O desenvolvimento de fontes de energia renováveis é crucial na luta contra o aquecimento global e para a preservação dos recursos naturais do nosso planeta. As tecnologias de coleta eólica e solar estão em ascensão. Isso leva à crescente demanda por tipos de turbinas eólicas de eixo vertical. Vamos descobrir mais sobre elas.
Tipos de turbina eólica de eixo vertical
Existem 2 tipos de VAWT disponíveis no mercado: Turbina eólica Darrieus e turbina eólica Savonius.
Um tipo de turbina eólica que é usada principalmente para fins residenciais é uma turbina eólica de eixo vertical. Ele tem 2 ou 3 lâminas e um eixo de rotor que se move verticalmente. Em um VAWT, o gerador é colocado na parte inferior e as lâminas são cobertas ao redor do eixo da torre.
Essas turbinas são frequentemente instalado em divisores de rodovias e os veículos em movimento fazem as lâminas curvas da turbina girarem e gerarem energia. A turbina usa diferentes velocidades de vento de diferentes maneiras com base nos requisitos.
1. Turbina Eólica Darrieus (Tipo de elevação)
Esta turbina eólica recebeu o seu nome de Georges Darrieus, a pessoa que o inventou. As turbinas eólicas Darrieus têm lâminas longas e curvas ligadas à parte superior e inferior do eixo do rotor. Também conhecida pelo nome de batedor de ovos, cada extremidade desta turbina é conectada ao eixo do rotor.
As turbinas Darrieus giram a partir da sustentação fornecida pela força aerodinâmica. Uma sucção é produzida na parte frontal da turbina pelo fluxo de vento, fazendo com que as lâminas girem na direção oposta.
2. Turbina Eólica Savonius (Tipo de arrasto)
Esta turbina tem uma superfície sólida de recepção de vento e as lâminas são enroladas em torno do eixo vertical devido ao seu arranjo em forma de hélice. As turbinas Savonius dependem principalmente do processo de resistência ao fluxo para ativar os motores.
Isso é necessário além da força dinâmica do vento agindo como uma força ativa para girar os rotores. O lado reverso das lâminas enfrenta uma força de resistência aerodinâmica, simultaneamente. Por causa disso, essas turbinas giram proporcionalmente à velocidade do vento.
Ambas as turbinas eólicas têm formas específicas de asas que reduzem a quantidade de arrasto sofrido por eles. Uma vez que a revolução começa, a velocidade da turbina também aumenta para exceder a velocidade do vento, para melhor desempenho.
Princípio de funcionamento da turbina eólica de eixo vertical
Vamos dar uma olhada nos componentes da turbina eólica de eixo vertical.
- Caixa de engrenagens – Ele aumenta a velocidade de rotação de um eixo de baixa velocidade para que ele se conecte a um eixo de alta velocidade, que é conectado ao gerador.
- Gerador – Converte energia mecânica em energia elétrica na turbina eólica.
- Bateria recarregável – Ele armazena a produção de eletricidade que foi criada pelo gerador.
- Circuito LDR – Ele funciona para ligar/desligar a luz no sistema. Ele é composto de Light Dependent Resistor (LDR), bateria, LED, transistor e resistor.
Leia mais sobre o princípio básico da conversão de energia eólica.
Trabalho
Um VAWT é conectado à caixa de engrenagens que inclui engrenagens e esta caixa de engrenagens é conectada diretamente ao eixo do gerador elétrico. O vento começa a girar a turbina gerando energia mecânica.
A caixa de engrenagens melhora as revoluções da turbina internamente e transfere essas rotações para o gerador como uma entrada mecânica. O gerador usa essa energia e a converte em energia elétrica, que é então armazenada nas baterias. Essa energia armazenada é usada por meio de um sistema de iluminação automatizado.
Funcionamento do circuito
O emissor do transistor é conectado ao GND e o coletor é ligado ao terminal negativo do LED. Os terminais do resistor são conectados diretamente à fonte de tensão e o LDR é conectado ao terminal negativo. Uma vez que o circuito LDR é ligado diretamente à bateria, ele pode sentir a presença de luz. Depois disso, o LED liga automaticamente quando a quantidade de luz (luz solar) recebida é menos intensa.
Aplicações de turbinas eólicas de eixo vertical
A seguir está uma lista de aplicações ideais de vários tipos de turbinas eólicas de eixo vertical.
- Em pequenos projetos eólicos e instalações eólicas menos extensas
- Em construção ou uso em edifícios residenciais.
- Em áreas com condições climáticas ou de vento instáveis para gerar energia.
