Principais Tipos de Turbinas Eólicas na Atualidade

Os aerogeradores e aeromotores, costumam ser classificadas pela posição do eixo do seu rotor que pode ser vertical ou horizontal, a seguir mencionaremos os principais modelos relativos aos tipos de classificação mencionados.
Eixo Horizontal
Esta disposição necessita de mecanismo que permita o posicionamento do eixo do rotor em relação à direção do vento, para um melhor aproveitamento global, principalmente onde se tenha muita mudança na direção dos ventos. Encontram-se ainda moinhos de vento seculares com direcionamento do eixo das pás fixo, mas situam-se onde os ventos predominantes são bastante representativos, e foram instalados em épocas em que os citados mecanismos de direcionamento ainda não haviam sido concebidos.
Os principais modelos diferem quanto as características que definem o uso mais indicado, sendo eles:
1. Rotor multipás - atualmente representa a maioria das instalações eólicas, tendo sua maior aplicação no bombeamento d’água. Suas características tornam seu uso mais próprio para aeromotores, pois dispõe de uma boa relação torque de partida / área de varredura do rotor, mesmo para ventos fracos, em contrapartida seu melhor rendimento encontra-se nas baixas velocidades, limitando a potência máxima extraída por área do rotor, que não é das melhores, tornando este tipo pouco indicado para geração de energia elétrica. O fato de alguns autores de livros, escritos em outras décadas, contrariamente a percepção atual, apontarem-no como sendo a melhor opção devido a sua característica de menor variação de velocidade do rotor em função da velocidade do vento, devia-se as limitações de controle da curva de tensão de saída dos sistemas de geração de energia disponíveis naquelas épocas, o que restringia o aproveitamento da energia gerada, a uma faixa estreita de velocidade do rotor. Com o desenvolvimento da eletrônica este panorama mudou, pois os sistemas atuais podem ser facilmente projetados para uma faixa de velocidade bastante ampla e com um rendimento bastante satisfatório, passando o fator determinante a ser a potência obtida pelo rotor em relação a área de varredura, onde os modelos de duas e três pás se destacam com um rendimento muito superior.
2. Rotor de três ou duas pás - é praticamente o padrão de rotores utilizados nos aerogeradores modernos, isto deve-se ao fato da grande relação de potência extraída por área de varredura do rotor, muito superior ao rotor multipás (embora isto só ocorra em velocidades de vento superiores), pois além do seu rendimento máximo ser o melhor entre todos os tipos, situa-se em velocidades mais altas. Entretanto, apresenta baixos valores de torque de partida, e de rendimento para velocidade baixas, características que apesar de aceitáveis em sistemas de geração de eletricidade, imcompatibilizam seu uso em sistemas que requeiram altos momentos de força e ou carga variável.
Eixo Vertical
A principal vantagem das turbinas de eixo vertical é não necessitar de mecanismo de direcionamento, sendo bastante evidenciada nos aeromotores por simplificar bastante os mecanismos de trasmissão de potência.
Como desvantagens apresentam o fato de suas pás, devido ao movimento de rotação, terem constantemente alterados os angulos de ataque e de deslocamento em relação a direção dos ventos, gerando forças resultantes alternadas, o que além de limitar o seu rendimento, causa vibrações acentuadas em toda sua estrutura.
1. Rotor Savonius - Apresenta sua curva de rendimento em relação à velocidade próxima a do rotor de multipás de eixo horizontal, mas numa faixa mais estreita, e menor amplitude, seu uso, como o daquele, é mais indicado para aeromotores, principalmente para pequenos sistemas de bombeamento d’água, onde o custo final devido a simplicidade do sistema de transmissão e construção do rotor propriamente dito, podem compensar seu menor rendimento.
2, Rotor Darrieus - Por ter curva de rendimento característica próxima a dos rotores de três pás de eixo vertical, são mais compatíveis com o uso em aerogeradores, mas como nestes os sistemas de transmissão já são bastante simples, seja qual for o tipo de disposição do eixo do rotor, o Darrieus perde uma das vantagens comparativas. Além disto a necessidade de sistema de direcionamento para o outro tipo de rotor, é compensada pela facilidade de implementação de sistemas aerodinâmicos de limitação e controle de potência, que amplia a faixa de utilização em relação a velocidade dos ventos e deixa-o muito menos suceptível a danos provocados por ventos muito fortes. Desta forma, o Darrieus parece ficar em plena desvantagem em relação ao rotor de eixo horizontal, sendo seu uso pouco notado.
Na figura 1, veja um desenho esquemático de uma turbina eólica moderna.
Figura 1 – Desenho Esquemático de uma Turbina Eólica Moderna

Fonte: Centro Brasileiro de Energia Eólica – CBEE / UFPE, 2000.
A tecnologia atual oferece uma variedade de máquinas, segundo a aplicação ou local de instalação. Quanto à aplicação, as turbinas podem ser conectadas à rede elétrica ou destinadas ao suprimento de eletricidade a comunidades ou sistemas isolados. Em relação ao local, a instalação pode ser feita em terra firme (como exemplo, turbina de médio porte da Figura 2) ou off-shore (como exemplo, turbinas de grande porte da Figura 2).

Figura 2 – Exemplos de Turbinas Eólicas (da esquerda para a direita: pequena, média e grande)