Entenda como funciona um aerogerador

Em Componentes elétricos por Henrique Mattede

As energias renováveis vêm se popularizando rapidamente, uma vez que elas possuem diversos benefícios e aplicações. Pensando nisso, o Mundo da Elétrica separou tudo o que você precisa saber sobre o funcionamento de um aerogerador eólico. Então, vamos lá pessoal!

A energia eólica é a energia produzida a partir da energia cinética do vento que movimenta as pás de captadores. A energia cinética do vento é convertida em energia mecânica por moinhos e cataventos, depois é convertida em energia elétrica por turbinas eólicas ou aerogeradores.

A energia eólica é uma fonte de energia renovável, limpa e infinita, por isso vêm tomando espaço na matriz energética brasileira e mundial cada vez mais.

Como funciona um aerogerador eólico

Um aerogerador eólico, também chamado de turbina eólica ou gerador eólico, é um equipamento que tem como função principal converter a energia cinética do vento em energia elétrica.

Os aerogeradores utilizam um processo indireto para converter a energia eólica em eletricidade, uma vez que a energia dos ventos é transformada primeiramente em energia mecânica e, depois, em energia elétrica.

Existem diferentes tipos de geradores eólicos, mas todos utilizam a mesma estrutura básica e os mesmos componentes para funcionar.

Na imagem abaixo, é possível observar as partes constituintes de um aerogerador eólico.

Como funciona um aerogerador eólico.

Partes de um aerogerador eólico.

Pás

As pás, ou lâminas, dos aerogeradores são as responsáveis por captar a energia cinética dos ventos e transferi-la para o rotor da turbina. Elas utilizam os mesmos perfis aerodinâmicos das asas de aviões, que criam a força de sustentação necessária para realizar o seu movimento.

Geralmente, as pás eólicas são fabricadas a partir do poliéster ou epóxi misturado a algum material de reforço, como fibra de vidro, aramidas ou fibra de carbono.

Entretanto, já existem pesquisas que estão testando o uso de materiais recicláveis na construção das lâminas eólicas, como compostos de madeira e chapas de aço ultra finas.

As hélices de uma turbina eólica moderna podem ultrapassar 100 metros de comprimento.

Rotor

O rotor, conhecido como “nariz” do aerogerador, é a parte frontal da turbina no qual são conectadas as pás.

Ele é o elemento da turbina eólica que transfere o movimento das pás para o eixo central, que pode ser horizontal ou vertical.

Um de seus principais componentes é o sistema hidráulico que permite o movimento das pás em distintas posições para otimizar a força do vento ou parar a turbina por completo.

Os aerogeradores possuem mecanismos de segurança que controlam a velocidade do rotor e das pás mesmo em momentos de ventos fortes.

Além disso, as turbinas eólicas possuem um sistema de freio que permite parar a rotação e, consequentemente, a geração de energia quando necessário.

O rotor de um gerador eólico pode ter de 20 a 170 metros de diâmetro e quanto maior for o rotor e as pás de um aerogerador, mais energia ele será capaz de produzir.

Nacele

A nacele é a caixa acoplada ao rotor da turbina eólica, na qual estão inseridos vários dos seus principais componentes.

Ela é a estrutura de maior peso de uma torre eólica, podendo chegar a 111 toneladas dependendo do porte do aerogerador.

Entre os componentes abrigados na nacele, normalmente, temos caixa multiplicadora, gerador, chassis, sistema de yaw, freios, embreagem, mancais, sistema de controle eletrônico e sistema hidráulico.

Torre

A torre é a estrutura que sustenta o rotor e a nacele do aerogerador em uma altura ideal para a captação dos ventos.

Inicialmente, as torres eram fabricadas em metal, como o aço, mas passaram a ser construídas em concreto devido ao aumento do seu tamanho.

Hoje, as torres de geradores eólicos podem ultrapassar  os 200 metros de altura.

Caixa multiplicadora

A caixa de transmissão, ou gearbox, de um aerogerador é responsável por multiplicar a rotação do eixo primário de entrada e transferi-la ao eixo secundário ligado ao gerador.

Ela também é conhecida como caixa de multiplicação, caixa multiplicadora ou apenas multiplicador.