Vantagens da turbina eólica de eixo vertical
As vantagens da turbina eólica de eixo vertical são as seguintes:
1. Rotor Omnidirecional
As pás do rotor no VAWT são capazes de pegando vento vindo de qualquer direção. Assim, essas turbinas podem gerar energia em condições climáticas instáveis, como ventos fortes e turbulentos. Além disso, elas também são ideais para áreas costeiras e montanhosas.
2. Espaçamento mais próximo
Cada turbina é colocada a 5 diâmetros de distância através do vento e a cerca de 10 diâmetros de distância estendendo-se para baixo. Este padrão de espaçamento ajuda a evitar a interrupção do fluxo de ar. Também reduz as chances de redução na velocidade do vento causada por turbinas entre si. Com espaçamento mais próximo, turbinas eólicas de eixo vertical capturar efetivamente mais energia por metro quadrado de terra.
De acordo com uma Pesquisa 2017 pela candidata a doutorado em engenharia mecânica da Universidade de Stanford, Anna Craig, o VAWT pode gerar 10 vezes mais energia por unidade de terra em comparação com um grupo de turbinas eólicas de eixo horizontal (bem espaçados).
3. Velocidade inicial do vento mais baixa
Turbinas de eixo vertical a velocidade inicial do vento é de 2 a 3 m/s, o que lhes permite gerar energia mesmo com vento fraco de entrada. Embora a saída geral seja menor em velocidade de vento baixa, essas turbinas não são inúteis em condições de vento mais fraco, ao contrário de suas contrapartes.
4. Menor Impacto Ambiental
As turbinas eólicas de eixo vertical são menor que as turbinas tradicionais. Como são construídas ao redor do eixo, as pás do rotor não projetam sombras. Os pássaros também podem ver facilmente as pás, o que reduz as chances de vítimas. Além disso, os VAWT operam com o mínimo de ruído, portanto, não causam poluição sonora.
5. Fácil de instalar e manter
Devido ao seu pequeno tamanho, essas turbinas são fácil de transportar, instalar e manter. Um único caminhão grande pode facilmente transportar uma turbina inteira em uma rodada. Não há necessidade de subir alturas extremas para consertá-la ou repará-la. Assim, é fácil manter turbinas de eixo vertical.
6. Menos restrições na instalação
Devido ao seu tamanho, os tipos de turbinas eólicas de eixo vertical são facilmente admissível em comparação com outras turbinas. Regiões diferentes têm regras e regulamentos diferentes para a altura máxima de construção. Como turbinas verticais não são muito altas, sua construção é aprovada na maioria dos estados.
7. Apelo Estético
As turbinas eólicas verticais têm designs geométricos modernos que lhes dão melhor desempenho e apelo estético. Seus a aparência vai bem com infraestruturas vizinhas, como campi escolares/universitários, parques e outros edifícios.
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Desvantagens da turbina eólica de eixo vertical
Apesar de serem benéficas em muitos lugares, as desvantagens das turbinas eólicas de eixo vertical restringem seu desempenho. Vamos descobrir.
1. Menor eficiência de rotação
Devido ao seu design de rotor, todas as pás não recebem o vento de entrada simultaneamente. As pás voltadas para o vento irão girar enquanto outras simplesmente as seguem, levando a uma menor eficiência de rotação. Além disso, as turbinas eólicas Savonius sofrem mais arrasto devido às suas superfícies de pás largas.
2. Acesso a menor velocidade do vento
Os VAWTs são instalados ao nível do solo, portanto, não pode aproveitar velocidades de vento mais altas que fluem em grandes altitudes. Isso faz com que o funcionamento das turbinas fique confinado a níveis mais baixos de velocidade do vento.
3. Desgaste rápido dos componentes
Como as turbinas eólicas verticais são instaladas em áreas povoadas ao nível do solo, elas enfrentam mais questões como vibrações e turbulência. As lâminas têm que suportar mais força, os rolamentos entre o mastro e o rotor também suportam pressão mais alta. Isso às vezes leva a rachaduras ou dobras nas lâminas.
4. Menor eficiência geral
As turbinas eólicas de eixo vertical têm menor eficiência em comparação com turbinas eólicas de eixo horizontal (HAWT) devido ao seu projeto e características operacionais.
5. Mecanismo de partida manual
As turbinas eólicas Darrieus têm um mecanismo de partida manual por causa do design de suas asas, que não formam torque suficiente para autorrotação. Elas não iniciam automaticamente como as turbinas Savonius e horizontais.
Então, os 2 tipos de turbinas eólicas de eixo vertical são uma solução sustentável e fácil para gerar energia em estradas e rodovias. No entanto, seu design e construção funcionam tanto a favor quanto contra eles. No entanto, eles ainda são a melhor opção em vez de soluções baseadas em combustíveis fósseis.
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