A energia eólica é uma das energias renováveis mais importantes do mundo. É cada vez mais utilizado devido à sua capacidade de gerar energia limpa sem produzir gases de efeito estufa. Portanto, é fundamental conhecer o seu funcionamento e, em particular, o dos aerogeradores. Aqui, abordaremos em detalhes como eles funcionam e seus principais recursos.
Uma turbina eólica, também conhecida como turbina eólica, é um dos elementos fundamentais deste tipo de energia. Embora em geral todas as turbinas partilhem aspectos semelhantes, existem diferentes tipos dependendo do parque eólico ou da instalação. Além disso, as turbinas evoluíram desde os seus primeiros modelos, permitindo-nos obter energia de forma cada vez mais eficiente.
Neste artigo contaremos tudo o que você precisa saber sobre aerogeradores, suas características e funcionamento, além de detalhes adicionais sobre a estrutura dos parques eólicos.
O que é uma turbina eólica
Uma turbina eólica é um dispositivo mecânico que converte energia eólica em energia elétrica. Foi concebido para converter a energia cinética do vento em energia mecânica através do movimento das pás do rotor, que é posteriormente convertida em eletricidade graças a um gerador.
O princípio básico de operação de uma turbina eólica é baseado em três leis fundamentais da física:
- A energia produzida pela turbina é proporcional ao quadrado da velocidade do vento. Ou seja, se a velocidade do vento duplicar, a potência gerada aumenta quatro vezes.
- A energia disponível é proporcional à área varrida pelas pás, o que significa que quanto maiores forem as pás, maior será a quantidade de energia captada.
- A eficiência teórica máxima de uma turbina eólica é de 59%, conhecida como limite de Betz.
Ao contrário dos antigos moinhos de vento, que eram movidos por impulso direto do vento, as turbinas modernas utilizam princípios aerodinâmicos mais complexos, como o efeito Venturi, para capturar o máximo de energia possível.
Interior de geradores eólicos
Dentro de uma turbina eólica encontramos vários elementos-chave que permitem que a energia cinética do vento seja convertida em eletricidade. O rotor, formado pelas pás, é responsável por captar a energia do vento e fazê-lo girar em torno de seu eixo.
Este movimento rotacional é transmitido ao gerador elétrico através de um sistema de trem de força, que inclui a caixa de engrenagens que aumenta a velocidade de rotação para níveis adequados ao gerador. O gerador é baseado na lei de Faraday, que afirma como a energia mecânica rotacional é convertida em energia elétrica.
Para isso, o sistema inclui um rotor acoplado ao alternador, que transforma o movimento mecânico em energia elétrica. A eletricidade gerada pode ser utilizada diretamente ou armazenada em baterias para uso posterior.
Elementos de uma turbina eólica
Uma turbina eólica é composta por vários elementos que trabalham em conjunto para garantir o funcionamento ideal da turbina e a conversão eficaz da energia eólica em eletricidade. Estes são os principais componentes:
- rotor: O rotor é o elemento que coleta a energia do vento. É composto por pás, que giram mesmo com ventos fracos, graças ao seu design aerodinâmico.
- Sistema de acoplamento: É o conjunto de mecanismos que conecta as pás ao rotor do gerador para transferir o movimento de rotação.
- Multiplicador ou caixa de engrenagens: Este sistema aumenta a velocidade de rotação de aproximadamente 10-40 RPM do rotor para as 1.500 RPM necessárias no gerador para produzir eletricidade.
- Gerador: O gerador converte energia mecânica em eletricidade. Dependendo da turbina, sua potência pode variar de 5 kW a 10 MW nos modelos mais recentes.
- Motor de orientação: Ele permite que a nacela e o rotor girem para sempre ficarem voltados para a direção predominante do vento.
- Mastro de suporte: É a estrutura que sustenta o gerador e o rotor. Quanto maior for a turbina, maior será a altura em que a nacela está localizada.
- Lâminas e anemômetros: Os anemômetros medem a velocidade do vento, enquanto os sensores freiam as pás quando o vento excede certos limites, evitando danos à turbina.
Tipos de turbinas eólicas
Existem dois tipos principais de turbinas eólicas, diferenciadas pela orientação do eixo do rotor:
- Turbinas de eixo horizontal: São os tradicionais utilizados em parques eólicos, com eixo de rotação paralelo ao solo. Este tipo é o mais eficiente em termos de energia captada pela superfície varrida.
- Turbinas de eixo vertical: Essas turbinas têm a vantagem de captar ventos em qualquer direção sem precisar se reorientar, embora sua eficiência seja geralmente menor em comparação com aquelas de eixo horizontal.
Além disso, existem novos designs emergentes, como turbinas eólicas sem pás, que aproveitam as oscilações do vento para gerar eletricidade, embora ainda estejam em fase de desenvolvimento.
Operação de um parque eólico
Um parque eólico é composto por diversos aerogeradores estrategicamente localizados para aproveitar ao máximo os ventos predominantes na região. O conjunto de turbinas conecta a energia elétrica gerada por meio de uma rede interna que a transporta até uma subestação, onde a energia elétrica é convertida em tensão adequada para distribuição.
Para garantir o funcionamento contínuo e a eficiência do parque, são utilizados sistemas de controle que monitoram a velocidade do vento, a orientação das nacelas e o estado das turbinas. Isto permite maximizar a produção de eletricidade e evitar danos em caso de ventos muito fortes.
Além disso, algumas instalações utilizam turbinas eólicas offshore (mar) que, embora de instalação mais cara, oferecem a possibilidade de aproveitar ventos mais constantes e fortes no mar.
Vantagens e desvantagens da energia eólica
Assim como outras fontes de energia, a energia eólica apresenta vantagens e desvantagens:
Vantagens:
- É uma fonte de energia renovável, inesgotável e não emite gases de efeito estufa.
- Permite reduzir a dependência de combustíveis fósseis.
- Os parques eólicos podem ser instalados em diferentes locais, incluindo áreas marítimas e terras agrícolas sem afetar seus usos.
- Su pegada de carbono é mínima em comparação com outras tecnologias energéticas.
Desvantagens:
- A eficiência depende da disponibilidade do vento, o que o torna um fonte intermitente de energia.
- O impacto visual e sonoro dos parques eólicos pode ser uma desvantagem em algumas áreas.
- Grandes turbinas podem afetar a vida selvagem, especialmente as aves, por isso estes fatores precisam ser levados em consideração na escolha dos locais.
- O custo inicial de instalação é alto, embora se pague no longo prazo.
A energia eólica continua a ser uma das melhores opções para uma produção de energia mais sustentável e amiga do ambiente. Com os constantes avanços tecnológicos, as turbinas eólicas não só melhoram em termos de eficiência, como também se tornam mais acessíveis e menos intrusivas em termos visuais e sonoros, tornando-as uma opção viável para o futuro da energia global.