Historicamente, a primeira unidade estacionária usando energia eólica foi moinho de vento, que foi guiado manualmente pelo vento. Seu principal corpo de trabalho era uma roda multipá com eixo horizontal de rotação, instalada na direção do vento. Tais turbinas eólicas foram amplamente utilizadas na Idade Média e posteriormente para moagem de grãos, elevação e bombeamento de água, bem como para movimentação de algumas indústrias. Grandes moinhos de vento fabricados na fábrica em altas velocidades de vento poderiam desenvolver potência de até 60 kW. No século 19, o número de moinhos de vento na Rússia ultrapassou 200 mil, sua capacidade total era de aproximadamente 1,3 milhão de kW e, em 1930, havia mais de 800 mil deles na URSS.
Rodas eólicas de turbinas eólicas de rotor: 1 - multi-pás, 2 - três pás, 3 - duas pás, 4 - pás simples com contrapeso
Atualmente conhecido muitos tipos diferentes de moinhos de vento - turbinas eólicas(). Turbinas eólicas com rodas eólicas aladas e um eixo horizontal de rotação são amplamente utilizadas. Entre eles, as turbinas eólicas de duas e três pás receberam o maior desenvolvimento. O torque da roda eólica é criado pela força de elevação gerada quando o fluxo de ar flui ao redor do perfil das pás. Como resultado, a energia cinética do fluxo de ar dentro da área varrida pelas pás é convertida em energia mecânica de rotação da roda eólica.
moinhos de vento
moinhos de vento
A potência desenvolvida no eixo da roda eólica é proporcional ao quadrado do seu diâmetro e ao cubo da velocidade do vento. De acordo com a teoria clássica de N.E. Zhukovsky para uma roda eólica ideal, o fator de utilização da energia eólica £ = 0,593. Ou seja, uma ideal (com um número infinito de pás) pode extrair 59,3% da energia que passa por sua seção transversal. Na realidade, na prática, para as melhores rodas de alta velocidade, o valor máximo do fator de utilização da energia eólica atinge 0,45-0,48 e para rodas de baixa velocidade, até 0,36-0,38.
Uma característica importante da roda eólica é sua velocidade Z, que é a razão entre a velocidade da extremidade da pá e a velocidade do fluxo do vento. A extremidade da pá geralmente se move no plano da roda eólica a uma velocidade várias vezes maior que a velocidade do vento. Os valores ideais de velocidade para uma roda de duas lâminas são 5-7, para uma de três lâminas - 4-5, para uma de seis lâminas - 2,5-3,5. moinhos de vento
Das características de projeto, a potência de uma roda eólica é influenciada principalmente pelo seu diâmetro, bem como pela forma e perfil das pás. A potência depende pouco do número de blades. A frequência de rotação da roda eólica é proporcional à velocidade e velocidade do vento e inversamente proporcional ao diâmetro. A altura do centro da roda também afeta a quantidade de potência, já que a velocidade do vento depende da altura.
A potência, como observado, é proporcional à velocidade do vento à terceira potência. Na velocidade do vento de projeto e acima, a operação da turbina eólica com potência nominal é garantida. Em velocidades de vento abaixo da capacidade de projeto de uma turbina eólica, pode ser de 20 a 30% do valor nominal ou menos.
Nessas condições de operação, ocorrem grandes perdas de energia nos geradores devido à sua baixa eficiência. em baixas cargas e em geradores assíncronos, além disso, ocorrem grandes correntes reativas, que devem ser compensadas. Para eliminar essa deficiência, algumas turbinas eólicas usam 2 geradores com potência nominal de 100 e 20 - 30% da potência nominal da turbina eólica. Em ventos fracos, o primeiro gerador é desligado. Em algumas turbinas eólicas, um pequeno gerador também fornece a capacidade de operar a usina em baixas velocidades de vento em baixas velocidades com um alto valor do fator de utilização da energia eólica. moinhos de vento
Instalação de uma roda eólica ao vento, ou seja, perpendicular à direção do vento, é produzido em unidades de baixíssima potência com a ajuda de uma cauda (cauda), em unidades de pequena e média potência - por meio de um mecanismo de rosa dos ventos, e em grandes instalações modernas - por um sistema de orientação que recebe um impulso de controle de um sensor de direção do vento (cata-vento) instalado na parte superior da nacela do aerogerador. O mecanismo da rosa dos ventos é uma ou duas pequenas rodas de vento, cujo plano de rotação é perpendicular ao plano de rotação da roda principal, trabalhando para acionar o verme que gira a plataforma da cabeça da turbina eólica até que as rosas dos ventos fiquem em um plano paralelo na direção do vento.
