Qual é a diferença entre um moinho de vento e uma turbina eólica?

Esses primeiros moinhos de vento eram usados ​​exatamente para o que seu nome indica - eram moinhos movidos a vento. O vento faria girar as palhetas, 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.

Enquanto os moinhos de vento já existem há muito tempo, as turbinas eólicas só existem desde cerca de 1888, quando a primeira turbina eólica conhecida criada para a produção de eletricidade nos Estados Unidos 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 chegaria a 24 metros", disse James Herzing, engenheiro e premiado apresentador 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 da roda, e não é incomum ver um moinho de vento de 2 metros, onde 8 pés são medidos entre as pás. Vento as turbinas, por outro lado, podem ter uma única lâmina com mais de 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 sejam 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. Como as correntes de vento geralmente ficam 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 dC 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 nos Estados Unidos apenas para alimentar bombas e fábricas e atender a 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, você pode obter rapidamente acesso a uma fonte de energia mecânica gratuita. Por meio do giro das lâminas, essa energia rotacional poderia ser usada para acionar máquinas por meio de engrenagens ou para empurrar e puxar água do solo com bombas simples de haste de sucção de água .

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, convertendo-a 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 captar correntes de ar mais fortes, uma turbina eólica chega a centenas de metros mais alto do que um moinho. 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 conectados diretamente a uma haste de aleta giratória. Girando o gerador, é produzida uma corrente elétrica que pode ser usada para carregar baterias, alimentar a rede ou operar 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 movimento para produzir eletricidade.

Mais especificamente, as pás de uma turbina eólica captam 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 o American Wind Energy Association .

Embora as turbinas eólicas produzam eletricidade, elas 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 uma parte integrante da redução e, eventualmente, da eliminação de nossa dependência de combustíveis de carbono. Um projeto eólico típico recupera 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% da eletricidade global , tornando-se a segunda maior fonte renovável, atrás da energia hidrelétrica. Desde o primeiro uso do moinho de vento como espinha dorsal mecânica da civilização persa e chinesa antiga, até as enormes turbinas eólicas de hoje, a tecnologia subjacente veio para ficar.

Agora isso é interessante

As turbinas eólicas têm apenas três pás para manter constante o seu momento angular. Com três lâminas, quando uma aponta para cima, as duas 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.