O que é uma turbina a hélice?
Uma turbina de hélice pertence a um grupo de máquinas que convertem energia de fluxo de fluido ou gás em movimento rotacional. Como esta descrição indica, essas máquinas se enquadram em duas categorias básicas: turbinas de hélice eólica ou de água. A força rotacional que essas máquinas produzem é mais comumente usada para gerar energia elétrica e, em menor grau, fornecer trabalho mecânico. Exemplos comuns de variantes de trabalho mecânico da turbina de hélice são os moinhos de vento e certos tipos de moinhos movidos a água. Devido à natureza abundante, renovável e barata da fonte de energia da turbina a hélice, é um dos métodos de produção de energia mais econômicos e ecológicos já criados.
Uma turbina de hélice aplica a teoria convencional da hélice ao contrário, para aproveitar a energia cinética latente nos fluxos de gás e fluido. As hélices consistem em um eixo central com no mínimo duas pás ou palhetas opostas em forma de aerofólio. Eles geralmente são acionados por uma fonte de energia externa para produzir impulso empurrando ou deslocando ar ou líquido sobre as lâminas. Em uma turbina de hélice, esse princípio é invertido; um fluxo ou ar ou líquido desloca as lâminas, fazendo com que elas girem o eixo.
As turbinas eólicas são amplamente utilizadas em todo o mundo para aproveitar a energia eólica para gerar eletricidade, operar moinhos ou bombear água. As turbinas de hélice movidas a vento podem ser de eixo horizontal ou vertical. A variante mais facilmente reconhecida é a turbina de eixo horizontal, que inclui moinhos de vento tradicionais e geradores eólicos com hélices do tipo aeronave. Igualmente eficazes são a nova geração de projetos de eixos verticais que apresentam palhetas planas ou curvas, acionando um eixo vertical. Isso inclui a palheta curva Savonius, a palheta plana Giromill e os tipos distintos de "batidinha" de Darrieus.
As turbinas horizontais mais antigas exigem que a cabeça da turbina seja mantida sempre girada ao vento. No caso de exemplos menores, um simples leme tipo cata-vento gira a cabeça da turbina giratória. Turbinas maiores utilizam um sistema de sensores e servomotores de vento para manter a hélice transformada em vento. A maioria dos projetos de turbinas de hélices movidas a vento utiliza uma caixa de engrenagens para acionar o gerador ou a manivela da bomba na velocidade correta.
As turbinas a hélice movidas a água são comumente associadas a grandes usinas hidrelétricas, embora existam várias aplicações industriais e agrícolas menores. Essas turbinas funcionam da mesma maneira que seus irmãos movidos pelo vento, embora seu projeto básico seja substancialmente diferente. Essas máquinas geralmente são muito maiores e apresentam designs de lâminas que normalmente são mais curtos que as variantes acionadas pelo vento. A mais comum dessas turbinas maiores movidas a água é a turbina Kaplan. As turbinas Kaplan são unidades de reação de baixa vazão e alto fluxo, usadas na maioria das grandes instalações hidroelétricas.
A variante Kaplan apresenta lâminas ajustáveis em altura, levando a níveis de eficiência tipicamente superiores a 90% em uma ampla gama de condições de nível e fluxo de água. Uma grande parte da eficiência é alcançada por um caminho de fluxo de água cuidadosamente projetado, que faz com que o fluido de saída desacelere. Essa desaceleração leva a uma transferência da quantidade máxima de energia cinética para o mecanismo da hélice. As turbinas da Kaplan podem produzir potências de 100 megawatts (100.000.000 watts) ou mais.
A turbina da hélice utiliza fontes de energia renováveis e gratuitas ou extremamente baratas quando comparadas às opções de combustíveis fósseis. Os avanços nas tecnologias usadas nesses dispositivos estão ampliando continuamente os limites de eficiência e capacidade e podem vir a ser uma substituição viável do combustível convencional em um futuro próximo. A tecnologia de turbinas a hélice também está se tornando cada vez mais acessível, o que aumenta ainda mais seu papel no reino de um cenário de fornecimento de energia mais limpo e ecologicamente mais amigável.