Turbina De Wells

RESUMO

Visando aproveitar uma fonte de energia 100% limpa, contínua e com bom custo benefício, vários métodos foram desenvolvidos para capturar a energia das ondas, um deles é a Turbina de Wells. Apesar da complexidade, seu funcionamento é baseado em um conceito simples: A variação na altura da onda ou na marola dentro de um recipiente fará com que o ar seja expulso e em seguida retorne pela mesma cavidade, gerado um fluxo de ar alternado. Essa movimentação e capaz de girar uma hélice que move um dínamo. A peça chave para seu funcionamento e a hélice. Seu perfil possui um formato de gota, contendo o mesmo perfil em ambos os lados. Isso faz com que o fluxo de ar alternado a gire no mesmo sentido. Os resultados indicam que a sua melhor utilização será para a iluminação e sinalização em píer, plataformas e na área portuária.

PALAVRAS-CHAVE: Turbina de Wells, Projeto das pás.

INTRODUÇÃO

Com aumento da demanda energia, e visando à redução da emissão de gases que causam o efeito estufa, tem surgido o interesse pelo estudo de energias renováveis. Entre diversas formas, tem-se a energia obtida a partir do movimento das ondas do mar, que apresenta um crescente interesse principalmente devido ao seu elevado potencial energético.A energia das ondas é usualmente expresso em potência por unidade de comprimento (ao longo da crista de onda). Valores considerados bons em localizações variam entre 20 e 70 kW/m (emmédia por ano) e ocorrem predominantemente entre moderadas e elevadas latitudes. Nesse sentido, as costas da América do Sul, África e Austrália são particularmente atrativas para exploração de energia das ondas. A turbina de Wells foi desenvolvida com para aproveitar as energias das ondas, é uma turbina axial que se caracteriza por ter pás com perfil simétrico, posicionadas radialmente ao longo do cubo.

OBJETIVOS

OBJETIVO GERAL

O objetivo deste trabalho e analisar a geração de energia elétrica através das ondas do mar.

OBJETIVO ESPECÍFICO

A turbina de wells, uma vez em movimento, são retificadoras, ou seja, rotacionam no mesmo sentido independentemente do sentido do fluxo de ar: saindo quando há pressurização do ar dentro da câmara ou entrando quando há uma depressão dentro da câmara, por ser de baixo custo e uma energia recomendada para iluminar uma pequena comunidade ou uma área portuária.

JUSTIFICATIVA

A turbina Wells alcança velocidade de rotação relativamente alta para uma baixa velocidade de ar que flui através da turbina. Isto faz com que a alta velocidade de rotação da turbina compense o uso de um gerador mais barato e aumente a possibilidade de armazenamento de energia. Apresenta eficiência de 70 a 80% para uma turbina de tamanho normal e custo relativamente baixo.

HIPÓTESES

Espera-se com a turbina de Wells uma energia que seja capaz de alimentar não só uma pequena comunidade, mais sim uma cidade que seja próxima do local onde a turbina foi instalada, que seja eficiente para a população, com um custo beneficio baixo.

REFERENCIAL TEORICO

Segundo Alan Wells o criador da primeira turbina de Wells nos diz que a turbina Wells roda numa direção, independentemente da direção do fluxo de fluido axial de condução e que é mais adequado para dispositivos com uma coluna de água oscilante no qual as ondas de forçar o movimento do pistão do tipo de uma coluna de água, numa câmara com o ar acima soprado e sugado pela turbina Wells. Assim, o movimento alternativo de baixa velocidade é eficientemente transformado em movimento de rotação de alta velocidade do veio de turbina, o qual é utilizado para acionar um gerador elétrico. Ela se tornou a máquina mais comumente adotada em protótipos de dispositivos de energia das ondas em todo o mundo durante os próximos anos.

Segundo Raghunathan os fatores que controlam o desempenho da turbina Wells são: as condições de admissão do escoamento, regime (laminar ou turbulento), incompressibilidade ou compressibilidade (dependendo do número de Mach do escoamento), a folga entre rotor e carcaça, as pás guias do fluxo, a relação entre raio do cubo e raio da pá, o diâmetro da turbina, o número de pás e a geometria do perfil das pás. Sendo assim tais variáveis podem ser agrupadas em quatro grupos como propriedades termofísicas do fluido, características do escoamento, restrições geométricas e propriedades dos perfis.

METODOLOGIA

A TURBINA WELLS

A turbina Wells foi desenvolvida na Queen’s University of Belfast pelo professor Dr. Allan Wells no final da década de 80. Várias versões desde então estão sendo estudadas. Abaixo estão os quatro modelos de turbina Wells existentes.

