Como funciona a energia eólica

Autor: 
Julia Layton

Quizz

Pode ser difícil considerá-lo assim, mas o ar é um fluido como qualquer outro, exceto que suas partículas estão na forma gasosa em vez de líquida. Quando o ar se move rapidamente, na forma de vento, essas partículas também movem-se rapidamente. Esse movimento significa energia cinética, que pode ser capturada como a energia da água em movimento é capturada por uma turbina em uma usina hidrelétrica. No caso de uma turbina eólica, as pás da turbina são projetadas para capturar a energia cinética contida no vento. O resto é praticamente idêntico ao que ocorre em uma hidrelétrica: quando as pás da turbina capturam a energia do vento e começam a se mover, elas giram um eixo que une o cubo do rotor a um gerador. O gerador transforma essa energia rotacional em eletricidade. Fundamentalmente, gerar eletricidade a partir do vento é só uma questão de transferir energia de um meio para outro.

wind turbines

Toda a energia eólica começa com o sol. Quando o sol aquece uma determinada área de terra, o ar ao redor dessa massa de terra absorve parte desse calor. A uma certa temperatura, esse ar mais quente começa a se elevar muito rapidamente, pois um determinado volume de ar quente é mais leve do que um volume igual de ar mais frio. As partículas de ar que se movem mais rápido (mais quentes) exercem uma pressão maior do que as partículas que se movem mais devagar, de modo que são necessárias menos delas para manter a pressão normal do ar em uma determinada elevação (veja Como funcionam os balões de ar quente para aprender mais sobre a temperatura e pressão do ar). Quando este ar quente mais leve se eleva subitamente, o ar mais frio flui rapidamente para preencher o espaço vazio deixado. Este ar que velozmente preenche o espaço vazio é o vento.

Suficiência mundial

Estudo diz que o vento pode suprir as necessidades energéticas do mundo. A notícia é um bom presságio para os defensores das fontes limpas de energia.

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Se você colocar um objeto - como uma pá de rotor - no caminho desse vento, o vento irá empurrá-la, transferindo parte de sua própria energia de movimento para a pá. É assim que uma turbina eólica captura a energia do vento. A mesma coisa acontece com um barco à vela. Quando o ar se move empurrando a barreira da vela, faz o barco se mover. O vento transferiu sua própria energia de movimento para o barco à vela.

A turbina de energia eólica mais simples possível consiste em três partes fundamentais:

  • pás do rotor: as pás são, basicamente, as velas do sistema. Em sua forma mais simples, atuam como barreiras para o vento (projetos de pás mais modernas vão além do método de barreira). Quando o vento força as pás a se mover, transfere parte de sua energia para o rotor;
  • eixo: o eixo da turbina eólica é conectado ao cubo do rotor. Quando o rotor gira, o eixo gira junto. Desse modo, o rotor transfere sua energia mecânica rotacional para o eixo, que está conectado a um gerador elétrico na outra extremidade;
  • gerador: na essência, um gerador é um dispositivo bastante simples, que usa as propriedades da indução eletromagnética para produzir tensão elétrica - uma diferença de potencial elétrico. A tensão é, essencialmente, "pressão" elétrica: ela é a força que move a eletricidade ou corrente elétrica de um ponto para outro. Assim, a geração de tensão é, de fato, geração de corrente. Um gerador simples consiste em ímãs e um condutor. O condutor é um fio enrolado na forma de bobina. Dentro do gerador, o eixo se conecta a um conjunto de imãs permanentes que circunda a bobina. Na indução eletromagnética, se você tem um condutor circundado por imãs e uma dessas partes estiver girando em relação à outra, estará induzindo tensão no condutor. Quando o rotor gira o eixo, este gira o conjunto de imãs que, por sua vez, gera tensão na bobina. Essa tensão induz a circulação de corrente elétrica (geralmente corrente alternada) através das linhas de energia elétrica para distribuição. Veja Como funcionam os eletroimãs para aprender mais sobre a indução eletromagnética e Como funcionam as usinas hidrelétricas para aprender mais sobre geradores acionados a turbina.

Observe que até agora vimos um sistema simplificado, porém veremos a moderna tecnologia que você encontra em fazendas eólicas e quintais de propriedades rurais de hoje. Ela é um pouco mais complexa, mas os princípios fundamentais são os mesmos.

História da energia eólica

Moinho de vento Pitstone
Foto cedida por GNU.org / Michael Reeve
Moinho de vento Pitstone, que se acredita ser o mais antigo moinho de vento das Ilhas Britânicas

Já há quatro milênios as pessoas usavam a energia eólica na forma de barcos à vela no Egito. As velas capturavam a energia no vento para empurrar um barco ao longo da água. Os primeiros moinhos de vento, usados para moer grãos, surgiram entre 2 mil a.C., na antiga Babilônia, e 200 a.C. na antiga Pérsia, dependendo de para quem se pergunta. Estes primeiros dispositivos consistiam em uma ou mais vigas de madeira montadas verticalmente, e em cuja base havia uma pedra de rebolo fixada ao eixo rotativo que girava com o vento. O conceito de se usar a energia do vento para moer grãos se espalhou rapidamente ao longo do Oriente Médio e foi largamente utilizado antes que o primeiro moinho de vento aparecesse na Europa. No início do século XI d.C., os cruzados europeus levaram o conceito para casa e surgiu o moinho de vento do tipo holandês com o qual estamos familiarizados.

O desenvolvimento da tecnologia da energia eólica moderna e suas aplicações estavam bem encaminhados por volta de 1930, quando estimados 600 mil moinhos de vento abasteciam áreas rurais com eletricidade e serviços de bombeamento de água. Assim que a distribuição de eletricidade em larga escala se espalhou para as fazendas e cidades do interior, o uso de energia eólica nos Estados Unidos começou a decrescer, mas reviveu depois da escassez de petróleo no início dos anos 70. Nos últimos 30 anos, a pesquisa e o desenvolvimento variaram com o interesse e incentivos fiscais do governo federal. Em meados dos anos 80, as turbinas eólicas tinham uma capacidade nominal máxima de 150 kW. Em 2006, as turbinas em escala de geração pública comercial têm potência nominal comumente acima de 1 MW e estão disponíveis em capacidades de até 4 MW.