A caixa multiplicadora tem a função de transformar as rotações do rotor e do eixo, que rotacionam em baixas velocidades, entre 15 e 60 rpm, com elevado torque, em velocidades altas, entre 1000 e 3000rpm, com baixo torque no eixo secundário.

Gerador

O gerador é um item essencial em qualquer turbina eólica e é o responsável por converter a força mecânica do eixo em energia elétrica de corrente alternada.

Em alguns casos, o gerador utilizado produz energia em corrente contínua, sendo necessário, então, incluir um inversor para transformá-la em corrente alternada.

Anemômetro

O anemômetro é um dispositivo instalado no topo da nacele que mede a intensidade e a velocidade dos ventos.

Seus dados são utilizados para gerar os gráficos da curva de potência das turbinas e realizar estudos de produção elétrica dos parques eólicos, que garantem o posicionamento mais adequado para a turbina.

Existem diferentes tipos de anemômetros, os mais conhecidos são o de copos, moinho de vento, termoelétrico e ultrassônico.

Biruta

A biruta é um sensor que fica acoplado ao anemômetro e serve para medir a direção dos ventos. Por isso, também é chamado de sensor de direção.

Com base nos dados da biruta, o sistema de controle do aerogerador altera sua posição para que o rotor e as pás estejam em posição ideal para captação dos ventos.

Tipos de aerogeradores

Atualmente, existe uma diversidade de turbinas eólicas no mercado, com distintas capacidades de produção energética, para atender diferentes demandas de energia elétrica e diferentes condições climáticas.

Esses aerogeradores são classificados em função da posição do eixo de rotação da turbina eólica, podendo ser:

Embora tenham a mesma finalidade, os dois tipos de aerogeradores apresentam algumas diferenças, como o custo de produção e a eficiência.

Além disso, os aerogeradores eólicos podem ser classificados em função de sua potência nominal, e a legislação da ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica) os enquadram em três faixas, são elas:

Aerogerador de eixo horizontal

Os aerogeradores com rotor de eixo horizontal são os mais conhecidos e utilizados. Sua construção é baseada nos tradicionais moinhos de vento e cataventos.

Embora tenha custo mais elevado, o gerador eólico com rotor de eixo horizontal apresenta maior eficiência que o de eixo vertical.

Eles podem possuir rotores multipás, de 2 ou 3 pás. Os rotores constituídos por 3 pás são os mais utilizados para geração de energia elétrica em larga escala devido a sua maior eficiência e estabilidade.

A gama de potências dos aerogeradores estende-se desde os 100 W, para as pás de 1 metro, até cerca de 8 MW, para as pás que superam  80 metros.

Aerogerador de eixo vertical

Os geradores eólicos com rotor de eixo vertical são mais indicados para instalações menores e mais próximas ao solo, pois desempenham melhor com ventos mais fracos e conseguem captar as rajadas em qualquer direção.

Os aerogeradores de eixo vertical também são mais seguros, silenciosos, além de apresentarem construção e manutenção mais fáceis.

Eles são mais indicados para áreas urbanas, por serem mais silenciosos e por conseguirem captar o vento de qualquer direção.

Entretanto, por serem mais baixos, os aerogeradores de eixo vertical são menos eficientes do que os de eixo horizontal e geram menos energia.

Vantagens e benefícios das turbinas eólicas

A produção de energia elétrica aproveitando as forças dos ventos possui diversas vantagens e benefícios, como:

Para aprender ainda mais sobre elétrica e descobrir como era a primeira usina geradora de eletricidade, recomendamos que você assista o vídeo abaixo do canal Mundo da Elétrica!

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Sobre o autor

Autor Henrique Mattede

Eletricista desde 2006, Henrique Mattede também é autor, professor, técnico em eletrotécnica e engenheiro eletricista em formação. É educador renomado na área de eletricidade e um dos precursores do ensino de eletricidade na internet brasileira. Já produziu mais de 1000 videoaulas no canal Mundo da Elétrica no Youtube, cursos profissionalizantes e centenas de artigos técnicos. O conteúdo produzido por Henrique é referência em escolas, faculdades e universidades e já recebeu mais de 120 milhões de acessos na internet.

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