• Com pás fixas

• De passo variável

• De contra rotação

• De duplo plano com pás fixas

A turbina Wells é uma turbina de fluxo axial e auto retificadora, sendo assim, seu torque não é sensível à direção do fluxo de ar. Ela dispensa o sistema de válvulas, que em uma turbina direcional teria que recorrer a essas válvulas para a retificação do ar, fazendo ela sempre girar para o mesmo lado. É a mais usada nos dispositivos de CAO (coluna de água oscilante), e tem as seguintes vantagens e desvantagens:

A turbina Wells alcança velocidade de rotação relativamente alta para uma baixa velocidade de ar que flui através da turbina. Isto faz com que a alta velocidade de rotação da turbina compense o uso de um gerador mais barato e aumente a possibilidade de armazenamento de energia. Apresenta eficiência de 70 a 80% para uma turbina de tamanho normal e custo relativamente baixo. Apresenta, porém, algumas desvantagens: torque baixo ou até negativo para pequenas vazões; diâmetro grande para sua potência (2.3m para 400kW da turbina da Ilha de Pico); queda acentuada de potência na saída devido às perdas aerodinâmicas no fluxo causados pelo valor crítico de perda de potência. Usando a turbina de passo variável, a perda de potência pode ser evitada, ou reduzida substancialmente.

A extração de energia do rotor da turbina implica uma mudança na quantidade de movimento angular do fluxo de ar; Esta mudança ocorre pela interação entre o fluxo de ar e as palhetas da turbina. A concepção adequada de uma turbina Wells é para produzir um componente de energia cinética de rotação após a turbina, tão pequena quanto possível. Esta redução é refletida na produção de um fluxo de ar e de queda de pressão axial (Δpo) aproximadamente linearmente com respeito ao fluxo de ar (Q). A componente de energia cinética de rotação é então representado pela velocidade induzido (Ut) para o fluxo de ar. Para o desenho aerodinâmico da turbina é utilizada para a teoria da conservação do momento angular em combinação com a análise de um único elemento. O desenho aerodinâmico da turbina é caracterizado por um primeiro passo na concepção das lâminas que devem estar disponíveis para extrair energia a partir do fluxo de ar.

FUNCIONAMENTO

A turbina Wells tem a particularidade de ter o rotor a girar sempre na mesma direção (no sentido horário ou anti-horário), independentemente da direção do fluxo de ar que o atravessa.

O princípio de funcionamento da turbina Wells baseia-se no uso de pás com lâminas em forma de asa. Quer o fluxo seja de cima ou de baixo, a direção do vector que representa a força resultante empurra a lâmina sempre na mesma direção, graças à simetria do desenho da própria lâmina. Este mecanismo simples, mas engenhoso, permite usar a energia do vento sem a necessidade de ajustar os sistemas de fluxo de ar com válvulas caras e delicadas.

Uma utilização típica da turbina Wells é em geradores elétricos acionados por uma coluna de água oscilante que provoque uma corrente de ar de direção alternada.

A eficiência energética da turbina Wells é inferior à de uma turbina clássica (tal como a turbina Kaplan) devido ao elevado ângulo de ataque do fluxo de ar em relação à lâmina do rotor e por o coeficiente de resistência aerodinâmica das pás com perfil simétrico ser intrinsecamente maior do que o verificado em pás assimétricas com as mesmas dimensões.

Uma desvantagem adicional deste tipo de turbina é a sua incapacidade de iniciar a rotação de modo autónomo, o que obriga a que o arranque seja feito manualmente ou por meio de motores elétricos auxiliares.

[principio de funcionamento da turbina de Wells, disponível em pt.wikipedia.org/2014]

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Conclui se que com a turbina de Wells há grandes possibilidades de uma nova fonte de energia com baixo custo beneficio, ela atende uma necessidade especifica, pois pode ser utilizada tanto para sinalização de áreas portuárias, quanto para iluminação de uma cidade, visando a sustentabilidade, a diminuição no custo quanto ao aumento de energia produzida, já que foi desenvolvida para a redução dos custos mais com o mesmo potencial de energia.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

RAGHUNATHAN, S. The Wells air turbine for wave energy conversion. Progress

Aerospace Science, v. 31, p. 335-386, 1995, acessado em [12-09-2014]

TURBINA DE WELLS. disponível em: <http://enerview.blogspot.com.br/2013/05/aplicacion-de-turbinas-wells-energia.html> ,acessado em [12-09-2014]

PERFIL AERODINAMICO DAS PÁS. disponível em: <http://kimerius.com/hidrodin%C3%A1mica-18/turbinas-wells/>, acessado em [12-09-2014]

ALAN WELLS.disponível em: <http://rsbm.royalsocietypublishing.org/content/53/365>,acessado em [28-09-2014]