Conversão: Efeitos do Vento

A variação do vento com a altura ao solo (rugosidade), turbulência ou a presença de obstáculos, etc., são outros factores que influenciam o aproveitamento desta fonte de energia:

Rugosidade: só a partir dos mil metros de altura é que a superfície terrestre deixa de ter influência significativa sobre o vento. Nas camadas mais baixas a velocidade do vento é afectada pela fricção com a superfície terrestre. Em geral, quanto maior a rugosidade do terreno maior o abrandamento do vento. Um bosque ou uma grande cidade abrandam muito o vento, classe de rugosidade 3 a 4 (definição utilizada pela industria eólica para classificar a rugosidade), uma pista de um aeroporto, ou planície abrandam apenas ligeiramente o vento, classe 0,5-1, em quanto que a superfície do mar ou de um lago tem uma influência quase nula, classe 0.

Variabilidade do vento: a velocidade do vento está sempre a flutuar, pelo que o seu conteúdo energético varia continuamente. A magnitude destas flutuações dependem das condições climatéricas e das condições locais (objectos e superfície). A produção energética da turbina varia com este fenómeno, no entanto pequenas variações rápidas podem ser compensadas pela inércia do rotor. Na maior parte dos locais do planeta o vento sopra mais intensamente durante o dia que durante a noite, devido essencialmente a que as diferenças de temperaturas entre a superfície do mar e a superfície da terras são maiores durante o dia que durante a noite, no entanto é mais turbulento e sujeito a variações de sentido durante o dia. A maior produção diurna pode ser vantajoso do ponto de vista comercial uma vez que os períodos de cheia registam-se durante o dia.

Turbulência: a turbulência pode estar associada a fenómenos naturais como tempestades com rajadas de vento m várias direcções, ou em áreas em que a superfície é muito acidentada (grande rugosidade), e por detrás de obstáculos como edifícios onde ocorre muita turbulência com fluxos de ar irregulares, remoinhos e vórtices. A turbulência reduz a possibilidade de utilizar o vento de forma efectiva num aerogerador, assim como maior desgaste e possibilidades de rupturas (fadiga estrutural). As torres eólicas são normalmente suficientemente altas para evitar as turbulências do vento ao nível do solo.

Obstáculos: os obstáculos ao vento tais como edifícios, árvores, formações rochosas, etc., podem diminuir a velocidade do vento de forma significativa e normalmente criar turbulência ao redor deles. Grande parte da turbulência é gerada na região por detrás do obstáculo, e pode propagar-se até 3 vezes a dimensão do objecto, pelo que é de evitar grandes obstáculos perto das turbinas eólicas, e em particular nas direcções do vento dominante.

Efeito da esteira: o vento que abandona a turbina tem um conteúdo energético inferior, criando um “abrigo” na direcção a favor do vento. De facto, existe uma esteira por trás da turbina, i.e., uma “cauda” de vento muito turbulenta e abrandada, em comparação com o vento que chega a turbina (expressão com origem na esteira produzida pelos barcos). Nos parques eólico, por forma a evitar a turbulência ao redor das turbinas, a distância mínima equivalente entre cada turbina é de três diâmetros de rotor. Nas direcções do vento dominante esta separação deve ser ainda maior.

Efeito do Parque: como referido no efeito esteira, cada aerogerador irá travar o vento ao extrair energia. O Ideal seria poder separar as turbinas o máximo possível na direcção dominante do vento. No entanto os custos do terreno e ligação à rede aconselha instalar as turbinas o mais próximo umas das outras. Como norma, a separação entre aerogeradores é de 5 a 9 diâmetros de rotor na direcção dos ventos dominantes, e de 3 a 5 diâmetros nas direcções perpendiculares dos ventos dominantes. As perdas típicas de energia devida e este efeito situam-se em 5%, já tendo em conta as formas de minimizar este tipo de efeitos.

Efeito Túnel: o vento que passa entre dois edifícios altos ou entre uma passagem estreita dentre duas montanhas é comprimido na parte exposta ao vento e a sua velocidade cresce consideravelmente entre os dois obstáculos. Este efeito tem o nome de “efeito túnel” ou “venturi”. Assim seria possível, na teoria, obter velocidades de vento 1/3 superiores. A colocação de uma turbina eólica entre duas colinas, no entanto em colinas muito acidentadas pode haver efeitos da turbulência que poderão anular as eventuais vantagens do efeito túnel e criar problemas de fadiga nos materiais.

Efeito Colina: correntemente os aerogeradores são instalados perto do topo de colinas uma vez que a velocidade do vento nestes locais é superior ao das áreas circundantes. Isto deve-se à compressão que o vento sofre na zona onde sopra, e que, ao chegar ao topo da colina, pode voltar a expandir-se pela ladeira a sotavento da colina. Caso a colina seja muito acidentada, pode ser originada turbulência significativa, que pode anular a vantagem do efeito colina.

Condições marítimas: as condições de rugosidade são algo variáveis, devido a produção de ondas, no entanto, em geral, pode-se considerar que a rugosidade da superfície da água é muito baixa e os obstáculos ao vento são pouco, devendo nos cálculos ter em conta ilhas, faróis, etc., tal como se faz com os obstáculos y a variação da rugosidade em terra. Uma menor rugosidade traduz-se num perfil de velocidade mais estável (menos descolamento CL), pelo que o vento não experimenta grande mudanças em altura, sendo possível torres mais baixas, com cerca de 0,75 x diâmetro do rotor (normalmente, em terra, as torres tem uma altura de um diâmetro de rotor ou mais). Também, no mar, a turbulência é menor do que em terra, devido às menores diferenças de temperatura a diferentes alturas (no mar a radiação solar penetra vários metros de profundidade, em quanto na terra a radiação concentra-se na camada superficial, aquecendo-a muito mais), pelo que é de esperar um maior tempo de vida dos aerogeradores.