Turbinas eólicas inspiradas em asas de insetos são 35% mais eficientes

Inspirando-se nas asas dos insetos, as pás flexíveis das turbinas eólicas poderiam gerar mais energia em uma ampla gama de condições de vento.

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Turbinas eólicas inspiradas em asas de insetos são 35% mais eficientes

Por David ShultzFeb. 14, 2017, 19:15

As turbinas eólicas produzem 4% da energia do planeta, mas só funcionam bem quando o vento está soprando da maneira certa. Agora, inspirando-se nas asas flexíveis dos insetos, os cientistas descobriram uma maneira de tornar as pás das turbinas eólicas 35% mais eficientes na produção de energia. Se comercializado, o avanço poderia tornar essa tecnologia ecológica uma alternativa mais viável aos combustíveis fósseis nos próximos anos.

Aumentar a eficiência de uma turbina eólica não é simplesmente uma questão de fazer com que os rotores girem o mais rápido possível. Além de se tornarem mais propensas a falhas catastróficas, as turbinas também se tornam menos eficientes em velocidades mais altas porque se tornam mais parecidas com uma parede do que com um rotor, impedindo o vento de passar pelas pás de rotação rápida, diz Asfaw Beyene, professor de engenharia da Universidade Estadual de San Diego, na Califórnia, que não participou do trabalho.

A quantidade ideal de energia vem de taxas intermediárias de rotação, diz o autor do estudo Vincent Cognet, físico da Universidade Paris-Sorbonne. Para que eles produzam energia com mais eficiência, o vento deve acertar suas pás no ângulo certo de passo para aplicar a quantidade certa de torque a um gerador.

As asas dos insetos não têm esse problema. Por serem flexíveis, as asas de abelhas e libélulas são capazes de direcionar a carga aerodinâmica na direção de seu voo, aumentando a potência. E como eles naturalmente se dobram ao vento, eles podem minimizar o arrasto para evitar danos.

Para verificar se essa flexibilidade melhoraria a eficiência das turbinas eólicas, Cognet e sua equipe construíram protótipos de turbinas de pequena escala com três estilos diferentes de rotores. Um era completamente rígido, um era um pouco flexível e um era muito flexível. Todas as três turbinas tinham três rotores, mas as flexíveis eram feitas com um material flexível chamado tereftalato de polietileno, enquanto a versão rígida era feita com uma resina sintética rígida.

Nos testes em túneis de vento, as pás mais flexíveis mostraram-se um pouco flácidas e não produziram tanta energia quanto seus irmãos mais rígidos. Mas as lâminas moderadamente flexíveis superaram as rígidas, criando até 35% mais energia e permitindo que as lâminas operassem com eficiência em uma ampla gama de condições de vento, informou a equipe hoje no Proceedings of the Royal Society A: Ciências Matemáticas e Físicas .

Os testes também mostraram que a melhoria veio de mudanças no ângulo de inclinação: conforme as pás da turbina se flexionavam para frente ou para trás graças, respectivamente, à pressão do vento e ao efeito centrífugo, o ângulo de inclinação mudou ligeiramente. Os ângulos de inclinação mais altos (mais abertos) têm um desempenho mais eficiente em velocidades mais baixas do vento, enquanto os ângulos de inclinação mais baixos (mais fechados) se saem melhor em altas velocidades. Na verdade, ventos mais rápidos levam a uma taxa de rotação mais alta, que dobra o rotor para frente e fecha o ângulo de inclinação ligeiramente para ajudar a gerar mais energia.

O próximo desafio, diz Cognet, é ampliar a tecnologia para trabalhar em turbinas de tamanho normal. Temos de encontrar o material, que é flexível, mas não muito flexível.

Beyene diz que o lado da engenharia levará tempo, mas seus próprios experimentos com lâminas transformadoras indicam que o aumento de 35% na potência demonstrado no novo estudo é uma expectativa perfeitamente razoável e seria um grande benefício para um futuro totalmente renovável. Sua equipe já está planejando ativamente protótipos maiores que operam usando os mesmos princípios. `` A mecânica dos fluidos e a física fazem todo o sentido '', diz ele. Não há razão para que não possamos fabricar lâminas de transformação que se adaptem às condições do vento. ”