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1 / 8 Um aerogerador de 5 MW no campo Este é o aerogerador de referência NREL 5 MW, um projeto público feito para pesquisa. O rotor tem 126 m de diâmetro e o cubo fica a 90 m do chão. Com vento de 8 m/s, ele gira a 9,2 rpm e fornece 1,78 MW. O segundo aerogerador fica 630 m a sotavento, a cinco diâmetros de rotor.
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01 Um aerogerador de 5 MW no campo Este é o aerogerador de referência NREL 5 MW, um projeto público feito para pesquisa. O rotor tem 126 m de diâmetro e o cubo fica a 90 m do chão. Com vento de 8 m/s, ele gira a 9,2 rpm e fornece 1,78 MW. O segundo aerogerador fica 630 m a sotavento, a cinco diâmetros de rotor.
02 Forma e torção da pá Abaixo de 3 m/s o aerogerador espera: as pás ficam de lado para o vento e o rotor fica parado. Os cortes laranja mostram como a pá muda. Perto do cubo ela é um tubo redondo; mais para fora vira um perfil grosso e depois um fino, e a linha da corda torce 13,3° da raiz até a ponta.
03 Por que a ponta é tão rápida A 8 m/s o rotor dá 9,2 voltas por minuto, mas as pontas das pás andam a 60 m/s. A velocidade da ponta dividida pela do vento é a razão de velocidade de ponta, aqui 7,55. Nessa razão este rotor capta a maior parte do vento, 48,2 %.
04 Dentro da nacele O eixo principal gira tão devagar quanto o rotor. Uma caixa multiplicadora de três estágios aumenta a velocidade 97 vezes, e assim 9,2 rpm viram cerca de 890 rpm no gerador. A marca laranja no disco de freio mostra o eixo rápido; a tela o desacelera para você conseguir acompanhar.
05 A potência do vento A potência do vento cresce com o cubo da velocidade: P = ½ ρ A v³. A 11,4 m/s, cerca de 11,3 MW de vento passam pelo disco do rotor. O rotor tira 46,8 % disso e o gerador fornece 5 MW. Nenhum rotor pode tirar mais de 16/27, ou 59,3 %: é o limite de Betz, desenhado em azul no gráfico.
06 O passo segura os 5 MW A 18 m/s o vento leva 44,5 MW pelo rotor. O controlador gira as três pás 14,9° em direção ao vento, então elas o encontram num ângulo menor e tiram menos. A potência fica em 5 MW. Desligue o passo automático e deixe-o em 0°: o rotor tentaria gerar 9,8 MW e sobrecarregaria o gerador. Acima de 25 m/s as pás giram para 90° e o rotor para.
07 A nacele vira para o vento O vento mudou 30°. A biruta no teto gira na hora, mas os motores de guinada movem a nacele de 240 toneladas a só 0,3° por segundo, então a virada real leva 100 s. A tela faz isso 20 vezes mais rápido. Com 30° de erro, a 8 m/s o rotor gera 65 % da sua potência.
08 O ar lento atrás Cada watt que o rotor tira vem do ar, então atrás dele o vento é mais lento. A 630 m ele ainda está em 7,3 m/s em vez de 8, e o segundo aerogerador gera 1,34 MW, 76 % do primeiro. Gire o vento 20° e a esteira passa ao lado dele.
Pás Três pás de fibra de vidro, cada uma com 61,5 m. A corda tem 4,65 m no ponto mais largo, a 15,85 m do centro, e 1,42 m perto da ponta. A faixa vermelha na ponta é para os aviões. Seções da pá (perfis) Os anéis laranja são cortes a 15,85 m, 28,15 m e 47,25 m. A raiz é um tubo redondo, o meio usa perfis DU grossos e o terço externo um perfil NACA 64 fino. As linhas pretas são as cordas: a de 47,25 m fica 8,9° mais plana que a de 15,85 m. Cubo e cone Um cubo de ferro fundido de 3 m de diâmetro segura as raízes das três pás. O cone branco na frente dele impede a entrada da chuva. Rolamentos e motores de passo Cada pá fica sobre um grande rolamento de anel (amarelo) e é girada pelo próprio motor. O dente laranja no anel interno mostra quanto a pá girou. O modelo os limita a 8° por segundo. Nacele A carcaça no alto da torre, com cerca de 14 m de comprimento. Com o trem de força, pesa cerca de 240 toneladas. Há um resfriador no teto. Eixo principal Um eixo grosso de aço leva a força de rotação do rotor para dentro da nacele. Ele gira na velocidade do rotor, no máximo 12,1 rpm, e na potência nominal suporta cerca de 4,2 milhões de newton-metros. A chaveta laranja gira com ele. Rolamento principal e base O rolamento principal segura o eixo logo atrás do cubo e sustenta o peso do rotor de 110 toneladas. A base embaixo carrega todo o trem de força e se apoia no rolamento de guinada. Caixa multiplicadora e freio Três estágios de engrenagens multiplicam a velocidade por 97, de 12,1 rpm para 1173,7 rpm. Os braços de torque dos dois lados passam a reação para a base. Freio e eixo rápido O eixo rápido sai da caixa multiplicadora a até 1173,7 rpm. O disco montado nele e a pinça vermelha formam o freio de estacionamento, que segura o rotor parado na manutenção. Gerador Transforma o trabalho do eixo rápido em eletricidade. No modelo, converte 94,4 % da potência do eixo; na velocidade nominal, fornece 5 MW. Resfriador Um radiador no teto retira o calor do óleo da caixa multiplicadora e do gerador. A 5 MW, os 5,6 % perdidos só no gerador equivalem a cerca de 300 kW de calor. Rolamento e motores de guinada Um rolamento de anel no alto da torre e quatro motores de guinada viram a nacele inteira de frente para o vento, a 0,3° por segundo na máquina real. Biruta e anemômetro Num mastro na parte de trás do teto. As conchas giram mais rápido quando o vento aumenta, e a biruta se alinha com o vento. Quando a biruta e a nacele discordam, os motores de guinada começam a girar. Torre Um tubo de aço de 87,6 m de altura, com 6 m de diâmetro na base e 3,87 m no topo, feito de seções aparafusadas em flanges. Pesa cerca de 347 toneladas. Fundação No modelo, uma laje octogonal de concreto armado com 20 m de largura, enterrada a 3,6 m. Anéis de parafusos de ancoragem prendem nela o flange da torre. A terra em volta foi recortada. Os aerogeradores no mar ficam sobre uma monoestaca de aço, com uma peça de transição amarela e uma plataforma de trabalho acima das ondas (escolha um aerogerador no mar na lista abaixo do palco). Esteira Os pontos se movem com o ar, quatro vezes mais rápido que na realidade. Atrás do rotor o ar fica mais lento (azul) e gira um pouco no sentido contrário ao do rotor. O cone claro mostra como a esteira se alarga. Segundo aerogerador A mesma máquina de 5 MW, 630 m a sotavento, a cinco diâmetros de rotor. A etiqueta dele mostra o vento que recebe e a potência que gera; os dois caem quando ele fica na esteira do primeiro.