Alado com um eixo horizontal de rotação pode ser localizado na frente e atrás da torre. Neste último caso, a lâmina é submetida a uma ação constante e repetida de forças variáveis ao passar pela sombra da torre, o que ao mesmo tempo aumenta significativamente o nível de ruído. Vários métodos são usados para controlar a potência e limitar a velocidade de rotação da roda eólica, incluindo a rotação das pás ou partes delas em torno de seu eixo longitudinal, bem como abas, válvulas nas pás e outros métodos. moinhos de vento
As principais vantagens das turbinas eólicas com eixo horizontal de rotação da roda eólica é que as condições para o fluxo de ar ao redor das pás são constantes, não mudam quando a roda eólica gira, mas são determinadas apenas pela velocidade do vento. Devido a isso, além do valor bastante elevado do fator de utilização da energia eólica, as turbinas eólicas do tipo palheta são atualmente as mais utilizadas.
Rotor Savonius: a) duas pás, b) quatro pásOutro tipo de turbina eólica é o rotor Savonius.
O torque ocorre quando o rotor Savonius flui ao redor do rotor devido à resistência diferente das partes convexas e côncavas. Rotor Savonius. A roda é simples, mas tem um fator de utilização de energia eólica muito baixo - apenas 0,1 - 0,15. moinhos de vento
Usinas eólicas () com rotor vertical: a - em forma de F, b - em forma de L, c - com pás retas. 1 - torre (eixo), 2 - rotor, 3 - extensões, 4 - suporte, 5 - transmissão de torque
Nos últimos anos, em vários países estrangeiros, especialmente no Canadá, começaram a desenvolver-se um aerogerador com rotor Darrieus, proposto na França em 1920. Este rotor Darrieus tem um eixo de rotação vertical e é composto por duas a quatro pás curvas .
As pás formam uma estrutura espacial que gira sob a ação de forças de elevação que surgem nas pás do fluxo do vento. No rotor Darrieus, o fator de utilização da energia eólica atinge valores de 0,30 - 0,35. Recentemente, foi realizado o desenvolvimento de um motor rotativo Darrieus com lâminas retas.
Moinhos de vento com tipo vertical
A principal vantagem das turbinas eólicas Darrieus (rotores) é que elas não precisam de um mecanismo de orientação do vento. Eles têm um gerador e outros mecanismos colocados a uma pequena altura perto da base. Tudo isso simplifica muito o design. No entanto, uma séria desvantagem orgânica dessas turbinas eólicas é uma mudança significativa nas condições do fluxo ao redor da asa durante uma revolução do rotor Darrieus, que se repete ciclicamente durante a operação.
Isso pode causar fenômenos de fadiga e levar à destruição dos elementos do rotor Darrieus e acidentes graves, que devem ser levados em consideração ao projetar o rotor Darrieus (especialmente em turbinas eólicas de alta potência). Além disso, para começar, eles precisam ser destorcidos.
Dependências do fator de utilização da energia eólica £, na velocidade Z para vários moinhos de vento mostrado na figura.
Dependências típicas do fator de utilização da energia eólica £ da velocidade da roda eólica Z: 1 - uma roda eólica alada ideal; 2,3 e 4 - turbinas eólicas com rotores de duas, três e múltiplas pás; 5 - Rotor Darier; 6 - Rotor Savonius; 7 – roda de vento de quatro pás de um moinho dinamarquês
Pode-se observar que as rodas de duas e três pás com eixo de rotação horizontal têm o maior valor de ξ. Para eles, valores elevados de £ são preservados em uma ampla faixa de velocidade Z. Esta última é essencial, pois as turbinas eólicas precisam operar em velocidades de vento que variam dentro de amplos limites. É por isso que as instalações deste tipo têm recebido a maior distribuição nos últimos anos.
A maioria dos tipos de turbinas eólicas é conhecida há tanto tempo que a história não fala sobre os nomes de seus inventores.
