Energia Eólica
A energia produzida pelo vento é um recurso energético natural que pode ser aproveitado com um investimento reduzido, é especialmente rentável em locais com muito vento. Um gerador eólica caseiro é algo possível de fazer sem custos muito elevados.
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 direcção) por obstáculos e condições do solo. O aproveitamento da energia cinética do vento é efectuado através de turbinas eólicas acopladas a geradores. A este conjunto turbina-gerador é habitualmente chamado Aerogerador. Existem vários tipos de turbinas eólicas cujas diferenças incidem essencialmente na direcção 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 controlo 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 efectuado. 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 (factor cúbico) da velocidade do caudal de ar que passa através dela, o que faz com que o interesse e o aproveitamento deste recurso variam muito com a intensidade e a direcção 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 cálculo 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 caracteriza 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?
Parte superior do formulário
|
Turbina eólica |
Potência eléctrica |
|
Diâmetro do Rotor (m): Velocidade Média do Vento: |
Pot. Instantânea (kW): |
Parte inferior do formulário
** 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 exactos.
A eficiência do vento em relação à energia eléctrica produzida pode ser calculada neste simples programa.
Posso eu mesmo construir um gerador eólico caseiro?
Sim.
Para construir um gerador eólica existem algumas questões que se devem 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.
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.
Que tamanho de turbina necessito?
As turbinas eólicas funcionam com o ar fino, assim, necessitam de ter dimensões elevadas para produzir potências consideráveis. Um diâmetro de 2 metros (pá da turbina com 1 metro) pode produzir anualmente mais de 500 Kw/h. Um valor considerável para uma habitação média.
Que tipo de gerador devo usar?
A maioria dos aerogeradores pequenos são usados para carregar baterias que posteriormente vão colocar essa energia eléctrica transformada no sector normal de 220V. A escolha óbvia para um aerogerador caseiro será o alternador de um veículo automóvel. Mas a utilização de um alternador tem alguns inconvenientes, o dispositivo funciona apenas com uma rotação elevada +/- 2000RPM a velocidade das pás raramente ultrapassa as 100RPM, existe assim a necessidade de multiplicar mecanicamente este diferencial. Neste processo existem perdas significativas. Em aerogeradores instalados a baixa altitude (em relação ao solo) existe um pequeno aproveitamento energético, existe a necessidade de ter um gerador com uma eficiência muito boa para ter aproveitamento.
Quase todos os aerogeradores pequenos de fabrico comercial usam geradores com ímanes permanentes que não são fáceis de construir. O gerador é o componente fundamental para o êxito ou fracasso do projecto. Contenha o entusiasmo mas não desanime existem sempre soluções.
A altura da turbina é importante?
Quanto mais alto melhor, a potência do vento em função da altura varia nas seguintes proporções:
V0-Velocidade em m/s à altura de referência h0 do solo
α-Coeficiente característico do local; entre 0,1 e 0,4
Cada local pode ter um factor diferente, baseando-nos num factor de 0,1 podemos criar um gráfico aproximado.
Posso eu mesmo construir as pás das turbinas?
Sim, vamos colocar aqui alguns processos para construção das pás das turbinas, algumas mais sofisticadas em fibra outras utilizando materiais comuns usando simples tubos de polietileno.
Não esquecer que no caso de produção de energia em excesso a EDP é obrigada a comprar essa energia produzida, se tem vento e espaço pense nisso.
Construir um pequeno aerogerador caseiro
Um circuito mais complexo mas com aproveitamento energético, vamos aproveitar um motor de vídeo gravador.
Vamos aproveitar o circuito de três fases existente nos servo motores dos vídeos e fazer a sua ligação a díodos em ponte.
Vamos então ligar os díodos ao motor
Cada enrolamento de cada fase tem a mesma resistência, aproximadamente 4 ohm, verifique com o multímetro se os enrolamentos têm todos do mesmo valor.
Agora vamos construir as pás da turbina. Vamos para isso utilizar réguas de madeira ou metálicas preferencialmente de alumínio.
Suporte as pás de modo a obter o máximo rendimento do vento fazendo o centro da turbina com esta forma.
Obtemos um conjunto que pode ser utilizado para produzir energia.
Nesta foto já com o motor incorporado
Depois de concluído podemos então ligar o sistema a um controlador de carga e carregar baterias ou pilhas.