How do wind turbines work? - Rebecca J. Barthelmie and Sara C. Pryor

Tradutor: Leonardo Silva Revisor: Raissa Mendes

Every 24 hours, wind generates enough kinetic energy

A cada 24 horas, o vento gera energia cinética suficiente

to produce roughly 35 times more electricity than humanity uses each day.

para produzir aproximadamente 35 vezes mais eletricidade

do que a humanidade utiliza em um dia.

And unlike coal or oil, this resource is totally renewed each day.

Diferente do carvão ou do petróleo,

esse recurso é totalmente renovável diariamente.

So how can we harness this incredible amount of energy,

Então, como podemos aproveitar essa quantidade incrível de energia?

and is it possible to create a world powered entirely by wind?

É possível criarmos um mundo abastecido totalmente pelos ventos?

The basic principle of wind energy is simple.

O princípio básico da energia eólica é simples.

A series of sails or blades mounted around a rotor catch the wind

Uma série de velas ou lâminas montadas em torno de um rotor

and translate its kinetic energy into rotational energy.

captam o vento e transformam sua energia cinética em energia rotacional.

Traditional windmills use that rotational energy to grind wheat or pump water.

Moinhos de vento tradicionais usam a energia rotacional

para moer trigo ou bombear água,

But in modern wind turbines, it turns a generator that creates electricity.

mas, nas modernas turbinas de vento,

ela move um gerador que cria energia elétrica.

This conversion from wind to rotational energy to electricity

Essa conversão de vento em energia rotacional e em eletricidade

has defined wind turbines since their invention in the late 19th century.

faz parte das turbinas de vento

desde que foram inventadas no fim do século 19.

And there are three primary factors that determine just how much energy

Existem três fatores principais que determinam a quantidade de energia

they can produce: the size and orientation of the blades,

que elas produzem:

o tamanho e a orientação das lâminas, o formato aerodinâmico das lâminas

the blade’s aerodynamic design, and the amount of wind turning the rotor.

e a quantidade de vento girando o rotor.

First up, blade orientation.

Primeiro: a orientação das lâminas.

Wind turbines can be designed with their rotor

As turbinas de vento podem ser projetadas com seu rotor

on a vertical axis or a horizontal axis.

num eixo vertical ou num eixo horizontal.

Vertical blades can pick up wind coming from any direction,

As lâminas verticais captam o vento vindo de qualquer direção,

but with much less efficiency than horizontal axis rotors.

mas com muito menos eficiência que rotores de eixo horizontal.

Horizontal designs allow blades to capture the wind’s full force

O modelo horizontal permite que as lâminas captem toda a força do vento

by tracking the wind’s direction and turning to face it.

acompanhando a direção do vento e virando-se na direção dele.

This turning process is called yawing,

Esse processo de virada chama-se sistema de guinada

and older windmills achieved it through manual monitoring.

e moinhos de vento antigos faziam isso via monitoramento manual.

Today, wind sensors and computer systems automatically adjust the blades

Hoje, sensores de vento e sistemas de computador

ajustam as lâminas automaticamente, com grande precisão,

with expert precision to capture as much energy as possible.

para captar o máximo de energia possível.

Outside rotor orientation,

Além da orientação do rotor,

the blades themselves need to be shaped to maximize efficiency.

as próprias lâminas precisam de um formato para maximizar a eficiência.

While early designs used flat blades,

Enquanto modelos antigos usavam lâminas planas,

modern blades are curved like airplane wings.

as lâminas modernas são curvadas como as asas de um avião.

Wind travels faster over the curved surface,

O vento passa mais rápido pela superfície curva,

creating a low-pressure pocket above the blade that forces it upwards.

criando um bolsão de baixa pressão acima da lâmina, forçando-a para cima.

Since the amount of lift depends on the angle

Como a elevação depende do ângulo

at which the wind is moving relative to the blade,

em que o vento se move em relação à lâmina,

modern blades also incorporate a twist,

as lâminas modernas também têm uma torção

optimizing how much of the blade can cut into the wind.

que otimiza quanto da lâmina pode cortar o vento.