Tipos de turbinas eólicas:
Os principais tipos de turbinas eólicas são mostrados na figura. Eles são divididos em dois grupos:
turbinas eólicas com eixo de rotação horizontal (tipo palheta) (2...5);
aerogeradores com eixo de rotação vertical (carrossel: pás (1) e ortogonal (6)).
Os tipos de turbinas eólicas de palhetas diferem apenas no número de pás.
alado
Para turbinas eólicas de palhetas, cuja maior eficiência é alcançada quando o fluxo de ar é perpendicular ao plano de rotação das pás-asas, é necessário um dispositivo para girar automaticamente o eixo de rotação.
Para isso, é utilizada uma asa estabilizadora.
As turbinas eólicas carrossel têm a vantagem de poder trabalhar em qualquer direção do vento sem mudar de posição.
O fator de utilização da energia eólica (ver fig.) das turbinas eólicas de palhetas é muito maior que o dos carrosséis.
Ao mesmo tempo, os carrosséis têm muito mais torque.
É máximo para unidades com pás de carrossel, com velocidade relativa do vento zero.
A propagação de turbinas eólicas aladas é explicada pela magnitude de sua velocidade de rotação.
Eles podem ser conectados diretamente a um gerador de corrente elétrica sem multiplicador.
A velocidade de rotação dos aerogeradores de palhetas é inversamente proporcional ao número de asas, portanto, unidades com mais de três pás praticamente não são utilizadas.
carrossel
A diferença na aerodinâmica dá aos carrosséis uma vantagem sobre as turbinas eólicas tradicionais.
Com o aumento da velocidade do vento, eles aumentam rapidamente a força de tração, após o que a velocidade de rotação se estabiliza.
As turbinas eólicas carrossel são de baixa velocidade e isso permite o uso de circuitos elétricos simples, por exemplo, com um gerador assíncrono, sem o risco de acidente em caso de rajada de vento acidental.
A lentidão apresenta um requisito limitante - o uso de um gerador multipolar operando em baixas velocidades.
Tais geradores não são amplamente utilizados, e o uso de multiplicadores (multiplicador [lat. Multiplicator - multiplicador] - caixa de engrenagens step-up) não é eficaz, devido à baixa eficiência deste último.
Uma vantagem ainda mais importante do design do carrossel foi sua capacidade, sem truques adicionais, de acompanhar “de onde o vento está soprando”, o que é muito importante para fluxos de limpeza de superfície.
Turbinas eólicas deste tipo são construídas nos EUA, Japão, Inglaterra, Alemanha, Canadá.
A turbina eólica com lâmina de carrossel é a mais fácil de operar. Seu design proporciona torque máximo na partida do aerogerador e auto-regulação automática da velocidade máxima de rotação durante a operação.
Com o aumento da carga, a velocidade de rotação diminui e o torque aumenta até uma parada completa.
Ortogonal
Turbinas eólicas ortogonais, como acreditam os especialistas, são promissoras para energia em larga escala.
Hoje, os ventiladores de estruturas ortogonais enfrentam certas dificuldades. Entre eles, em especial, o problema de lançamento.
Em instalações ortogonais, o mesmo perfil de asa é usado em uma aeronave subsônica (ver Fig. 6).
A aeronave, antes de “apoiar-se” na força de sustentação da asa, deve subir. O mesmo é verdadeiro no caso de uma configuração ortogonal.
Primeiro, você precisa trazer energia para ele - girá-lo e trazê-lo para certos parâmetros aerodinâmicos e, só então, ele mudará do modo de motor para o modo de gerador.
A tomada de força inicia quando a velocidade do vento é de cerca de 5 m/s e a potência nominal é atingida a uma velocidade de 14...16 m/s.
Cálculos preliminares de turbinas eólicas prevêem seu uso na faixa de 50 a 20.000 kW.
Em uma instalação realista com uma potência de 2000 kW, o diâmetro do anel ao longo do qual as asas se movem será de cerca de 80 metros.
A poderosa turbina eólica tem grandes dimensões. No entanto, você pode conviver com os pequenos - pegue um número, não um tamanho.
Ao fornecer a cada gerador elétrico um conversor separado, é possível somar a potência de saída gerada pelos geradores.
Nesse caso, a confiabilidade e a capacidade de sobrevivência da turbina eólica aumentam.
