Arranque Espanhol Vortex Sem Fio desenvolveu turbinas que aproveitam a vorticidade, o movimento giratório do ar ou outros fluidos. Quando o vento passa por uma das turbinas cilíndricas, ele corta o lado do vento para fora do cilindro em um turbilhão ou vórtice giratório. Esse vórtice então exerce força sobre o cilindro, fazendo-o vibrar. A energia cinética do cilindro oscilante é convertida em eletricidade através de um gerador linear semelhante aos usados para aproveitar a energia das ondas.
David Yáñez, um dos cofundadores da empresa, primeiro se deparou com o conceito como um estudante estudando o colapso da Ponte Tacoma Narrows em Washington. A ponte ruiu em 1940 devido a vibrações excessivas formadas pelo movimento giratório do vento ao passar pela ponte e é uma falha de engenharia de livros-texto. Yáñez, no entanto, aprendeu uma lição diferente. “Esta é uma maneira muito boa de transmitir energia de um fluido para uma estrutura”, diz ele.
O desenho do cilindro leve do Vortex não tem engrenagens ou rolamentos. Yáñez diz que ele vai gerar eletricidade por 40% menos do que o custo da energia das turbinas eólicas convencionais. A empresa recebeu US$ 1 milhão em capital privado e financiamento do governo na Espanha e está procurando outros US$ 5 milhões em financiamento de capital de risco. Yáñez diz que a empresa planeja lançar um sistema de quatro quilowatts em 2016 e um dispositivo de um megawatt muito maior por volta de 2018.
A turbina Vortex parece promissora, mas como qualquer novo projeto radical de energia alternativa, as turbinas sem pá têm muitos céticos.
“Se você tem uma turbina eólica comum do tipo hélice, você tem uma grande área varrida pelas pás”, diz Martin Hansen, um especialista em energia eólica da Universidade Técnica da Dinamarca. “Aqui você só tem um poste”
Além de capturar menos energia, os cilindros oscilantes não podem converter tanta energia em eletricidade, diz Hansen. Uma turbina eólica convencional normalmente converte 80 a 90 por cento da energia cinética do seu rotor giratório em electricidade. Yáñez diz que o gerador linear personalizado de sua empresa terá uma eficiência de conversão de 70%.
Yáñez admite que o projeto da turbina oscilante varrerá uma área menor e terá uma eficiência de conversão menor, mas diz que reduções significativas nos custos de fabricação e manutenção compensarão as perdas.
Como o Vortex constrói dispositivos maiores que apanham ventos de maior velocidade mais longe do solo, ele também enfrentará outros desafios inerentes à física da mecânica dos fluidos. O ar ou outros fluidos que se movem a baixas velocidades, passando por cilindros de pequeno diâmetro, fluem em um movimento suave e constante. Aumente o diâmetro do cilindro e a velocidade a que o ar flui através dele, porém, e o fluxo torna-se turbulento, produzindo eddies ou vórtices caóticos. O fluxo turbulento faz com que a freqüência de oscilação do cilindro varie, tornando difícil a otimização para a produção de energia.
“Com cilindros muito finos e velocidades muito lentas você obtém linhas telefônicas cantando, uma freqüência ou tom absolutamente puro”, diz Sheila Widnall, professora de aeronáutica e astronáutica no MIT. “Mas quando o cilindro fica muito grande e o vento fica muito alto, você recebe uma gama de freqüências”. Você não conseguirá tirar tanta energia dele quanto deseja porque a oscilação é fundamentalmente turbulenta”
Widnall também questiona a alegação da empresa de que suas turbinas serão silenciosas. “As frequências oscilantes que abanam o cilindro vão fazer barulho”, diz ela. “Vai soar como um trem de carga vindo através do seu parque eólico”.”
Os cilindros oscilantes são apenas uma das várias tecnologias emergentes destinadas a colher mais do vento por menos. Makani Power está desenvolvendo uma “pipa de energia” (ver “Moinhos de vento voadores”). Ele voa em um grande círculo semelhante à ponta de uma lâmina de turbina convencional enquanto aproveita a energia do vento através de turbinas menores a bordo. Astro Teller, chefe do Google X, a instalação de pesquisa semi-secreta do Google que adquiriu a Makani em 2013, disse em março que a empresa começaria em breve os testes de um papagaio de 600 quilowatts em escala real.
John Dabiri, professor de aeronáutica e bioengenharia da Caltech, está testando diferentes configurações de turbinas de eixo vertical, que são essencialmente moinhos de vento que giram como um carrossel em vez de um eixo horizontal como uma roda de bicicleta. Tipicamente as turbinas eólicas são colocadas longe umas das outras para otimizar a produção de energia. Baseando-se nos mesmos princípios que os peixes usam para conservar energia através da escolarização, Dabiri descobriu que turbinas colocadas próximas umas das outras poderiam produzir mais energia do que aquelas que estão distantes.
“Você pode coӧrdinate o funcionamento de várias turbinas eólicas de tal forma que o todo é maior do que a soma das suas partes”, diz ele.
Dabiri diz que tais efeitos sinérgicos também se poderiam aplicar a aerogeradores convencionais de eixo horizontal ou mesmo turbinas oscilantes. Estas últimas representam um desafio maior porque a esteira de tais turbinas é muito caótica, mas também um benefício potencial, porque a esteira acumula muita energia, diz ele.
Muito ainda não visto com a turbina oscilante da Vortex, diz Dabiri, mas acrescenta que está entusiasmado com o conceito da empresa. “Quem diz que a turbina de três lâminas é o melhor que podemos fazer, tem falta de visão”.
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