Uma turbina eólica é um moinho de vento que converte a energia cinética do vento em um movimento rotativo para gerar eletricidade. Estas turbinas eólicas são um elemento essencial para a geração de energia eólica.
A energia eólica é uma fonte de energia renovável que produz energia elétrica graças à força do vento. As turbinas eólicas são projetadas de forma aerodinâmica para converter a força do vento em energia mecânica e posteriormente em eletricidade em um alternador.
Os parques eólicos são compostos por várias turbinas eólicas. A finalidade dos parques eólicos é a produção de energia elétrica para poder fornecê-la à rede elétrica.
A frequência alimentada à conexão de rede deve ser constante em 50 Hz na Europa e 60 Hz na América. A eletricidade produzida é enviada para uma série de conversores antes de alimentar a rede elétrica.
A vida útil dos aerogeradores atualmente instalados é de cerca de 25 anos.
O que o aerogerador faz?
A operação de uma turbina eólica é baseada em uma série de etapas habilmente projetadas que convergem para aproveitar a força do vento e convertê-la em eletricidade.
Primeiro, as pás das turbinas eólicas são projetadas aerodinamicamente para capturar o momento do vento conforme ele sopra. O vento bate contra eles, gerando uma força que os faz girar. Este movimento de rotação é transmitido ao rotor, que está ligado a um eixo principal localizado no coração da turbina eólica.
Este eixo principal torna-se o ponto focal da transformação de energia. À medida que as pás giram e o rotor se move, a energia cinética do vento é canalizada para uma caixa de engrenagens. Nesta etapa, a caixa de engrenagens realiza uma engenhosa façanha mecânica: transforma o movimento lento, mas poderoso do rotor, em um movimento rápido e de menor força no eixo gerador.
Este eixo gerador ligado à caixa de engrenagens, por sua vez, está ligado a um gerador elétrico. O gerador contém ímãs e bobinas de fio que interagem de maneiras surpreendentes para gerar corrente elétrica alternada (CA). Essa corrente elétrica recém-criada é o produto tangível da energia cinética do vento.
Tipos de turbinas eólicas
Existem dois tipos de turbinas eólicas, dependendo da posição do eixo do rotor:
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Turbinas eólicas de eixo horizontal: nas quais o rotor é orientado, ativa ou passivamente, paralelamente à direção de origem do vento.
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Turbinas eólicas de eixo vertical: cuja orientação independe da direção de origem do vento.
Gerador eólico de eixo horizontal
Um gerador eólico de eixo horizontal rotativo no solo é formado por uma torre de aço com alturas entre 60 e 100 metros. No topo da torre existe uma gôndola onde se encontram os elementos mais importantes da máquina:
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As pás que captam a energia do vento. As pás têm entre 20 e 60 metros de comprimento.
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O rotor converte energia eólica em energia mecânica.
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Uma caixa de engrenagens para alterar a relação entre velocidade angular e potência para obter valores ideais para a operação do gerador elétrico. No entanto, algumas turbinas eólicas utilizam outras técnicas para realizar esta operação.
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O gerador elétrico acionado pelo rotor que é aquele que transforma a energia mecânica em elétrica.
Este tipo de turbina eólica pode gerar uma potência altamente variável, que pode variar de alguns kW a 5-6 MW, dependendo do vento local e das condições climáticas.
As turbinas eólicas tradicionais têm, quase sem exceção, o eixo de rotação horizontal.
As pás deste tipo de aerogeradores são de madeira ou poliéster ou epóxi reforçado com fibra de vidro.
Gerador eólico de eixo vertical
Este tipo de aerogerador caracteriza-se por ter menos peças móveis na sua estrutura. Esta simplicidade confere-lhe uma elevada resistência a fortes rajadas de vento e a capacidade de aproveitar qualquer direção do vento sem ter de se orientar constantemente.
As turbinas eólicas de eixo vertical são máquinas muito versáteis. Estas máquinas podem ser utilizadas tanto para uso doméstico como para produção centralizada de eletricidade na ordem dos megawatts. Uma única turbina atende às necessidades elétricas de cerca de 1.000 residências em média.
A diferença substancial em relação às turbinas de eixo horizontal é a forte variação de torque nas pás durante a rotação. Essa variação causa grande fadiga e risco de quebra.
Velocidade operacional máxima e mínima
A gama de velocidades do vento está em uma média de 4 a 22 m/s.
Todas as turbinas eólicas requerem uma velocidade mínima do vento (corte) de 3 a 5 m/s para girar. Quando a velocidade atinge 12 a 14 m/s, já pode fornecer energia elétrica.
Por outro lado, com ventos muito fortes de 20 a 25 m/s, o sistema de frenagem bloqueia a turbina eólica por motivos de segurança. O bloqueio pode ser feito com freios que bloqueiam o rotor ou girando as pás para modificar a aerodinâmica para que o vento não as impulsione.