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 dois tipos de turbinas eólicas de eixo vertical (VAWT) disponíveis no mercado: a turbina eólica Darrieus e a turbina eólica Savonius.
Um tipo de turbina eólica usado principalmente para fins residenciais é a turbina eólica de eixo vertical . Ela possui 2 ou 3 pás e um eixo rotor que gira verticalmente. Em uma turbina eólica de eixo vertical, o gerador é posicionado na base e as pás são dispostas ao redor do eixo da torre.
Essas turbinas são frequentemente instaladas em divisores de rodovias , e os veículos em movimento fazem com que as pás curvas da turbina girem e gerem energia. A turbina utiliza diferentes velocidades de vento de maneiras distintas, dependendo das necessidades.
1. Turbina Eólica Darrieus (Tipo de elevação)
Esta turbina eólica recebeu o nome de Georges Darrieus , o inventor da mesma. As turbinas eólicas Darrieus possuem pás longas e curvas, ligadas às extremidades superior e inferior do eixo do rotor . Também conhecida como turbina tipo batedor de ovos, esta turbina tem cada extremidade 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 possui uma superfície sólida de recepção de vento e as pás são enroladas em torno do eixo vertical devido ao seu arranjo helicoidal . As turbinas Savonius dependem principalmente do processo de resistência ao fluxo de ar 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 possuem formatos específicos de pás que reduzem o arrasto que sofrem. Assim que a rotação começa, a velocidade da turbina também aumenta para ultrapassar a velocidade do vento, proporcionando um 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 em turbinas eólicas de eixo vertical (VAWT) são capazes de captar vento vindo de qualquer direção . Assim, essas turbinas podem gerar energia em condições climáticas instáveis, como ventos fortes e turbulentos. Além disso, são ideais para áreas costeiras e montanhosas.
2. Espaçamento mais próximo
Cada turbina é posicionada a uma distância de 5 diâmetros uma da outra na direção do vento e a cerca de 10 diâmetros na direção vertical. Esse espaçamento ajuda a evitar a perturbação do fluxo de ar. Também reduz as chances de redução da velocidade do vento causada pelo contato entre as turbinas. Com um espaçamento menor, as turbinas eólicas de eixo vertical capturam mais energia por metro quadrado de terreno.
Segundo uma pesquisa de 2017 realizada por Anna Craig, candidata ao doutorado em engenharia mecânica da Universidade de Stanford, as turbinas eólicas de eixo vertical (VAWT) podem gerar 10 vezes mais energia por unidade de área em comparação com um grupo de turbinas eólicas de eixo horizontal (amplamente espaçadas).
3. Velocidade inicial do vento mais baixa
As turbinas de eixo vertical partem de 2 a 3 m/s de velocidade inicial do vento, o que lhes permite gerar energia mesmo com ventos fracos. Embora a produção total seja menor com ventos fracos, essas turbinas não são inúteis em condições de vento fraco, ao contrário de outras turbinas convencionais.
4. Menor Impacto Ambiental
As turbinas eólicas de eixo vertical são menores que as turbinas tradicionais . Como são construídas ao redor do eixo, as pás do rotor não projetam sombras. Os pássaros também conseguem ver as pás com facilidade, o que reduz as chances de acidentes . Além disso, as turbinas eólicas de eixo vertical 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 fáceis de transportar, instalar e manter . Um único caminhão grande pode transportar facilmente uma turbina inteira de uma só vez. Não há necessidade de subir a grandes alturas para consertá-la ou repará-la. Portanto, a manutenção de turbinas de eixo vertical é fácil.
6. Menos restrições na instalação
Devido ao seu tamanho, as turbinas eólicas de eixo vertical são mais facilmente permitidas em comparação com outros tipos de turbinas . Diferentes regiões possuem regras e regulamentos distintos quanto à altura máxima de construção. Como as turbinas verticais não são muito altas, sua construção é aprovada na maioria dos estados.
7. Apelo Estético
As turbinas eólicas verticais possuem designs geométricos modernos que lhes conferem melhor desempenho e apelo estético. Sua aparência harmoniza-se com as infraestruturas vizinhas, como campi escolares/universitários, parques e outros edifícios.
Leia esta interessante informação sobre a combinação de turbinas eólicas e painéis solares e os seus resultados.
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 design do rotor, nem todas as pás recebem o vento simultaneamente . As pás voltadas para o vento giram enquanto as outras simplesmente as acompanham, resultando em menor eficiência de rotação. Além disso, as turbinas eólicas Savonius sofrem maior resistência aerodinâmica devido à grande superfície de suas pás.
2. Acesso a menor velocidade do vento
As turbinas eólicas de eixo vertical (VAWTs) são instaladas ao nível do solo, portanto não conseguem aproveitar as altas velocidades do vento que sopram em grandes altitudes . Isso faz com que o funcionamento das turbinas fique restrito 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 problemas, como vibrações e turbulência . As pás precisam suportar mais força, e os rolamentos entre o mastro e o rotor também sofrem maior pressão. Isso às vezes leva a rachaduras ou empenamentos nas pás.
4. Menor eficiência geral
As turbinas eólicas de eixo vertical têm menor eficiência em comparação com as turbinas eólicas de eixo horizontal (HAWT) devido às suas características de projeto e operação.
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.
Recomendado : Turbinas eólicas onshore versus offshore: tudo o que você precisa saber
