Calculadora de Turbina Eólica

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.

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.

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:

Para TEEV:

onde:

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

• $D$ é o diâmetro; e

• $H$ 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:

onde:

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

3. Encontre a eficiência da turbina.

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

onde:

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

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

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

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

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

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

• $\mu$ 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:

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:

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:

onde:

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

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

Para TEEH:

Para TEEV: