 
Elas são o tipo de turbinas mais comuns para turbinas eólicas de grande 
e baixo porte devido à sua alta eficiência, investimento tecnológico e 
custo benefício. Estes tipos de turbinas são usadas principalmente em 
regiões agrícolas e com poucos obstáculos, como prédios ou árvores, 
pois requerem vento mais laminar ou pouco turbulento. 
 
Geralmente o número de pás que encontramos neste tipo de turbinas 
são 3. Mas por quê? Idealmente uma turbina eólica necessita ter de 1 a 
4 pás para garantir a melhor eficiência. 
Contudo, com apenas uma pá teríamos problemas com o balanceament o 
da turbina e as vibrações a longo prazo poderiam destruir nossa pá. 
Com uma ou duas pás a turbina giraria muito rápido, o que causaria 
problemas, como ruído excessivo e esforços mecânicos altos causados 
pelo efeito da força centrífuga. Com 4 pás o ganho de eficiência 
 
 
 
comparado à turbina de 3 pás seria muito baixo e a crescido do 
investimento de ter mais uma pá. Esses são motivos que fazem com que 
a turbina de 4 pás seja pouco comum. 
O material das pás geralmente é de fibra de vidro devido ao fato de que 
uma das características fundamentais de uma pá é ser leve, resistente e 
durável. 
 
Também de fibra de vidro encontramos a carenagem e o cone, os quais 
além de melhorar o desempenho aerodinâmico do vento projetada a o redor 
da turbina, também ajudam a proteger os componentes internos do 
aerogerador. 
 
Outra característica essencial deste tipo de turbinas é a necessidade de 
posicionar a turbina sempre no sentido do vento. Para as turbinas eólicas 
de pequeno porte, o posicionamento é feito de forma passiva, ou seja, a 
própria turbina tem a tendência de seguir ao vento sem a necessidade 
de uma cauda (sistemas downwind), mas em alguns casos se adiciona a 
dita cauda para evitar turbulências que a torre e a carcaça podem causar 
sobre as pás (sistemas upwind). 
 
O anel coletor é outra peça importante e indispensável em uma turbina 
eólica horizontal. Para explicar o porquê, devemos imaginar o que aconteceria 
se o cabo elétrico que estaria conectado ao gerador de imãs permanentes 
girasse junto com o gerador eólico buscando sempre o vento. 
Pois bem, o cabo ficaria enrolado tentando seguir a turbina, o que em 
algumas horas ou dias provocaria o mau funcionamento do sistema. Mas 
que é um anel coletor? Um anel coletor tem basicamente duas partes 
principais, uma escova e um anel, e o contato dos dois gera uma 
corrente elétrica. Assim podemos, por exemplo, deixar o anel girando 
junto com a turbina e as escovas fixas na torre, o que dispensa o uso de 
cabos para transferir energia da turbina à torre. 
 
Turbinas eólicas de eixo vertical 
 
Não existe um padrão ou formato definido de turbinas eólicas verticais, 
basicamente o que possuem em comum são as pás girando no mesmo 
plano que o chão. A razão de ter tantos modelos com diferentes e 
variadas geometrias se dá porque existem menos informação e 
pesquisa nessa área, o que motiva os fabricantes e empreendedores a inovar. 
 
Conforme estatísticas da WWEA no mercado mundial são usadas mais 
turbinas eólicas horizontais que verticais, sendo que 1 de cada 5 
fabricantes manufatura turbinas do tipo vertical. O motivo principal da 
diferença são as vantagens no rendimento e custo-benefício das turbinas 
eólicas horizontais em regiões agrícolas, onde as turbinas verticais são 
menos eficientes conforme explicaremos adiante. 
 
 
 
 
 
ventos turbulentos e emitir baixos níveis de ruído em comparação às 
turbinas eólicas de eixo horizontal. Não menos importante, a estética 
desse tipo de turbina pode ser mais atrativa. Por essas razões esse tipo 
de aerogeradores são considerados mais apropriados para regiões urbanas 
ou semiurbanas. 
 
Existem também três tipos principais de turbinas eólicas de eixo vertical: 
 
Darrieus: São turbinas com perfil aerodinâmico desenhado de forma 
semelhante às asas dos aviões criando sustentação para se movimentarem e 
gerar energia. Os aerogeradores Darrieus são mais eficientes que as turbinas 
do tipo Savonius. 
 
Savonius: A força predominante neste tipo de geradores é a força de 
arrasto, ou seja, as turbinas giram predominantemente pela pressão do ar 
sobre as pás. As turbinas Savonius são geralmente mais baratas e 
começam a girar a uma velocidade mais baixa em relação a outros 
tipos de turbinas eólicas, porém é o tipo de turbina eólica menos 
eficiente tomando em consideração a área de captação de energia e a 
produção anual da mesma. 
 