FORÇA DO VENTO
um dispositivo que converte energia eólica em energia rotacional. O principal corpo de trabalho de uma turbina eólica é uma unidade rotativa - uma roda acionada pelo vento e rigidamente conectada ao eixo, cuja rotação aciona o equipamento que realiza o trabalho útil. O eixo é instalado horizontalmente ou verticalmente. As turbinas eólicas geralmente são usadas para gerar energia consumida periodicamente: ao bombear água para tanques, moer grãos, em redes elétricas temporárias, de emergência e locais.
Referência histórica. Embora os ventos de superfície nem sempre soprem, mudem de direção e sua força não seja constante, o aerogerador é uma das máquinas mais antigas de obtenção de energia de fontes naturais. Devido à duvidosa confiabilidade de antigos relatórios escritos sobre turbinas eólicas, não está totalmente claro quando e onde essas máquinas apareceram pela primeira vez. Mas, a julgar por alguns registros, eles já existiam antes do século VII. DE ANÚNCIOS Sabe-se que eles foram usados na Pérsia no século X, e na Europa Ocidental os primeiros dispositivos desse tipo apareceram no final do século XII. Durante o século XVI o tipo de tenda do moinho de vento holandês foi finalmente formado. Nenhuma mudança especial foi observada em seu design até o início do século 20, quando, como resultado de pesquisas, as formas e revestimentos das asas dos moinhos foram significativamente melhorados. Já as máquinas de baixa velocidade são volumosas, na segunda metade do século XX. começaram a construir turbinas eólicas de alta velocidade, ou seja, aqueles cujas rodas eólicas podem fazer um grande número de rotações por minuto com um alto coeficiente de utilização da energia eólica.
Tipos modernos de turbinas eólicas. Atualmente, são utilizados três tipos principais de turbinas eólicas - tambor, palheta (tipo parafuso) e rotativa (com perfil repelente em forma de S).
Tambor e alado. Embora a roda eólica do tipo tambor tenha a menor taxa de utilização de energia eólica em comparação com outros repelentes modernos, é a mais utilizada. Em muitas fazendas, é usado para bombear água se por algum motivo não houver eletricidade da rede. Uma forma típica de tal roda com lâminas de chapa metálica é mostrada na fig. 1. As rodas de vento de tambor e palheta giram em um eixo horizontal, portanto, devem ser giradas contra o vento para obter o melhor desempenho. Para fazer isso, eles recebem um leme - uma lâmina localizada em um plano vertical, que garante o giro da roda do vento ao vento. O diâmetro da roda da maior turbina eólica tipo palheta do mundo é de 53 m, a largura máxima de sua pá é de 4,9 m. A roda eólica é conectada diretamente a um gerador elétrico com capacidade de 1000 kW, que se desenvolve a uma velocidade do vento de pelo menos 48 km/h. Suas pás são ajustadas de forma que a velocidade de rotação da roda eólica permaneça constante e igual a 30 rpm na faixa de velocidade do vento de 24 a 112 km/h. Devido ao fato de que os ventos sopram com bastante frequência na área onde tais aerogeradores estão localizados, o aerogerador geralmente gera VENTO 50% da potência máxima e alimenta a rede elétrica pública. As turbinas eólicas de palhetas são amplamente utilizadas em áreas rurais remotas para fornecer eletricidade às fazendas, incluindo o carregamento das baterias dos sistemas de comunicação por rádio. Eles também são usados nas usinas de energia a bordo de aeronaves e mísseis guiados.
Rotor em forma de S. O rotor em forma de S montado em um eixo vertical (Fig. 2) é bom porque uma turbina eólica com tal repelente não precisa ser trazida ao vento. Embora o torque em seu eixo mude de um mínimo para um terço de seu valor máximo em meia volta, ele não depende da direção do vento. Quando um cilindro circular liso gira sob a influência do vento, uma força perpendicular à direção do vento atua sobre o corpo do cilindro. Esse fenômeno é chamado de efeito Magnus, em homenagem ao físico alemão que o estudou (1852). Em 1920-1930, A. Flettner usou cilindros rotativos (rotores Flettner) e rotores em forma de S em vez de rodas eólicas de pás, e também como hélices para um navio que fazia a transição da Europa para a América e vice-versa.
