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Calculadora de Turbina Eólica

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Qual é a diferença entre TEEH e TEEV?Como calcular a energia gerada por uma turbina eólica?Receita obtida a partir da energia eólicaQual é o torque em uma turbina TEEH ou TEEV?Perguntas frequentes

A calculadora de turbina eólica da Omni é uma ferramenta abrangente para determinar a potência de saída, a receita e o torque de uma turbina eólica de eixo horizontal (TEEH) ou de eixo vertical (TEEV). Você só precisa inserir alguns parâmetros básicos para verificar a eficiência da sua turbina e quanto ela pode lhe render.

Você pode usar nossa ferramenta como uma calculadora de TEEH ou TEEV. Para alterar o tipo de turbina, basta escolher a turbina desejada na lista suspensa na parte superior da calculadora.

Se você tiver interesse em energia renovável em geral, nossa calculadora de usina hidrelétrica 🇺🇸 e calculadora de placa solar podem ser úteis para você.

Qual é a diferença entre TEEH e TEEV?

Tipos de turbinas eólicas: TEEH e TEEV

As Turbinas Eólicas de Eixo Horizontal (TEEH), também conhecidas como HAWT, do inglês Horizontal-Axis Wind Turbine, tem pás que giram em torno de um eixo horizontal. Essas são as turbinas eólicas onshore mais comuns, geralmente instaladas em colinas e em outras áreas que recebem muito vento, mas também são amplamente utilizadas offshore. As Turbinas Eólicas de Eixo Vertical (TEEV) ou VAWT, do inglês Vertical-Axis Wind Turbine, por outro lado, giram em torno de um eixo vertical.

A eficiência das turbinas de eixo horizontal (relação entre a potência do vento e a potência de saída) é normalmente maior, mas elas têm algumas desvantagens. Como as lâminas estão sujeitas à força da inércia, que muda de direção, elas recebem uma carga alternada que geralmente prejudica a integridade das lâminas. Além disso, o gerador é colocado muito acima do solo, o que torna os reparos e a manutenção dispendiosos.

Como calcular a energia gerada por uma turbina eólica?

Para calcular a potência da turbina eólica, você precisa estimar dois valores: a potência eólica disponível e a eficiência da turbina eólica. Multiplicando esses dois valores, você obtém uma estimativa da potência de saída da turbina eólica. Abaixo você encontra o procedimento completo:

1. Encontre a área de varredura da turbina.

Antes de encontrar a potência do vento, você precisa determinar a área de varredura da turbina de acordo com as seguintes equações:

Para TEEH:

A=π⋅L2A = π \cdot L^2

Para TEEV:

A=D⋅HA = D \cdot H

onde:

  • LL é o comprimento da pá, o raio da turbina de eixo horizontal;

  • DD é o diâmetro; e

  • HH é a altura da turbina.

2. Calcule a energia eólica disponível.

Depois de conhecer a área de varredura, você pode encontrar a potência eólica disponível de acordo com esta fórmula:

Peoˊlica=0,5⋅ρ⋅v3⋅AP_\mathrm{eólica} = 0{,}5 \cdot \rho \cdot v^3 \cdot A

onde:

  • AA é a área de varredura;
  • ρ\rho é a densidade do ar, assumida como 1,225 kg/m³ por padrão (você pode alterá-la clicando em Configurações Avançadas);
  • vv é a velocidade do vento, o intervalo típico utilizável é de aproximadamente 3-25 m/s; e
  • PeoˊlicaP_\mathrm{eólica} é a energia eólica disponível.

3. Encontre a eficiência da turbina.

Você pode encontrar a eficiência total da turbina da seguinte forma:

μ=(1−km)⋅(1−ke)⋅(1−ke,t)⋅(1−kt)⋅(1−kw)⋅Cp\footnotesize \begin{split} \mu = (1 - k_\mathrm{m}) \cdot (1 - k_\mathrm{e}) \cdot (1 - k_\mathrm{e, t})\\\cdot (1 - k_\mathrm{t}) \cdot (1 - k_\mathrm{w}) \cdot C_\mathrm{p} \end{split}

onde:

  • CpC_\mathrm{p} é a eficiência da turbina (deve ser menor que o limite de Betz (59,3%), e normalmente está entre 30-40%);

  • kwk_\mathrm{w} são as perdas aerodinâmicas devido a turbinas vizinhas e à topografia do terreno, normalmente de 3 a 10%;

  • kmk_\mathrm{m} são as perdas mecânicas das pás e da caixa de engrenagens, normalmente de 0% a 0,3%;

  • kek_\mathrm{e} são as perdas elétricas da turbina, normalmente de 1% a 1,5%;

  • ke,tk_\mathrm{e, t} são as perdas elétricas da transmissão para a rede, normalmente de 3% a 10%;

  • ktk_\mathrm{t} é a porcentagem de tempo fora de serviço devido a falha ou manutenção, normalmente de 2% a 3%; e

  • μ\mu é a eficiência real.

