Guia para compreender o que é a energia eólica: definição, operação e tipos

1. O que é energia eólica?

Se queremos compreender o que é a energia eólica, temos de saber que é obtida a partir do vento e podemos defini-la como a utilização da energia cinética das massas de ar para convertê-la em energia mecânica e isso em eletricidade. A energia eólica, que é aproveitada através da utilização de turbinas eólicas, está relacionada com o movimento de massas de ar de áreas de alta pressão atmosférica para áreas de menor pressão. Estas áreas de pressão diferente devem-se ao aquecimento desigual da superfície da Terra por radiação solar. Desta forma, o sol é também responsável pela geração de energia eólica.

2. Como é que funciona?

A energia eólica é obtida através da utilização de turbinas eólicas que movem uma turbina transformando a energia cinética do vento em mecânica e depois em energia elétrica. Dependendo do tipo de turbina eólica utilizada, pode ser necessário que o vento atinja uma velocidade mínima que normalmente começa entre 3m/s (10km/h) e 4m/s (14,4km/h). Esta velocidade é conhecida como velocidade de corte, e não pode exceder 25m /s (90km/h), esta última seria a velocidade máxima ou velocidade de corte.

Para saber mais sobre o que é a energia eólica e como é produzida, vamos explicar tanto o funcionamento das turbinas eólicas.

• Quais são as partes de uma turbina eólica?

Uma turbina eólica é constituída por uma turbina eólica localizada numa torre e um gerador elétrico que funciona da mesma forma que os moinhos de vento. Para compreender a sua mecânica é necessário ser claro sobre as partes que compõem uma turbina eólica de eixo horizontal padrão:

1. Uma torre de aço tubular que pode atingir até 110 metros de atitude.

2. Lâminas ou lâminas com comprimentos até cerca de 100 metros.

3. Um rotor ou turbina eólica, formado pelas lâminas e pelo eixo ao qual estão ligados e equipados com equipamento de avaliação do vento.

4. Nacelle ou alojamento no interior do qual se encontra todo o mecanismo de turbina, eixo, caixa de velocidades, multiplicador, hub, gerador elétrico, comando, orientação e sistemas de travões, e frigorífico para gerador.

5. Um transformador localizado na base da torre.

• Como funciona uma turbina eólica?

El proceso de transformación de la energía eólica en electricidad comienza cuando las aspas de los aerogeneradores son movidas por el viento, transmitendo energía cinética al eje al que están ancladas. Este eje, a su vez, se encuentra conectado al multiplicador, cuya función es aumentar hasta 60 veces más la velocidad del eje rotor. A continuación, éste transmite su movimiento al generador que produce la electricidad que se llevará hasta el transformador. A su vez, el transformador ajusta el voltaje para pasar esta electricidad a la red eléctrica. ​El potencial eólico es la capacidad real que tiene un aerogenerador de absorber la energía del viento. Debido a la desaceleración que sufre el viento a través del aerogenerador, solo el 59% de la energía cinética se puede convertir en energía mecánica.

• Quais são os diferentes tipos de turbinas eólicas?

Existem também diferentes tipos de turbinas eólicas, dependendo da sua potência, do arranjo do seu eixo de rotação, do tipo de gerador, etc. Ao definir o que é a energia eólica, podemos distinguir dois tipos principais de turbinas eólicas, aquelas com um eixo horizontal e aquelas com um eixo vertical; mas as novas turbinas eólicas sem lâmina e turbinas eólicas offshore também são notáveis.

Turbinas eólicas de eixo horizontal

São o tipo predominante de turbinas eólicas, o seu eixo de rotação é paralelo ao solo e são geralmente utilizados em parques eólicos. Também podem ser chamados DE HAWT (Turbina Eólica do Eixo Horizontal). O seu eixo principal de rotação está localizado no topo da torre e está orientado para o vento. As pequenas turbinas eólicas são orientadas por uma varinha meteorológica, enquanto as maiores utilizam um sensor de direção orientado por motores servo ou motores de engrenagem.

Existem dois tipos principais de geradores elétricos: com e sem caixa de velocidades. As turbinas eólicas que não requerem um multiplicador são conhecidas como “drive direto” e os seus geradores são chamados multipole. Estes são projetados para trabalhar com velocidades de vento que vão de uma média de 3m/s (velocidade de ligação) a 25m/s (velocidade de corte). Quando a velocidade do vento excede a velocidade de ligação, a turbina eólica começa a produzir energia elétrica. À medida que a velocidade do vento aumenta, mais energia também é gerada, seguindo a curva.

Principais desvantagens

• Toda a maquinaria e controlo da turbina eólica devem ser localizados a alta altitude e suportados por uma estrutura que resista ao peso.
• A cablagem é necessária para conduzir a corrente gerada e os sinais enviados para o sistema de controlo
• Quando há uma avaria é necessário escalar o nacelle.

Tipos de turbinas eólicas de eixo horizontal

Turbinas eólicas de eixo horizontal lento

Têm muitas lâminas. Geralmente têm uma calha de leme-clima como um sistema de orientação cuja função é colocar o plano da hélice sempre perpendicular à direção do vento.

Turbinas eólicas de eixo horizontal rápido

Têm poucas lâminas e o seu peso por unidade é muito maior em comparação com as turbinas eólicas lentas. Desta forma têm vantagens como a capacidade de aproveitar o efeito do aumento da velocidade do vento com altura.