Darrieus-Savonius: Turbina eólica híbrida com os sistemas Darrieus e 
Savonius acoplados ao mesmo eixo, os quais segundo os fabricantes 
usam as vantage ns de cada um dos tipos de turbina. 
 
As desvantagens de uma turbina eólica de eixo vertical são: 
 
 
Menor desempenho comparado a uma turbina eólica de eixo horizontal. 
As torres de sustentação são baixas, diminuindo o aproveitamento de 
maiores velocidades do vento. 
Dependendo do fabricante a manutenção pode ser difícil e cara, por 
exemplo no caso onde as pás são fabricadas em alumínio, se 
apresentam problemas estruturais a longo prazo devido a esforços por 
fadiga. Também tem se relatado casos onde o rolamento superior quebra, 
e em ditos casos a troca do acessório pode ser complexa. 
A modelagem matemática (aerodinâmica) é muito complexa dificultando o 
desenho. 
 
Turbinas eólicas sem categoria 
 
As turbinas eólicas sem categoria definida são aquelas turbinas que estão 
fora dos padrões de funcionamento de turbinas eólicas de pequenos portes 
mencionados em outras enlaces. 
 
Dentro das principais inovações deste tipo d e turbina, temos os 
concentradores de vento, os quais basicamente colocam ao redor de uma 
turbina eólica horizontal um túnel, o qual teria a função de conduzir mais 
vento para a turbina eólica. 
 
Outro desenho interessante, são as turbinaeólicas "flutuantes", as quais 
dispensam o uso de torres e literalmente voam para atingir regiões com vento 
mais forte e constante. 
 
A maioria das empresas fornecedoras deste tipo d e turbinas promete 
que os usos de novas tecnologias resultam em ganhos, como m aior 
eficiência, maior parametrização, melhor logística, baixos nív eis de ruído e 
etc.. Porém, deve-se ter cuidado a o escolher ess e tipo d e turbina, com a 
realização de uma analises técnica anteriormente. 
 
Outro componente fundamental em uma turbina eólica de pequeno porte 
é o sistema para geração de energia chamado de gerador. Dito gerador 
na maioria das turbinas eólicas é do tipo assíncrono e de imãs 
permanentes que em sua maioria são de Neodímio. A vant agem desse 
tipo de geradores é que não precisam de uma excitação externa, ou 
seja, a própria força magnética dos imãs vai gerar o campo magnético 
necessário para que a partir do movimento das hélices se transforme 
energia eólica em energia elétrica. 
 
A energia elétrica produzida no gerador de imãs permanentes é em 
corrente alternada e em uma frequência e voltagem variáveis. No entanto, 
essa energia não pode ser usada por nossos aparelhos eletrônicos, os 
quais precisam de uma voltagem e frequência definida. Precisamente 
para transformar a energia produzida no aerogerador em uma fonte 
utilizável, é que usamos os retificadores e os inversores. 
 
A função dos retificadores é transformar a corrente alternada em corrente 
contínua, e posteriormente o inversor vai transformar a corrente contínua 
em corrente alternada. Por isso, essa energia produzida já vai ser 
entregue em uma voltagem e frequência conhecida, que pode ser como 
exemplo de 60 Hz e 127 V. 
O funcionamento da eletrônica de potência ou a conversão de energia 
anteriormente explicada vai depender também do caso de usarmos um 
sistema do tipo “off-grid” o u “on-grid”. Um sistema do tipo off- grid é 
aquele que fica fora de rede elétrica da concessionária e geralmente 
requer o uso de baterias. Um sistema on-grid é aquele onde a turbina 
pode entregar energia para a rede elétrica. 
 
Menos evidente, mas também indispensável, toda turbina eólica tem um 
sistema de proteção para evitar que a mesma gire a velocidades que 
possam comprometer a integridade estrutural e funcional do aerogerador. 
Existem sistemas de proteção mecânicos como o furling vertical e furling 
 
 
 
horizontal, os quais têm como base girar a turbina para fora do sentido 
do vento após este alcançar determinada velocidade, diminuindo o vento 
que i ncide sobre as pás. 
 
 
Também podemos ter sistemas de proteção elétricos, como resistências 
que são acionadas depois d e um a determinada voltagem e freiam o 
eixo das pás. Esses tipos de proteção devem ser redundantes e robustos. 
 
Independentemente do tipo de turbina eólica residencial ou rural que 
usemos, eles dependem geralmente de uma torre para se sustentar e 
aproveitar melhor as faixas de velocidade do vento que crescem conforme a 
altura relativa ao chão. A altura mínima recomendada de torre é de 12 
metros. 
 
Os tipos mais usados de torre são as tubulares com ou sem cabo de 
aço, principalmente por ser de fabricação e instalação simples, porém há 
alguns casos onde a torre pode ser do tipo treliça.