Fator de utilização da energia eólica. A energia recebida do vento geralmente é pequena - menos de 4 kW é desenvolvida por um tipo desatualizado de moinho de vento holandês a uma velocidade do vento de 32 km / h. A potência do fluxo de vento que pode ser utilizada é formada a partir da energia cinética das massas de ar que se movem por unidade de tempo perpendiculares à área de um determinado tamanho. Em uma turbina eólica, esta área é determinada pela superfície de barlavento do repelente. Ao levar em conta a altura acima do nível do mar, a pressão do ar sobre ele e sua temperatura, a potência disponível N (em kW) por unidade de área é determinada pela equação N = 0,0000446 V3 (m/s). O coeficiente de utilização da energia eólica é geralmente definido como a razão entre a potência desenvolvida no eixo da turbina eólica e a potência disponível do fluxo de vento que atua na superfície de barlavento da roda eólica. Este coeficiente torna-se máximo em uma certa razão entre a velocidade da borda externa da pá da roda eólica w e a velocidade do vento u; o valor desta relação w/u depende do tipo de turbina eólica. O coeficiente de utilização da energia eólica depende do tipo de roda eólica e varia de 5-10% (moinho holandês com asas planas, w/u = 2,5) a 35-40% (repelente de palhetas perfilado, 5 Ј w/u Ј 10 ).
LITERATURA
Força do vento. M., 1982 Yaras L. e outros Energia eólica. M., 1982
Enciclopédia Collier. - Sociedade aberta. 2000 .
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Uma máquina que converte a energia cinética do vento em energia mecânica. O corpo de trabalho da turbina eólica é uma roda eólica que percebe a pressão do fluxo de ar e a converte em energia mecânica da rotação do eixo. Distinguir… … Enciclopédia de tecnologia
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Um motor usando cinética energia eólica para gerar energia. Distinga V. vaned (ver o figo.), por via de regra, com um eixo horizontal da rotação, com um coeficiente. uso de energia eólica até 0,48 (mais comum); carrossel, ... ... Grande dicionário politécnico enciclopédico
O conteúdo do artigo
turbina de vento, um dispositivo que converte energia eólica em energia rotacional. O principal corpo de trabalho de uma turbina eólica é uma unidade rotativa - uma roda acionada pelo vento e rigidamente conectada ao eixo, cuja rotação aciona o equipamento que executa o trabalho útil. O eixo é instalado horizontalmente ou verticalmente. As turbinas eólicas geralmente são usadas para gerar energia consumida periodicamente: ao bombear água para tanques, moer grãos, em redes elétricas temporárias, de emergência e locais.
Referência histórica.
Embora os ventos de superfície nem sempre soprem, mudem de direção e sua força não seja constante, o aerogerador é uma das máquinas mais antigas de obtenção de energia de fontes naturais. Devido à duvidosa confiabilidade de antigos relatórios escritos sobre turbinas eólicas, não está totalmente claro quando e onde essas máquinas apareceram pela primeira vez. Mas, a julgar por alguns registros, eles já existiam antes do século VII. DE ANÚNCIOS Sabe-se que eles foram usados na Pérsia no século X, e na Europa Ocidental os primeiros dispositivos desse tipo apareceram no final do século XII. Durante o século XVI o tipo de tenda do moinho de vento holandês foi finalmente formado. Nenhuma mudança especial foi observada em seu design até o início do século 20, quando, como resultado de pesquisas, as formas e revestimentos das asas dos moinhos foram significativamente melhorados. Já as máquinas de baixa velocidade são volumosas, na segunda metade do século XX. começaram a construir turbinas eólicas de alta velocidade, ou seja, aqueles cujas rodas eólicas podem fazer um grande número de rotações por minuto com um alto coeficiente de utilização da energia eólica.
Tipos modernos de turbinas eólicas.
Atualmente, são utilizados três tipos principais de turbinas eólicas - tambor, palheta (tipo parafuso) e rotativa (com perfil repelente em forma de S).
Tambor e alado.