A eficiência geralmente é expressa como uma porcentagem, mas você a insere na fórmula como uma fração (por exemplo, 30% = 0,3).

4. Calcule a potência de saída.

Para encontrar a potência da turbina eólica, basta multiplicar a eficiência pela potência do vento disponível:

Psaıˊda=μ⋅PeoˊlicaP_\mathrm{saída} = \mu \cdot P_\mathrm{eólica}

Receita obtida a partir da energia eólica

Vamos supor que você também queira saber a receita que pode esperar de sua turbina eólica. Isso depende principalmente da tarifa de eletricidade, ou seja, quanto você ganhará por um kWh gerado pela turbina. Uma vez que você saiba esse valor, o cálculo é simples:

receita=tarifa×Psaıˊda\mathrm{receita} = \mathrm{tarifa} \times P_\mathrm{saída}

Qual é o torque em uma turbina TEEH ou TEEV?

O torque (ou a força que causa a rotação das pás) é calculado a partir da tip speed ratio (razão de velocidade na ponta da pá), conhecida como TSR. Você pode encontrá-lo usando a seguinte fórmula:

τ=PsaıˊdaRPM⋅30π\tau = \frac{P_\mathrm{saída}}{\rm RPM} \cdot\frac{30}{\pi}

onde:

  • RPM\rm RPM são as rotações por minuto; e
  • τ\tau é o torque.

Para calcular o número de rotações por minuto, você deve usar estas equações:

Para TEEH:

RPM=60⋅v⋅TSRπ⋅2⋅L{RPM} = 60 \cdot v \cdot \frac{\rm TSR}{\pi \cdot 2 \cdot L}

Para TEEV:

RPM=60⋅v⋅TSRπ⋅D{RPM} = 60 \cdot v \cdot \frac{\rm TSR}{π \cdot D}
Perguntas frequentes

Como funcionam as turbinas eólicas?

As turbinas eólicas convertem a energia cinética do vento em eletricidade. Aqui está uma descrição passo a passo da geração de energia por turbinas eólicas:

  1. O vento flui através das pás da turbina, causando uma força de elevação que leva à rotação das pás.

  2. Os eixos centrais do rotor, que estão conectados às pás, transmitem as forças rotacionais para o gerador.

  3. O gerador usa indução eletromagnética para gerar eletricidade à medida que recebe as forças rotacionais.

  4. A energia gerada é então transmitida por meio de um sistema de cabos que desce pela turbina.

  5. A energia passa pela conexão de rede, onde alguns ajustes de tensão podem ser feitos e distribuída para alimentar residências ou edifícios.

Como calcular a potência da turbina eólica?

A equação usada para calcular a potência da turbina eólica é a seguinte:

Potência (W) = 0,5 ⋅ ϱ ⋅ πr² ⋅ Cp ⋅ CF ⋅ v³

onde ϱ é a densidade do vento em kg/m³, πr² é a área de varredura da turbina, Cp é o coeficiente de potência, CF é o fator de capacidade e v é a velocidade do vento em m/s.

Qual é o tamanho da turbina eólica necessária para abastecer uma casa?

Uma turbina eólica de 5-15 quilowatts é suficiente para abastecer uma casa. Isso também dependerá da quantidade de eletricidade que sua casa consome ou dos tipos de dispositivos elétricos que você tem em sua casa.

Quanta energia uma turbina eólica pode produzir por dia?

Uma turbina eólica pode produzir uma faixa de 1,8-90 kWh de energia, dependendo de sua capacidade energética e tamanho. A tabela abaixo mostra a produção de energia gerada por turbinas eólicas de diferentes capacidades de potência:

Capacidade da turbina eólica

Saída

100 W

1,8 kWh

200 W

3,6 kWh

300 W

5,4 kWh

400 W

7,2 kWh

500 W

9 kWh

1.000 W

18 kWh

3.000 W

54 kWh

5.000 W

90 kWh

Quanta energia uma turbina eólica de 500 W produz?

9 kWh por dia como a produção real. Uma turbina eólica de 500 W tem 12 kWh de produção nominal (a capacidade total de energia).

Como as turbinas eólicas são altamente dependentes de outros fatores, como força do vento, condições climáticas e muitos outros, elas só podem produzir até 80% de sua produção nominal original. Por isso, consideramos sua produção real como a energia real gerada.

Quanto custa uma turbina eólica?

Os preços das turbinas eólicas variam entre 2 milhões e 4 milhões de dólares, dependendo de seu tamanho e da geração de energia. Depois de compradas, as turbinas eólicas também exigem custos de manutenção de até 50.000 dólares.

Potência de saída antes das perdas

Perdas

Potência de saída esperada

Torque

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