As diferenças de pressão atmosférica causadas pelo aquecimento diferencial terrestre provocam deslocação de massas de ar (vento), a deslocação destas massas de ar são influenciadas pelas condições atmosféricas (intensidade e direção) por obstáculos e condições do solo. O aproveitamento da energia cinética do vento é efetuada através de turbinas eólicas acopladas a geradores. A este conjunto turbina-gerador é habitualmente chamado Aerogerador. Existem vários tipos de turbinas eólicas cujas as diferenças incidem essencialmente na direção do eixo de rotação (vertical e horizontal), forma e número de pás que constituem o rotor.
Quando exposto a vento suficiente, um aerogerador produz corrente alternada (CA). Depois de rectificada (CC) esta corrente é usada para carregar de baterias e posteriormente convertida em corrente alterna. Todos os aerogeradores vêm com o seu próprio sistema de controle de carga (A, B).
Tal como a energia solar a energia eólica é uma energia limpa, a sua inclusão em áreas ventosas em ambientes domésticos pode rapidamente trazer o retorno do investimento efetuado. Pode funcionar em simultâneo com módulos energéticos solares. O seu funcionamento não difere substancialmente, a energia captada por um aerogerador carrega um conjunto de baterias.
Produção de energia
A energia cinética, resultante das deslocações de massas de ar, pode ser transformada em:
- energia mecânica através de aeromotores;
- energia eléctrica através de turbinas eólicas ou aerogeradores.
A potência mecânica disponível (P) numa turbina depende grandemente (facto cúbico) da velocidade do caudal de ar que passa através dela, o que faz com que o interesse e o aproveitamento deste recurso varie muito com a intensidade e a direção do vento.
A potência do vento que passa perpendicularmente através de uma área circular P = 1/2 (rv3 pr2)
Onde:
P= potência média do vento em Watts [W]
r(rho) = densidade do ar seco = 1,225 kg/m3 (PTN)
v= velocidade média do vento [m/s]
p (pi) =3.1415926535...
r = raio do rotor em m [metros]Contudo, esta energia não pode ser inteiramente recuperada pelo aerogerador, pois há que evacuar o ar turbinado; introduz-se, de modo a tornar o calculo mais preciso, o coeficiente Cp no cálculo da potência:
P = 1/2 (rv3 pr2Cp)
O coeficiente de potência foi introduzido pela teoria de Betz. O coeficiente Cp carateriza o nível de rendimento de uma turbina eólica; pode ser definido pela razão:
Limite de Betz
O limite de Betz indica que, mesmo para os melhores aproveitamentos eólicos (turbinas de 2 ou 3 pás de eixo horizontal), recupera-se apenas um máximo de 59% da energia do vento, o que significa que Cp máximo (teórico) é 0,59. Para uma aplicação real, este coeficiente é da ordem de 0,3 a 0,4 no máximo. A teoria de Betz coloca em modelo a passagem do ar antes e após a turbina, por um tubo de corrente onde:
V1 é a velocidade do vento antes das pás da turbina
V é a velocidade do vento nas pás da turbina, na ordem de 10 m/s
V2 é a velocidade do vento após ter transferido energia às pás da turbina
Onde V1 > V > V2 , sendo estas velocidades paralelas ao eixo do rotor.
Que potência uma turbina pode produzir em função das dimensões ?
** Assume-se que a densidade do ar é 1.225kg/m3* Uma turbina de um aerogerador bem desenhado consegue ter 25% - 40% de eficiência.
Nota - Nos cálculos mensais e anuais, considera-se que o gerador tem um funcionamento permanente médio igual ao valor apresentado, como a produção não é linear, a paragem por falta de vento ou elevados níveis de produção podem tornar estes valores pouco precisos. Os valores apresentados mensalmente e anualmente devem ser considerados como estimativas prováveis e não valores exatos.
A eficiência do vento em relação à energia eléctrica produzida pode ser calculada neste simples programa.
Calculo para geradores eólicos.
Posso eu mesmo construir um gerador eólico caseiro ?
Sim.Para construir um gerador eólica existem algumas questões a que se deve ter atenção
O local onde vou instalar o aerogerador tem vento suficiente ?
A maioria das pessoas têm a noção que vivem em locais ventosos, no entanto a maior parte das áreas residências não são adequadas para a produção de energia a partir do vento. As árvores e os edifícios diminuem a velocidade do vento, criam zonas de turbulência que podem ser destrutivas. É fundamental que a zona de incidência se encontre desobstruída. Verifique os mapas de velocidades do vento .
Os locais abertos ou zonas junto ao litoral podem ser apropriados para colocar as turbinas. Uma torre alta pode ser útil e aumentar a rentabilidade da instalação, não esquecer que a turbina pode ter alguns efeitos nas áreas circundantes, os seus vizinhos podem não partilhar o seu entusiasmo, mas pode partilhar com eles a energia produzida e o trabalho de colocação, certamente os resultados vão ser diferentes.
