Turbinas eólicas verticais

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 10:38

Embora existam muitas formas mais avançadas de geração de energia hoje, as turbinas eólicas costumavam ser usadas em quase todos os lugares. Claro, eles ainda são usados hoje, mas o número diminuiu significativamente. Para entender como eles funcionam, é importante saber que o vento é uma forma de energia solar.

Descrição Geral

Turbinas eólicas funcionam usando correntes de vento. Mas por que o vento é capaz de gerar eletricidade? Esse fenômeno ocorre devido ao fato de haver um aquecimento desigual da atmosfera terrestre, a estrutura da superfície do planeta ser irregular e também porque ela gira. Turbinas eólicas, ou geradores eólicos, são capazes de converter a energia cinética do vento em energia mecânica, que pode ser usada posteriormente para outras tarefas.

Como exatamente esses dispositivos geram eletricidade usando vento normal? Na verdade, tudo é bem simples. O princípio de operação de tal turbina é diretamente oposto ao funcionamento de um ventilador. Sob a influência da força do vento, as pás da turbina eólica giram, o que, por sua vez, faz com que o eixo conectado ao gerador produza eletricidade.

Tipos de turbina

Existem vários tipos de turbinas. Os engenheiros distinguem duas categorias principais atualmente em uso. A primeira categoria é horizontal-axial e a segunda categoria é vertical-axial. O primeiro tipo de turbina eólica tem o design mais comum, que inclui duas ou três pás. As unidades com três pás funcionam com o princípio de "contra o vento". Os próprios elementos são definidos de forma que olhem para o vento.

Uma das maiores turbinas do mundo é a GE Wind Energy. A potência deste dispositivo é de 3,6 megawatts. Vale a pena notar aqui que quanto maior a turbina, mais eficiente ela é. Além disso, a relação benefício-preço também melhora com o tamanho do agregado.

Totais da turbina

O primeiro indicador pelo qual um dispositivo é selecionado é a energia. Se pegarmos turbinas de "serviço", sua potência pode começar a partir de 100 kW e atingir vários MW. Também é importante notar que as turbinas eólicas verticais e horizontais podem ser agrupadas. Esses grupos são mais comumente referidos como parques eólicos. O objetivo de tais sites é o fornecimento por atacado de eletricidade para o objeto desejado.

Se falamos de pequenas turbinas individuais, cuja potência é inferior a 100 kW, são mais frequentemente utilizadas para fornecer eletricidade a casas particulares, antenas de telecomunicações ou para fornecer energia a bombas de transferência de água. Deve-se notar que pequenas turbinas também podem ser usadas em combinação com motores a diesel.geradores, baterias ou painéis solares. Tal sistema é chamado de sistema híbrido. Eles são usados em locais onde não há outra possibilidade de conexão à rede elétrica.

Vantagens das turbinas verticais

Atualmente, o tipo vertical de dispositivos é muito mais usado. Isso se justifica pelo fato de o tipo vertical apresentar diversas vantagens sobre os horizontais.

Em torres do tipo vertical, a carga atuará de forma mais uniforme, o que facilita a criação de uma estrutura maior em suas dimensões. Além disso, para instalar o rotor neste tipo de turbina, não há necessidade de equipamentos adicionais. Uma vantagem importante que aumenta a eficiência do trabalho é que as pás das turbinas verticais podem ser torcidas - em forma de espiral. Isso é muito importante, pois neste caso a energia eólica os afetará tanto na entrada quanto na saída, o que, obviamente, aumenta a eficiência da instalação.

Uma das vantagens mais importantes das turbinas verticais é que, quando instaladas, não faz sentido ajustar o eixo ao fluxo do vento. Este tipo de dispositivo funcionará com um fluxo de vento soprando de ambos os lados.

