Energia Eólica DIY: Como estimar a produção?

Wiki_Community 7 months ago (edited)
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Existem várias metodologias pra calcular o desempenho de turbinas eólicas. Um dos métodos mais simples, q dá pra calcular no ‘guardanapo’, consiste em calcular a potência instantânea disponível no vento e corrigir pela eficiência da turbina.


Potência Instantânea Disponível no Vento

Pv = 0,5 × ρ.v³.π.r²

onde:

Pv é a potência instantânea disponível no vento
ρ é a densidade local do ar (ρ₀ = 1,225 kg/m³ na atmosfera padrão)
v é a velocidade do vento
π é aproximadamente 3,14159
r é o raio da turbina (ie, o comprimento das pás)


Eficiência da Turbina

η = ηr.ηm.ηe

onde:

η é o coeficiente de eficiência da turbina
ηr é o coeficiente de eficiência do rotor
ηm é o coeficiente de eficiência mecânica
ηe é o coeficiente de eficiência elétrica


  • Coeficiente de Eficiência do Rotor
    O limite teórico é ≈59,3% (= 16/27) e é conhecido por limite de Betz. No entanto, na prática esse valor é menor e depende de vários outros fatores (os principais são geometria das pás e razão da velocidade da ponta).
    Para turbinas eólicas pequenas, de eixo horizontal e sem controle de pitch, esse valor costuma ficar na faixa de 20~30% na condição ótima de RPM. Para rotações baixas esse valor é ainda menor.

  • Coeficiente de Eficiência Mecânica
    Está associado às perdas de engrenagens, mancais e rolamentos. Para sistemas simples, com boa manutenção, costuma ficar na faixa de 95~98%.

  • Coeficiente de Eficiência Elétrica
    Está associado às perdas do gerador, fiação, etc. Para sistemas simples, com boa manutenção, costuma ficar na faixa de 95~98%.


Potência Real

A potência real é o produto da potência do vento pela eficiência da turbina:

Preal = Pv.η


Exemplo Prático

Qual a potência elétrica produzida por uma turbina eólica de eixo horizontal, 1m de raio, velocidade nominal de potência de 14m/s, mas num vento de apenas 5m/s?

Nessas condições sabemos q a potência disponível no vento será de:

Pv = 0,5 × ρ.v³.π.r²
Pv = 0,5 × 1,225 × 5³ × π × 1²
Pv = 240W



Com relação aos coeficientes de eficiência:

  • Considerando que a turbina está trabalhando bem abaixo da velocidade ótima do vento, então será arbitrado ηr = 15%.
  • Considerando que a turbina é simples, sua mecânica não é premium, e não se pretende investir muito em manutenção, então será arbitrado ηm = 95% e ηe = 95%.



Daí, o coeficiente de eficiência da turbina é:

η = 0,15 . 0,95 . 0,95
η = 0,135



Finalmente, a potência real produzida pela turbina eólica é:

Preal = 240 . 0,135
Preal = 32W

Comments • 3

Capivara_Perfumada   7 months ago
### Exemplo Prático ###

Qual a potência elétrica produzida por uma turbina eólica de eixo horizontal, 1m de raio, velocidade nominal de potência de 14m/s, mas num vento de apenas 5m/s?

Nessas condições sabemos q a potência disponível no vento será de:

Pv = 0,5 × ρ.v³.π.r²
Pv = 0,5 × 1,225 × 5³ × π × 1²
Pv = 240W

Com relação aos coeficientes de eficiência:
- Considerando que a turbina está trabalhando bem abaixo da velocidade ótima do vento, então será arbitrado ηr = 15%.
- Considerando que a turbina é simples, sua mecânica não é premium, e não se pretende investir muito em manutenção, então será arbitrado ηm = 95% e ηe = 95%.

Daí, o coeficiente de eficiência da turbina é:

η = 0,15 . 0,95 . 0,95
η = 0,135

Finalmente, a potência real produzida pela turbina eólica é:

Preal = 240 . 0,135
Preal = 32W
Capivara_Perfumada   7 months ago
Existem várias metodologias pra calcular o desempenho de turbinas eólicas. Um dos métodos mais simples, q dá pra calcular no 'guardanapo', consiste em calcular a potência instantânea disponível no vento e corrigir pela eficiência da turbina.


### Potência Instantânea Disponível no Vento ###

Pv = 0,5 × ρ.v³.π.r²

onde:

Pv é a potência instantânea disponível no vento
ρ é a densidade local do ar (ρ₀ = 1,225 kg/m³ na atmosfera padrão)
v é a velocidade do vento
π é aproximadamente 3,14159
r é o raio da turbina (ie, o comprimento das pás)


### Eficiência da Turbina ###

η = ηr.ηm.ηe

onde:

η é o coeficiente de eficiência da turbina
ηr é o coeficiente de eficiência do rotor
ηm é o coeficiente de eficiência mecânica
ηe é o coeficiente de eficiência elétrica


- Coeficiente de Eficiência do Rotor
O limite teórico é ≈59,3% (= 16/27) e é conhecido por limite de Betz. No entanto, na prática esse valor é menor e depende de vários outros fatores (os principais são geometria das pás e razão da velocidade da ponta).
Para turbinas eólicas pequenas, de eixo horizontal e sem controle de pitch, esse valor costuma ficar na faixa de 20~30% na condição ótima de RPM. Para rotações baixas esse valor é ainda menor.

- Coeficiente de Eficiência Mecânica
Está associado às perdas de engrenagens, mancais e rolamentos. Para sistemas simples, com boa manutenção, costuma ficar na faixa de 95~98%.

- Coeficiente de Eficiência Elétrica
Está associado às perdas do gerador, fiação, etc. Para sistemas simples, com boa manutenção, costuma ficar na faixa de 95~98%.


### Potência Real ###

A potência real é o produto da potência do vento pela eficiência da turbina:

Preal = Pv.η
T1000   7 months ago
De tempos em tempos me deparo com a dúvida entre o q seria mais eficiente na minha região: instalar placas fotovoltaicas ou turbina eólica?

Mesmo q eu faça uma instalação e meça a produção, ainda assim ficariam dúvidas:

- e se as pás fossem maiores?
- e se erguer mais a torre pra pegar mais vento?
- e se desobstruir os arredores pra vir mais vento?
- ... etc

Daí, o ideal seria ter umas fórmulas pra calcular qual q seria a melhor configuração. Como faço isso?