Turbinas eólicas
Turbinas eólicas
As turbinas eólicas, ou aerogeradores, são equipamentos capazes de converter a energia cinética do ar (que se desloca devido às diferenças de pressão atmosférica terrestre, causadas por diferenças de temperatura na superfície terrestre – é uma energia derivada da solar em energia elétrica – utilidade usada em praticamente todas as ações industriais e do quotidiano. As turbinas eólicas são compostas por pás, como um cata-vento, que o vento faz girar, convertendo a energia cinética deste em energia mecânica. As pás estão ligadas a um eixo que, por sua vez, está ligado a um gerador, sendo nele que é feita a conversão de energia mecânica em energia elétrica. As turbinas são geralmente instaladas na forma de parques eólicos, com vários aerogeradores de grandes dimensões.
A energia gerada pelas turbinas eólicas depende da densidade do ar, da área das pás e principalmente da velocidade do vento – a energia potencial da turbina depende do cubo da velocidade do vento perpendicular às pás–. A energia máxima passível de ser retirada do vento com aerogeradores está limitada 59.3% (16/27). Este valor foi determinado pelo físico alemão Albert Betz, e é chamado limite ou lei de Betz.
Por esta razão os parques eólicos são geralmente instalados em zonas ventosas, onde o potencial eólico é maior, sobre torres elevadas (onde o vento não é tão afetado pelo relevo do solo). Os aerogeradores podem também ser instalados no mar, onde a presença de vento é mais regular. Normalmente só é adequado fazer parques eólicos para velocidade de vento superiores a 4 m/s.
Estas turbinas são responsáveis pela produção de energia elétrica a partir de fontes renováveis, não poluentes e que reduzem a dependência de combustíveis fosseis.
Constituição
Os aerogeradores têm vários componentes. Os componentes fundamentais são o eixo ou rotor, um gerador elétrico e respetivo sistema de controlo, e a torre de suporte. O rotor é o componente destinado a converter a energia cinética do vento em energia mecânica, e pode ser de 2 tipos. Dependendo do tipo de rotor têm-se 2 aerogeradores diferentes. Este equipamento engloba também as pás, que podem ser de madeira, alumínio, aço, fibra de vidro, fibra de carbono e/ou Kevlar™. A área das pás é fundamental na quantidade de energia que o aerogerador consegue produzir. O rotor pode rodar sobre o seu próprio eixo, mas permite também que o plano das pás faça um certo ângulo com a horizontal, adaptando-se à direção do vento. As pás também podem rodar ligeiramente sobre o seu próprio eixo.
O gerador é o elemento responsável pela conversão da energia mecânica em energia elétrica.
Tipos de turbinas
Eixo Horizontal (HAWT)
São o tipo de turbinas eólicas mais comuns e, como o nome indica, o eixo encontra-se na posição horizontal. No mesmo plano estão o rotor, gearbox e gerador, posicionados no topo da torre. As HAWT têm como principal desvantagem o facto de as pás terem de estar apontadas na direção do vento. A regulação da sua posição é feita automaticamente por computadores com recurso a sensores. As pás são posicionadas de forma estratégica para evitar problemas que possam surgir com a grande turbulência gerada, são colocadas por exemplo contra o vento e a uma determinada distancia, na frente da torre, para o caso das pás se inclinarem com a turbulência. As HAWT são as que mais energia produzem, visto que as pás estão na perpendicular à direção do vento e todas trabalham. Nos grandes parques eólicos são frequentes as turbinas de 3 pás que são as que melhor conseguem conciliar a velocidade das pás com a estabilidade da estrutura. A maior altura e comprimento das pás favorece a geração de energia. Os grandes custos iniciais e de manutenção, são as suas principais desvantagens.
Eixo Vertical
O eixo rotacional encontra-se na posição vertical, perpendicular ao solo. Neste género de turbinas destacam-se as do tipo Savonius e Darrieus, as quais funcionam a partir de forças de arrasto e de sustentação, respetivamente. Estas possuem o gerador e a gearbox na base da turbina, junto ao solo, o que é um fator vantajoso para a sua acessibilidade e manutenção. Umas das principais características destas turbinas é a sua independência em relação à direção do vento, não necessitando de mecanismos para apontar as turbinas ou de pitch, permitindo também a sua instalação em locais onde a direção do vento não é constante. A sua integração em edifícios também é possível. Fácil instalação e transporte são outras das vantagens.
As suas desvantagens prendem-se com as suas baixas velocidades de rotação, baixas eficiências, já que apenas uma lamina trabalha (em comparação com HAWT onde todas contribuem para a geração elétrica) e necessidade de um impulso inicial.
Vantagens e desvantagens
As principais vantagens do uso de energia proveniente das turbinas eólicas são o facto de serem de uma fonte renovável e não poluente. Existem outras vantagens que estão relacionadas direta ou indiretamente com o uso das turbinas eólicas, tais como:
- Diminuição da dependência de combustíveis fósseis;
- Diminui a emissão de gases de efeito de estufa;
- Criação de emprego;
- Principais desvantagens:
- Dependência da presença de vento;
- Poluição visual e sonora;
- Podem afetar o ecossistema de algumas aves;
- Podem causar erosão no solo.
Situação em Portugal
Atualmente Portugal produz mais de 5 GW de energia eólica, constituindo 22% da produção elétrica em Portugal. Em 2013 ocupava a sétima posição no ranking de produção de energia eólica na Europa.
Energia eólica começou a ser produzia em Portugal em 1986 com a criação do primeiro parque eólico na ilha de Porto santo, e em Portugal continental em 1992 no parque eólico de Sines. Em 2013 Portugal tinha já mais de 2500 aerogeradores, sendo Viseu o distrito que mais energia eólica produz.
Referências
http://pt.hidroerg.pt/energia-eoacutelica.html
https://www.palpitedigital.com/como-funcionam-turbinas-eolicas-geracao-energia/
https://pt.wikipedia.org/wiki/Aerogerador
https://evolucaoenergiaeolica.wordpress.com/aerogerador-de-eixo-horizontal/
http://www.solar.coppe.ufrj.br/eolica/eol_txt.htm
http://www.green-mechanic.com/2013/03/horizontal-axis-wind-turbine.html
http://www.green-mechanic.com/2013/03/vertical-axis-wind-turbine.html
Realizado por: Inês Inocêncio e Telmo Rodrigues, no âmbito da disciplina de Integração e Intensificação de Processos, pertencente ao Mestrado Integrado em Engenharia Química (Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2016/2017).