Conforme o vento sopra, o mesmo acontece com as palhetas dos moinhos e turbinas eólicas. Essas enormes máquinas com aletas existem há mais de 1, 000 anos, com os primeiros moinhos de vento aparecendo na Pérsia por volta de 800 d.C.

Esses primeiros moinhos de vento eram usados ​​exatamente para o que seu nome indica - eram moinhos movidos a vento. O vento faria girar as hélices, ou lâminas, do moinho de vento, girando um eixo central, que então giraria um moinho de grãos, geralmente feito de grandes, pedras planas, para produzir farinha e outros produtos de grãos. Esses moinhos de vento também serviam a outro propósito vital - bombear água para cidades e casas. Em vez de girar um moinho de grãos, a rotação do moinho de vento poderia ser usada para acionar uma bomba.

Embora os moinhos de vento existam há muito tempo, turbinas eólicas existem apenas desde cerca de 1888, quando a primeira turbina eólica conhecida criada para produção de eletricidade nos EUA foi construída pelo inventor Charles Brush para gerar eletricidade para sua mansão em Ohio. As turbinas eólicas são usadas para gerar eletricidade a partir do giro das pás, em vez de simplesmente converter essa energia giratória em trabalho mais mecânico, como girar um moinho ou bombear água.

"Uma turbina eólica nos Estados Unidos tem cerca de 85 metros de altura, enquanto o moinho de vento mais antigo normalmente não ultrapassaria 80 pés (24 metros), "diz James Herzing, engenheiro e apresentador premiado do podcast Unprofessional Engineering, em uma entrevista por e-mail. “O tamanho das velas ou pás é outra grande diferença. Os moinhos de vento são tradicionalmente medidos pelo diâmetro das rodas, e não é incomum ver um moinho de vento de 2 metros, onde 8 pés são medidos nas lâminas. Turbinas eólicas, por outro lado, pode ter uma única lâmina com bem mais de 100 pés (30 metros). "

Como funcionam os moinhos de vento

Embora os moinhos de vento sejam algumas das máquinas mais antigas e vitais para a civilização e geralmente são usados ​​para bombear água ou moer grãos, eles têm algumas outras diferenças funcionais em relação à tecnologia de turbina eólica, muito mais recente.

As pás de um moinho de vento estão próximas ao solo e, portanto, devem aproveitar as correntes de ar próximas ao solo para girar. Uma vez que as correntes de vento estão geralmente menos próximas da superfície da Terra do que em atmosferas mais altas, os moinhos de vento devem ter pás maiores para captar o máximo de vento possível.

Embora os moinhos de vento existam desde 800 C.E. ou mais, eles realmente se espalharam em popularidade em meados do século XIX. Iniciado pela Revolução Industrial nas décadas seguintes a 1850, mais de 6 milhões de moinhos de vento mecânicos foram instalados apenas nos EUA para abastecer bombas e fábricas e atender outras necessidades de energia.

Essa popularidade foi impulsionada pela simplicidade dos moinhos de vento como geradores de energia mecânica. Simplesmente colocando um moinho de vento com muitas palhetas para cima, você pode obter rapidamente acesso a uma fonte de energia mecânica gratuita. Através do giro das lâminas, que a energia rotacional poderia ser usada para acionar as máquinas por meio de engrenagens ou para empurrar e puxar água do solo com bombas simples de haste hidráulica.

À medida que os moinhos de vento se popularizavam na indústria moderna, outra invenção também estava sendo desenvolvida e aprimorada:o gerador.

Em vez de apenas ser capaz de usar um moinho de vento quando o vento soprava, um gerador permitiria que a energia rotacional fosse armazenada ao convertê-la em eletricidade. Assim, o desenvolvimento de turbinas eólicas foi o próximo passo no aperfeiçoamento dos dispositivos de aproveitamento de energia eólica.

Como funcionam as turbinas eólicas

Para pegar correntes de ar mais fortes, uma turbina eólica atinge centenas de metros mais alto do que um moinho de vento. Ele usa os mesmos princípios funcionais de um moinho de vento - transformando o vento em energia rotacional - mas o que ele faz a seguir é diferente. As turbinas eólicas têm geradores dentro delas, geralmente conectado diretamente a uma haste de aleta giratória. Girando o gerador, uma corrente elétrica é produzida que pode ser usada para carregar baterias, alimentar a grade, ou executar dispositivos eletrônicos diretamente. A melhor maneira de entender como isso funciona é considerando um motor, mas ao contrário. Um motor elétrico usa eletricidade para criar movimento, enquanto uma turbina eólica usa o movimento para produzir eletricidade.

Mais especificamente, as pás de uma turbina eólica capturam a energia cinética - energia criada pelo movimento - do vento e a transformam em energia rotacional. Essa energia rotacional é então alimentada por uma série de engrenagens para aumentar a velocidade de um gerador.

Essas turbinas geralmente começam a produzir energia em velocidades de vento de 5 a 10 milhas por hora (8 a 16 quilômetros por hora) e desligam em altas velocidades perto de 60 mph (96 km / h) para que não funcionem mal ou se danifiquem, de acordo com a American Wind Energy Association.

Embora as turbinas eólicas produzam eletricidade, eles não são tecnicamente tão eficientes quanto os moinhos de vento. As turbinas eólicas têm uma eficiência máxima de 59 por cento, algo conhecido como limite de Betz. Isso se deve à incapacidade de aproveitar toda a energia do vento e às ineficiências na conversão de energia rotacional em energia mecânica.

Da Tecnologia Antiga à Energia Futura

Mesmo com suas ineficiências, as turbinas eólicas são o caminho para o aproveitamento do vento e para a geração de eletricidade do futuro. James diz que "vê as turbinas eólicas como parte integrante da redução, e eventualmente, eliminando nossa dependência de combustíveis de carbono. Um projeto eólico típico restitui sua pegada de carbono em seis meses, fornecendo décadas de energia com emissão zero. Na verdade, alguns países como a Escócia já investiram o suficiente em energia eólica para produzir energia suficiente para abastecer dois Scotlands! "

Em 2018, o vento gerou cerca de 5 por cento da eletricidade global, tornando-se a segunda maior fonte renovável, por trás da energia hidrelétrica. Desde o primeiro uso do moinho de vento como a espinha dorsal mecânica da civilização persa e chinesa antiga, às enormes turbinas eólicas de hoje, a tecnologia subjacente veio para ficar.

As turbinas eólicas têm apenas três pás para manter seu momento angular constante. Com três lâminas, quando alguém aponta para cima, os dois apontando para baixo em um ângulo perfeitamente equilibram as forças. Se as turbinas eólicas tivessem mais de três pás, elas seriam instáveis ​​ou pesadas demais para serem eficientes.