Turbina eólica Bolotov

Esta unidade se destaca de outros dispositivos. Para o funcionamento normal da turbina, não há necessidade de adaptá-la às diversas condições climáticas. O elemento de energia eólica deste design é capaz de perceber o vento de qualquer lado, sem qualqueroperações de configuração. Além disso, esse tipo de estação não exige que a torre gire quando a direção do vento muda. Outra vantagem das turbinas eólicas verticais (VAWT - usina eólica com eixo gerador vertical) é que elas possuem um design especial que permite trabalhar com fluxos de vento de qualquer potência. A operação mesmo durante tempestades é possível. É possível escolher o número de módulos de instalação. A potência de saída da turbina dependerá do seu número. Ou seja, alterando o número de módulos, você pode alterar a potência da unidade, o que é muito conveniente. Outra vantagem é que o elemento vento-força é montado de tal forma que permite a conversão de alta eficiência de energia cinética em energia mecânica.

Dimensões da turbina eólica Biryukov e Blinov

Este dispositivo possui um rotor de dois andares com um diâmetro de 0,75 m. A altura desse elemento é de 2 m. Sob a ação de um vento fresco, esse rotor foi capaz de girar completamente o rotor de um assíncrono eixo com potência de até 1,2 kW. A turbina pode suportar a força do vento até 30 m/s sem falhas.

Vale a pena falar porque a turbina eólica é considerada uma conquista de dois cientistas. A coisa é que nos anos 60. na URSS, o cientista Biryukov patenteou um gerador eólico de carrossel com KIEV 46%. No entanto, um pouco mais tarde, o engenheiro Blinov conseguiu usar o mesmo design, mas com um indicador de 58% KIEV.

Turbinastipo hiperboloide

As turbinas eólicas do tipo hiperbolóide foram baseadas nas ideias de um engenheiro como Shukhov Vladimir Grigoryevich.

As características deste tipo de turbina incluem o fato de possuir uma maior área de trabalho do fluxo do vento. Se compararmos este indicador com outras categorias de dispositivos, o tipo hiperbolóide mostra resultados 7-8% melhores, se contarmos a partir da área varrida. Este indicador é válido para os tipos em que a área de trabalho do fluxo de vento é reduzida. Se compararmos este tipo, por exemplo, com turbinas Darrieus e Savonius, a diferença será de 40-45%.

As propriedades especiais desta categoria de unidades também incluem o fato de serem capazes de trabalhar com fluxos de ar ascendentes. É muito produtivo instalar o gerador próximo a um lago, pântano, encosta, etc.

As vantagens de tais turbinas incluem o fato de que a linha de contato da camada ativa de ar, que lava o hiperbolóide, será 1,6 vezes maior que a de um cilindro similar girando como um gerador eólico rotativo. Naturalmente, daí a conclusão de que a eficiência será maior na mesma proporção.

Falhas

Apesar das muitas vantagens e características dessas turbinas, elas também apresentam algumas desvantagens.

Os fatores negativos incluem o fato de que quando as pás do gerador giram contra as correntes do vento, esse tipo de gerador sofrerá perdas significativas, o que, por sua vez, levará a uma diminuição da eficiência do trabalho em cerca de metade. A queda neste indicador é muito perceptível se compararmos turbinas verticais com horizontais, que não apresentam tais perdas.

Outra desvantagem é que a turbina eólica vertical deve ser muito longa. Se você colocá-lo perto do solo, onde a velocidade do vento é muito menor do que em grandes altitudes, pode haver problemas com a partida do rotor, que precisa de um empurrão para começar a funcionar. Por si só, ele não inicia. Você pode, é claro, instalar torres especiais para elevar as pás mais alto, mas a parte inferior do rotor ainda estará muito baixa.

Outras desvantagens incluem o fato de que no inverno se formam pingentes de gelo nas pás das turbinas eólicas. Vale destacar também a grande quantidade de ruídos que as turbinas emitem durante a operação. Algumas das instalações são mesmo capazes de produzir infra-sons nocivos durante o seu funcionamento. Provoca vibração, o que pode fazer com que vidros, janelas, pratos chacoalhem.

Curiosidade: as turbinas eólicas da RimWorld foram usadas como fonte de energia.