Solidez (Energia Eólica)

A preocupação com os danos ambientais causados pelo homem no planeta vem crescendo a cada dia e já não é mais novidade há muito tempo. Com isso a procura por fontes de energia limpas (como a energia eólica, solar, etc. e até mesmo do mar) é cada vez maior e tem levado a uma divulgação cada vez mais freqüente de notícias a respeito destas fontes. Por isso é importante que saibamos cada vez mais sobre elas e como funcionam para podermos avaliar as notícias que chegam até nós. Afinal, nem todas as informações são confiáveis e infelizmente, ainda há uma certa resistência à implantação de medidas que podem sim apresentar um alto custo (ou antes, investimento, se levarmos em conta os passivos ambientais) inicial, mas que são, “de longe”, mais vantajosas do que fontes de energia tradicionais com custo inicial mais baixo, mas com enorme impacto ambiental e o pior, alguns até permanente. O que, no final das contas acaba saindo bem mais caro (leia Passivo Ambiental).

Então, vamos falar neste artigo sobre um aspecto da geração de energia por meio de turbinas eólicas (também chamadas de “cata-vento” em alguns lugares) chamado de: “solidez” da turbina.

Este aspecto é o que dita grande parte das características de uma turbina eólica, tais como a capacidade da turbina de gerar potência a determinadas velocidades, se ela é apropriada ou não para gerar eletricidade, o custo do sistema e etc.

A solidez de uma turbina, não tem nada a ver com “rigidez” ou “resistência mecânica do material que constitui a turbina”, ela representa na verdade a relação entre a área total das pás (ou hélices) e do rotor da turbina e a área “varrida” pelas pás, num perímetro correspondente a 70% do raio das pás (Veja a figura 1 para entender melhor). Então, quanto maior for a área das pás e do rotor, ou menor for a área varrida pelas pás, maior será a solidez da turbina. E, para o inverso (menor área das pás e rotor, ou maior a área varrida), menor será a solidez da turbina. A representação simbólica da solidez é o “σ” (sigma).

As turbinas de alta solidez apresentam alto coeficiente de potência (“Cp”, ou rendimento aerodinâmico) a baixas velocidades de rotação e este tende a cair conforme aumenta a relação de velocidades (λ = Velocidade de rotação / Velocidade do vento) devido a um efeito chamado de “efeito cascata”: quando o fluxo de ar que atinge uma pá acaba interferindo na pá adjacente. Enquanto que com as turbinas de baixa solidez ocorre o efeito contrário: o rendimento máximo é alcançado a valores de relações de velocidade altos, ou seja, quando a velocidade de rotação é várias vezes maior que a velocidade do vento.

Por trabalharem a velocidades de rotação mais elevadas, as turbinas de baixa solidez necessitam de mecanismos de controle de potência para que possam ter sua velocidade de rotação controlada no caso de a velocidade do vento atingir valores que possam danificar (sobrecarga) ou desgastar sua estrutura. Assim consegue-se uma maior vida útil do sistema o que acaba influindo no custo de manutenção do equipamento e no tempo de retorno dos investimentos.

Por outro lado, é devido a essa característica de operar com velocidades de ventos mais altas que as turbinas de baixa solidez são mais vantajosas para operar como sistema gerador de energia elétrica (Isso porque a turbina eólica retira a energia cinética do vento e a transforma em outro tipo de energia. Então, quanto mais vento (ou maior a velocidade dele), mais energia cinética ele contém, logo, maior é a quantidade de energia que pode ser convertida.), enquanto que as turbinas de alta solidez são mais freqüentemente empregadas para bombeamento de água e irrigação (atividades que exigem menos potência e são, na maioria das vezes, baseadas em forças mecânicas).

As turbinas de alta solidez mais comuns, também têm a vantagem de possuir uma estrutura menor e menos sofisticada e não necessitar de mecanismos de controle, o que faz com que sejam mais baratas do que as turbinas eólicas de baixa solidez (geralmente muito grandes e robustas e que necessitam de mecanismos de controle).

Mas, também existem turbinas de baixa solidez de tamanhos pequenos que geram quantidades menores de energia elétrica e são mais acessíveis podendo ser utilizadas para gerar energia limpa no meio rural, por exemplo, onde muitas vezes, a energia elétrica convencional nem chega. Entretanto essa característica (tamanho da turbina x custo) tem de ser estudada com cuidado, pois como as turbinas maiores geram mais energia, o custo da energia elétrica gerada (em kW), pode ser menor que o custo da energia produzida por uma turbina de menor porte.


Figura 1 - Solidez

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