Turbinas eólicas de eixo vertical

Os geradores de eixos verticais apresentam um eixo de rotação perpendicular ao solo. Também são chamados VAWT (Turbina Eólica do Eixo Vertical), em oposição ao eixo horizontal ou HAWT. As suas vantagens são as seguintes:

• Ocupam menos área de superfície, uma vez que podem ser colocados mais perto uns dos outros, porque não produzem o efeito de travagem de ar típico dos HAWTs.
• As suas lâminas são omnidirecionais, por isso não precisam de um mecanismo de orientação em relação ao vento.
• Podem ser colocados mais perto do solo e são mais fáceis de manter, uma vez que funcionam com uma velocidade de vento mais baixa.
• São muito mais silenciosos que os HAWTs.
• São ideais para pequenas instalações (menos de 10 kW) devido à facilidade de instalação e ao tamanho menor.

Mientras que sus desventajas son:​

• Não aproveitam as correntes de ar de maior altura e maior velocidade quando estão perto do solo.
• Têm baixa eficiência.
• Representam uma despesa mais elevada com materiais por metro quadrado de área ocupada.
• Não se auto-iniciam, exigem ligação à rede para começar a usar o gerador como motor.
• Têm menos estabilidade e maiores problemas de fiabilidade. As lâminas do rotor tendem a dobrar-se ou a quebrar ventos fortes.

Nas turbinas eólicas do eixo vertical, o rotor do eixo pode ser arrasto diferencial, com ou sem tela (Esavonius), variação de incidência cíclica (Darrieus), ou uma mistura de ambos (Darrieus-Savonius).

Tipos de turbinas eólicas de eixo vertical:

Turbina eólica vertical Savonius​

Chama-se arrasto diferencial, uma vez que o seu rotor é baseado na força diferente exercida pelo vento nas lâminas sob a forma de tigelas hemisféricas ou semi-cilíndricas. Desta forma, a ação do vento tem uma força diferente nas partes côncavas e convexas. Para eliminar o efeito nocivo da força que atua na taça inferior, um ecrã ajustável pode ser incorporado no rotor através de uma passa pelo tempo de leme e de um sistema de desconcerto que facilita a canalização do fluxo de ar sobre as lâminas ativas.

Turbina eólica vertical Darrieus​

​O rotor de variação cíclica de incidência é formado por um conjunto de lâminas unidas, que podem girar em torno de um eixo vertical e cuja secção reta tem a forma de uma folha de ar. As lâminas têm uma forma arqueada, são biconvex e podem ter várias formas. A rotação do rotor é causada pela ação aerodinâmica do vento nas lâminas, o que provoca forças aerodinâmicas que dão origem ao binário de rotação.

Turbina eólica vertical Darrieus​-Savonius

Neste caso, o binário inicial é muito pequeno e, na prática, requer um arranque auxiliar. Portanto, em alguns protótipos um rotor de Savonius é combinado para facilitar o início do primeiro, dando origem a rotores mistos. A principal vantagem que o rotor de Savonius representa sobre o Darrieus é a simplicidade da sua construção e melhores valores para o binário inicial a baixas velocidades.

Turbina eólica sem lâmina Vortex Bladeless ​

Este tipo de turbinas eólicas sem lâminas, eliminam os impactos ambientais causados pelas lâminas e são mais económicas do que as convencionais. A turbina eólica Vortex Bladeless desenvolvida por uma empresa espanhola é feita de fibra de carbono e produz eletricidade através de um efeito físico que ocorre quando o vento atinge a estrutura. Isto faz com que ocorram redemoinhos à sua volta que o fazem começar a oscilar e é gerada energia mecânica suficiente para obter eletricidade através da sua transformação.

Entre as suas vantagens em relação aos outros tipos turbinas e eólicas:

• Ocupam menos superfície.
• Os pássaros não estão em perigo.
• O impacto da paisagem é reduzido.
• Reduzem o ruído produzido e podem ser instalados mais perto dos núcleos de consumo.
• A sua construção é mais barata sendo 53% mais barata do que a convencional.
• Não gera qualquer tipo de resíduo de lubrificante porque não tem engrenagens.
• Podem reduzir a pegada de carbono em 40%.
• São ideais para plantas offshore devido à sua facilidade de instalação e manutenção.

No entanto, a sua principal desvantagem é que produzem menos 30% de energia do que uma turbina eólica tradicional.

3. Tipos de energia eólica para as casas

Por outro lado, as microcontraqueias ou mini-turbinas eólicas são geralmente utilizadas para as casas para realizar microgeração ou minigeração de energia eólica.

Microeólica

Os microgeradores eólicos são para uso pessoal e variam de 50W a alguns KW. Esses dispositivos são colocados em um mastro sem a necessidade de cabos de ancoragem em um local exposto ao vento, como no telhado. perdas no transporte e também é possível armazenar energia em baterias.

Minieólica

As mini-turbinas eólicas são utilizadas em áreas isoladas onde existe um grande custo para transportar energia da rede elétrica, onde também podem ser acompanhadas por painéis solares fotovoltaicos. Servem também para instalações com uma elevada taxa de consumo de eletricidade que a queiram reduzir, com o objetivo de consumir a energia de que necessitam e vender o excedente à rede. O mini-vento apenas difere do microwind na medida em que a turbina eólica tem uma potência superior que não deve exceder 100KW. As mini-turbinas eólicas são utilizadas em áreas isoladas onde existe um elevado custo para transportar energia da rede elétrica. Estes são também utilizados para instalações que pretendem reduzir o seu consumo e vender a energia excedentária à rede.

Conhece as vantagens e desvantagens deste tipo de energia? Agora que sabe o que é energia eólica, descubra todas as suas vantagens e desvantagens aqui.