Potência de uma turbina eólica – limite de Betz e um dia de vento

O que mostra

O vento que atravessa a cada segundo a área varrida A = πR² de uma turbina transporta energia cinética, com potência ½ρAv³: dobrar o comprimento das pás quadruplica a potência, e dobrar a velocidade do vento a multiplica por oito. O rotor extrai apenas uma fração Cp; Betz mostrou que Cp nunca pode passar de 16/27 ≈ 59,3 %. Turbinas reais começam a girar na velocidade de partida, mantêm a potência nominal acima da velocidade nominal e desligam na velocidade de corte para se proteger. O modelo mantém Cp constante e usa dados de vento simulados.

Como usar

Clique em Iniciar para o relógio percorrer o dia e observe o ponto vermelho andar pela curva de potência. Mude Pá R e Vento médio para ver o quanto a potência depende de cada um e compare a energia do dia com a calculada pela velocidade média. Depois ajuste Cp, v nominal, v partida e v corte, escolha maior altitude em Ar e clique em Novo dia para outro tempo.

Parâmetros que você pode mudar

• Comprimento das pás (raio do rotor) 1–80 m
• Velocidade média do vento no dia 2–14 m/s
• Coeficiente de potência Cp 0,1–0,59
• Velocidade nominal do vento 8–16 m/s
• Velocidade de partida 2–5 m/s
• Velocidade de corte 18–30 m/s
• Densidade do ar Nível do mar, 15 °C (1,225 kg/m³), 1000 m de altitude (1,112 kg/m³), 2000 m de altitude (1,007 kg/m³)
• Consumo diário de eletricidade de uma residência 2–40 kWh

Perguntas para explorar

1. Se você dobrar o comprimento das pás, quantas vezes a potência aumenta? E se a velocidade do vento dobrar?
2. Por que usar a velocidade média do vento dá uma energia diária errada?
3. Por que uma turbina precisa parar com vento muito forte, e por que nenhuma passa de 59,3 %?