Livre Power, Lda.

Setembro 25 2010

A aerodinâmica é da maior relevância na concepção e no nível das prestações de um aerogerador. Comecemos por introduzir alguns conceitos básicos de aerodinâmica que são aplicados na construção de aerogeradores.

A aerodinâmica é o ramo da mecânica de fluidos que estuda o movimento do ar em redor dos corpos.

A forma e a posição de um objecto determinam a sua resistência à passagem do ar.

Uma superfície plana, colocada perpendicularmente à direcção do vento, sofre uma grande resistência, já que o ar choca com ela e criam-se grandes turbulências.

 

Os objectos redondos não apresentam tanta resistência, porque o ar flui seguindo o seu contorno.

Ainda assim geram-se vórtices, remoinhos, nas zonas de saída do ar, o que gera resistência e diminui a velocidade do ar, como se pode ver no vídeo acima.

Nos postes dos aerogeradores criam-se zonas de descompressão, ou de baixa pressão, no lado contrário ao da direcção do vento, gerando-se a formação de vórtices, turbilhões, que provocam movimentos oscilantes da estrutura e diminuem a velocidade do vento antes do poste.

Isso faz com que a pá que passa, num dado momento, junto do poste receba menos energia do vento do que as outras.

A resistência aerodinâmica, que mede a força da oposição à passagem do ar numa dada superfície, aumenta quanto maior for a área orientada na direcção do vento. Por isso é de todo o interesse que o perfil das pás e do corpo central dos aerogeradores de eixo horizontal seja o mais delgado possível. Veja-se o segundo vídeo que mostra a formação de turbilhões quando o perfil tem maior espessura.

Contrariamente ao que muitos pensam, as formas bicudas não são muito aerodinâmicas quando atacam o ar de frente, geram facilmente turbilhões, como se pode verificar no terceiro vídeo.

Elas são melhores nos pontos de saída ou de fuga do ar.

O ar molda-se melhor no embate com superfícies de curvas suaves e arredondadas, em forma de fuso ou de ponta de uma bala.

Esta deve ser a forma a dar ao "nariz" do rotor, onde estão ligadas as pás do aerogerador.

 

 

 

 

As formas dizem-se aerodinâmicas quando minimizam a resistência da passagem do ar e o desviam gerando pouca turbulência. Elas permitem uma grande velocidade de escoamento do ar.

Segundo o Teorema de Bernoulli, quando se aumenta a velocidade de uma corrente de ar, relativamente a uma superfície, diminui a pressão que o ar exerce sobre ela.

Aplicando este princípio ao perfil de uma pá de um aerogerador, quando tem um ângulo de ataque adequado, gera-se uma pressão maior na superfície inferior, onde o ar tem menor velocidade, enquanto que na superfície superior o ar ganha mais velocidade por ter de percorrer uma distância maior, gerando uma diferença de pressões da qual resulta uma força de sustentação com direcção vertical de baixo para cima, tal como acontece com uma asa de avião.

 

Os perfis com maior curvatura produzem mais sustentação, contudo apresentam maior resistência aerodinâmica, por isso não favorecem grandes velocidades.

Os perfis quase simétricos são os mais aerodinâmicos, permitem maiores velocidades no escoamento do ar, logo são mais rápidos.

Como a extremidade da pá faz um percurso maior do que um ponto mais próximo do centro do rotor, então o ideal é que o perfil da ponta seja quase simétrico, de pouca espessura e curto. Quanto mais nos aproximamos do centro do rotor, o perfil ganha mais curvatura, espessura e comprimento.

Pela mesma razão da diferença de velocidade, o ângulo de ataque também deve variar. Junto ao centro é maior e vai diminuindo conforme nos aproximamos da extremidade. Se aumentarmos muito o ângulo de ataque perde-se a sustentação, geramos estol, como se pode ver no vídeo em cima à esquerda.

A resistência aerodinâmica é menor na ponta, para permitir maior velocidade, aumentando na direcção do centro do rotor.

Na ponta, apesar do perfil ser quase simétrico, gera-se uma força de sustentação próxima da produzida nas zonas vizinhas do centro do rotor, isto devido à maior velocidade. Esta característica optimiza o aproveitamento da energia do vento melhorando o número de rotações do alternador.

A escolha do ângulo de ataque ideal varia consoante o perfil e configuração usado na pá. Mas, na maior parte dos casos, são os ângulos de ataque mais baixos que proporcionam maiores rotações. Veja-se a este respeito o vídeo seguinte:

 

Os aspectos aerodinâmicos saem prejudicados com obstáculos, edifícios, árvores, montes, etc. perto do aerogerador, pois perturbam o seu bom funcionamento porque geram turbilhões que desestabilizam a direcção e a velocidade do vento, diminuindo o seu rendimento.

Finalmente, como já se referiu em comentários anteriores, o barulho do aerogerador varia na razão directa da velocidade do vento e na razão inversa da qualidade aerodinâmica do aerogerador. Como não controlamos a velocidade do vento, o que podemos fazer é aperfeiçoar a aerodinâmica, essencialmente, das pás, porque são estas as principais responsáveis do barulho.

Esperamos tê-lo ajudado, se tiver alguma questão, por favor contacte-nos. Veja também informação sobre aerodinâmica das pás, clicando aqui.


www.aerogeradores.pt
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