Made of fiberglass and resin layers, these blades are strong enough

Feitas de fibra de vidro e camadas de resina,

essas lâminas são fortes o bastante para funcionarem sob chuva,

to operate through rain, lightning, and blistering sunlight for over 20 years.

raios e forte luz solar por mais de 20 anos.

Even with aerodynamic blades and a horizontal rotor,

Mesmo com lâminas aerodinâmicas e um rotor horizontal,

a wind turbine can only capture wind if it's in a windy environment.

uma turbina eólica só capta o vento se estiver num ambiente onde haja vento.

Wind speeds typically increase the higher into the atmosphere you travel.

Quanto mais próximo da atmosfera se estiver,

a velocidade dos ventos tende a aumentar.

So today, most turbines are well over 100 meters tall,

Então, hoje, a maioria das turbinas tem bem mais que 10 metros de altura,

with equally large rotor diameters.

com diâmetros de rotor proporcionais.

A turbine of this height and size can capture a huge amount of wind,

Uma turbina dessa altura e tamanho

consegue captar grandes quantidades de vento,

generating enough electricity every year to power 750 American homes.

gerando energia suficiente anualmente para abastecer 750 casas estadunidenses.

A wind farm of 200 similarly sized turbines

Uma fazenda de vento com 200 turbinas desse tamanho

could power over 150,000 American homes— or twice as many European homes—

poderia abastecer mais de 150 mil casas estadunidenses

ou o dobro em casas europeus

for an entire year.

durante um ano inteiro.

Offshore wind farms contain an even greater number of even larger turbines.

Fazendas de vento costeiras têm um número ainda maior de turbinas ainda maiores.

In 2019, the largest wind turbine ever built

Em 2019, a maior turbina eólica já construída

began operating off the coast of the Netherlands.

começou a operar na costa da Holanda.

With a rotor diameter of 220 meters, just one of these turbines

Com um diâmetro de rotor de 220 metros,

apenas uma dessas turbinas

can meet the annual power needs of 16,000 European households.

pode atender às necessidades energéticas anuais

de 16 mil casas europeias.

Despite its amazing potential, wind energy still faces challenges.

Apesar de seu incrível potencial, a energia eólica ainda traz desafios.

Wind may be a free and unlimited fuel,

O vento é um combustível gratuito e ilimitado,

but no matter how large or efficient a turbine is

mas, por maior e mais eficiente que uma turbina seja,

there's a mathematical limit to how much wind it can convert into electricity.

existe um limite matemático para o vento que ela pode converter em eletricidade.

German physicist Albert Betz calculated

O físico alemão Albert Betz calculou

that since some wind must remain to keep the blades spinning,

que, como parte do vento precisa manter as lâminas girando,

a turbine can only ever capture 59.3% of the wind’s energy.

uma turbina só pode captar o máximo de 59,3% da energia eólica.

Additionally, some people feel turbines disrupt natural scenery,

Além disso, algumas pessoas acreditam que as turbinas poluem a paisagem

and wind energy’s intermittent availability

e a intermitência na disponibilidade da energia eólica

can make it difficult to integrate into electrical grids.

pode tornar difícil integrá-la às redes elétricas.

But even with these challenges, modern wind turbines have made wind energy

Mas, mesmo com esses desafios,

as turbinas eólicas modernas tornaram a energia eólica

the most efficient and inexpensive source of electricity.

a fonte de eletricidade mais eficiente e mais em conta.

Wind turbines already provide essential energy for communities around the world.

As turbinas eólicas já fornecem energia essencial a comunidades de todo o mundo.

And for many farmers, hosting a wind turbine

Para muitos fazendeiros, ter uma turbina eólica em sua propriedade

can be a reliable source of additional income.

pode ser uma fonte de renda extra garantida.

With continued improvements in wind forecasting,

Com melhorias contínuas nas previsões de ventos,

electrical grid infrastructure and energy storage,

na infraestrutura da rede elétrica e no armazenamento de energia,

wind power might blow away all our energy problems.

a energia eólica pode eliminar todos os nossos problemas de energia.