Embora a roda eólica do tipo tambor tenha a menor taxa de utilização de energia eólica em comparação com outros repelentes modernos, é a mais utilizada. Em muitas fazendas com ele bombear água se por qualquer motivo não houver rede elétrica. Uma forma típica de tal roda com lâminas de chapa metálica é mostrada na fig. 1. As rodas de vento de tambor e palheta giram em um eixo horizontal, portanto, devem ser giradas contra o vento para obter o melhor desempenho. Para fazer isso, eles recebem um leme - uma lâmina localizada em um plano vertical, que garante o giro da roda do vento ao vento. O diâmetro da roda da maior turbina eólica tipo palheta do mundo é de 53 m, a largura máxima de sua pá é de 4,9 m. A roda eólica é conectada diretamente a um gerador elétrico com capacidade de 1000 kW, que se desenvolve a uma velocidade do vento de pelo menos 48 km/h. Suas pás são ajustadas de forma que a velocidade de rotação da roda eólica permaneça constante e igual a 30 rpm na faixa de velocidade do vento de 24 a 112 km/h. Devido ao fato de que os ventos sopram com bastante frequência na área onde tais aerogeradores estão localizados, o aerogerador geralmente gera ~ 50% da potência máxima e alimenta a rede elétrica pública. As turbinas eólicas de palhetas são amplamente utilizadas em áreas rurais remotas para fornecer eletricidade às fazendas, incluindo o carregamento das baterias dos sistemas de comunicação por rádio. Eles também são usados nas usinas de energia a bordo de aeronaves e mísseis guiados.
Rotor em forma de S.
O rotor em forma de S montado em um eixo vertical (Fig. 2) é bom porque uma turbina eólica com tal repelente não precisa ser trazida ao vento. Embora o torque em seu eixo mude de um mínimo para um terço de seu valor máximo em meia volta, ele não depende da direção do vento. Quando um cilindro circular liso gira sob a influência do vento, uma força perpendicular à direção do vento atua sobre o corpo do cilindro. Esse fenômeno é chamado de efeito Magnus, em homenagem ao físico alemão que o estudou (1852). Em 1920-1930, A. Flettner usou cilindros rotativos (rotores Flettner) e rotores em forma de S em vez de rodas eólicas com pás, e também como hélices para um navio que fazia a transição da Europa para a América e vice-versa.
Fator de utilização da energia eólica.
A energia recebida do vento geralmente é pequena - menos de 4 kW é desenvolvida por um tipo desatualizado de moinho de vento holandês a uma velocidade do vento de 32 km / h. A potência do fluxo de vento que pode ser utilizada é formada a partir da energia cinética das massas de ar que se movem por unidade de tempo perpendiculares à área de um determinado tamanho. Em uma turbina eólica, esta área é determinada pela superfície de barlavento do repelente. Ao levar em conta a altura acima do nível do mar, a pressão do ar sobre ele e sua temperatura, a potência disponível N(em kW) por unidade de área é dada pela equação
N\u003d 0,0000446 V 3 (m / s).
O coeficiente de utilização da energia eólica é geralmente definido como a razão entre a potência desenvolvida no eixo da turbina eólica e a potência disponível do fluxo de vento que atua na superfície de barlavento da roda eólica. Este coeficiente torna-se máximo em uma certa razão entre a velocidade da borda externa da pá da turbina eólica W e velocidade do vento você; o significado desta proporção W/você depende do tipo de turbina eólica. O fator de utilização da energia eólica depende do tipo de roda eólica e varia de 5 a 10% (moinho holandês com asas planas, W/você= 2,5) até 35–40% (repelente de palhetas perfilado, 5 J W/você£10).
um dispositivo que converte energia eólica em energia rotacional. O principal corpo de trabalho de uma turbina eólica é uma unidade rotativa - uma roda acionada pelo vento e rigidamente conectada ao eixo, cuja rotação aciona o equipamento que realiza o trabalho útil. O eixo é instalado horizontalmente ou verticalmente. As turbinas eólicas geralmente são usadas para gerar energia consumida periodicamente: ao bombear água para tanques, moer grãos, em redes elétricas temporárias, de emergência e locais.
Referência histórica. Embora os ventos de superfície nem sempre soprem, mudem de direção e sua força não seja constante, o aerogerador é uma das máquinas mais antigas de obtenção de energia de fontes naturais. Devido à duvidosa confiabilidade de antigos relatórios escritos sobre turbinas eólicas, não está totalmente claro quando e onde essas máquinas apareceram pela primeira vez. Mas, a julgar por alguns registros, eles já existiam antes do século VII. DE ANÚNCIOS Sabe-se que eles foram usados na Pérsia no século X, e na Europa Ocidental os primeiros dispositivos desse tipo apareceram no final do século XII. Durante o século XVI o tipo de tenda do moinho de vento holandês foi finalmente formado. Nenhuma mudança especial foi observada em seu design até o início do século 20, quando, como resultado de pesquisas, as formas e revestimentos das asas dos moinhos foram significativamente melhorados. Já as máquinas de baixa velocidade são volumosas, na segunda metade do século XX. começaram a construir turbinas eólicas de alta velocidade, ou seja, aqueles cujas rodas eólicas podem fazer um grande número de rotações por minuto com um alto coeficiente de utilização da energia eólica.
