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Por que os aerogeradores estão cada vez maiores?

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Antes de responder essa pergunta, vamos conhecer um pouco mais sobre os aerogeradores. Então bora conferir?

Como funcionam os aerogeradores ?

Também chamados de turbinas eólicas, os aerogeradores são máquinas que tem a função de captar a energia cinética do vento incidente e converter em energia elétrica.

No meio dessa conversão, há primeiro a conversão da energia cinética do vento em energia mecânica de rotação do eixo da turbina.

energia eolica

Tendo dito isso, é razoável esperar que quanto maior é a máquina, mais vento ela é capaz de captar e, portanto, mais energia ela é capaz de gerar.

Mas como isso se dá matematicamente ?

Para entender melhor essa questão, precisamos analisar a equação descrita a seguir.

eolica

Nela, P refere-se à potência mecânica no eixo do aerogerador, Cp ao rendimento na conversão entre a energia eólica disponível no vento incidente e a energia mecânica no eixo, A à área correspondente ao rotor aerodinâmico (área de um círculo, onde o raio é o tamanho da pá do aerogerador), ρ à densidade do ar local e V à velocidade média do vento incidente.

Com respeito ao rendimento Cp, existe um limite teórico máximo para ele denominado Limite de Betz, cujo valor é 16/27 (aproximadamente 59,3%).

Em outras palavras, só é possível converter em energia mecânica no máximo 59,3% da energia cinética do vento incidente.

Analisando a equação descrita anteriormente, percebemos que ao aumentar a área A temos uma maior potência mecânica P, pois são grandezas diretamente proporcionais. O mesmo acontece para a velocidade do vento incidente V.

Logo, para maximizarmos a potência, precisamos de maior área e maior velocidade do vento incidente. O aumento da área se dá pelo aumento no tamanho das pás dos aerogeradores.

eolica

Mas como obtemos maiores velocidades de vento ?

Para responder essa questão, precisamos entender o comportamento médio do vento em função da altura.

eolica

A imagem acima mostra o perfil vertical de velocidade do vento em função da altura. Nela, notamos que os ventos presentes em camadas mais elevadas da atmosfera apresentam uma maior magnitude.

Isso acontece devido à diminuição da influência da superfície no vento à medida que nos afastamos dela. Ou seja, os ventos em maiores alturas estão menos suscetíveis aos efeitos turbulentos na superfície.

eolica

Logo, os aerogeradores modernos, além de apresentarem pás cada vez maiores, também apresentam torres cada vez maiores, de forma a captar ventos de maior magnitude em alturas mais elevadas.

Charles Pereira
Engenheiro de Energia com Mestrado em Fontes Renováveis de Energia pela UFPE e atualmente trabalhando como Engenheiro de Desenvolvimento na Ibitu Energia. Entre 2016 e 2020, fez pesquisa no Centro de Energias Renováveis (CER-UFPE) envolvendo Avaliação de Recurso Eólico e Previsão de Geração Eólica. Durante a graduação, participou de intercâmbio na Ohio University e University of New Orleans. Pernambucano, ama viajar, praticar Mountain bike, tocar as mesmas músicas no violão e ler histórias em quadrinhos.

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    2 Comments

    1. Fantástico o modo como o colunista trabalha relacionando questões de percepções físicas e equações matemáticas.
      Parabéns charle André!!!

    2. […] A potência eólica disponível, ou seja, a potência que pode ser extraída a partir dos ventos é proporcional ao cubo da magnitude da velocidade do vento (para mais detalhes, ler o artigo “Por que os aerogeradores estão cada vez maiores?“). […]

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