Tipos modernos de turbinas eólicas. Atualmente, são utilizados três tipos principais de turbinas eólicas - tambor, palheta (tipo parafuso) e rotativa (com perfil repelente em forma de S).
Tambor e alado. Embora a roda eólica do tipo tambor tenha a menor taxa de utilização de energia eólica em comparação com outros repelentes modernos, é a mais utilizada. Em muitas fazendas, é usado para bombear água se por algum motivo não houver eletricidade da rede. Uma forma típica de tal roda com lâminas de chapa metálica é mostrada na fig. 1. As rodas de vento de tambor e palheta giram em um eixo horizontal, portanto, devem ser giradas contra o vento para obter o melhor desempenho. Para fazer isso, eles recebem um leme - uma lâmina localizada em um plano vertical, que garante o giro da roda do vento ao vento. O diâmetro da roda da maior turbina eólica tipo palheta do mundo é de 53 m, a largura máxima de sua pá é de 4,9 m. A roda eólica é conectada diretamente a um gerador elétrico com capacidade de 1000 kW, que se desenvolve a uma velocidade do vento de pelo menos 48 km/h. Suas pás são ajustadas de forma que a velocidade de rotação da roda eólica permaneça constante e igual a 30 rpm na faixa de velocidade do vento de 24 a 112 km/h. Devido ao fato de que os ventos sopram com bastante frequência na área onde tais aerogeradores estão localizados, o aerogerador geralmente gera VENTO 50% da potência máxima e alimenta a rede elétrica pública. As turbinas eólicas de palhetas são amplamente utilizadas em áreas rurais remotas para fornecer eletricidade às fazendas, incluindo o carregamento das baterias dos sistemas de comunicação por rádio. Eles também são usados nas usinas de energia a bordo de aeronaves e mísseis guiados.
Rotor em forma de S. O rotor em forma de S montado em um eixo vertical (Fig. 2) é bom porque uma turbina eólica com tal repelente não precisa ser trazida ao vento. Embora o torque em seu eixo mude de um mínimo para um terço de seu valor máximo em meia volta, ele não depende da direção do vento. Quando um cilindro circular liso gira sob a influência do vento, uma força perpendicular à direção do vento atua sobre o corpo do cilindro. Esse fenômeno é chamado de efeito Magnus, em homenagem ao físico alemão que o estudou (1852). Em 1920-1930, A. Flettner usou cilindros rotativos (rotores Flettner) e rotores em forma de S em vez de rodas eólicas de pás, e também como hélices para um navio que fazia a transição da Europa para a América e vice-versa.
Fator de utilização da energia eólica. A energia recebida do vento geralmente é pequena - menos de 4 kW é desenvolvida por um tipo desatualizado de moinho de vento holandês a uma velocidade do vento de 32 km / h. A potência do fluxo de vento que pode ser utilizada é formada a partir da energia cinética das massas de ar que se movem por unidade de tempo perpendiculares à área de um determinado tamanho. Em uma turbina eólica, esta área é determinada pela superfície de barlavento do repelente. Ao levar em conta a altura acima do nível do mar, a pressão do ar sobre ele e sua temperatura, a potência disponível N (em kW) por unidade de área é determinada pela equação N = 0,0000446 V3 (m/s). O coeficiente de utilização da energia eólica é geralmente definido como a razão entre a potência desenvolvida no eixo da turbina eólica e a potência disponível do fluxo de vento que atua na superfície de barlavento da roda eólica. Este coeficiente torna-se máximo em uma certa razão entre a velocidade da borda externa da pá da roda eólica w e a velocidade do vento u; o valor desta relação w/u depende do tipo de turbina eólica. O coeficiente de aproveitamento da energia eólica depende do tipo de roda eólica e varia de 5-10% (moinho holandês com asas planas, w/u = 2,5) a 35-40% (repelente de palhetas perfiladas, 5 R€ w/u R€ 10 ).
LITERATURA
Força do vento. M., 1982 Yaras L. e outros Energia eólica. M., 1982
