Gerador eólico vertical caseiro: como montar um aerogerador com eixo de rotação vertical

O vento possui possibilidades energéticas imensas. Deixar de aproveitar seu poderoso potencial deve ser reconhecido corajosamente como um desperdício irracional. No entanto, é perfeitamente possível construir um gerador eólico vertical com as próprias mãos e obter energia praticamente gratuita para atender às necessidades domésticas. Isso é totalmente real, você concorda?

O artigo apresentado ajudará você a entender detalhadamente essa questão técnica complexa. As informações sistematizadas e apresentadas de forma acessível explicam minuciosamente o princípio de funcionamento dos sistemas populares que convertem a energia das massas de ar em eletricidade.

Sem dúvida, você se empolgará com a ideia de criar uma turbina eólica, cujas especificidades de montagem estão descritas no artigo. Analisamos detalhadamente os diferentes tipos de geradores eólicos verticais, abordando suas diferenças, vantagens e desvantagens. A parte textual do material é excelentemente complementada por fotos e instruções em vídeo.

Vantagens e princípio de funcionamento das turbinas eólicas

O gerador vertical moderno – uma das opções de energia alternativa para a casa. O equipamento é capaz de converter rajadas de vento em recurso energético. Para funcionar corretamente, não necessita de dispositivos adicionais que determinem a direção do vento.

O gerador eólico de rotor é muito fácil de fabricar com as próprias mãos. É claro que ele não conseguirá assumir integralmente o fornecimento de energia de uma casa de campo privada de grande porte, mas ele dará conta perfeitamente da iluminação de construções auxiliares, caminhos de jardim e da área ao redor da casa.

O equipamento do tipo vertical funciona a baixa altura. Para sua manutenção, não são necessários diversos dispositivos que garantam a realização segura de trabalhos de reparo e manutenção em altura.

O mínimo de peças móveis torna a instalação eólica mais confiável e operacionalmente estável. O perfil ideal das pás e o rotor de formato original garantem ao equipamento um alto nível de eficiência, independentemente da direção do vento em cada momento.

Os pequenos modelos domésticos consistem em três ou mais pás leves, que captam instantaneamente a mais fraca rajada e começam a girar assim que a força do vento ultrapassa 1,5 m/s. Graças a essa capacidade, sua eficiência frequentemente supera a de grandes instalações que necessitam de ventos mais fortes.

O gerador funciona de forma totalmente silenciosa, não incomoda os proprietários nem os vizinhos, não emite poluentes na atmosfera e serve de forma confiável por muitos anos, fornecendo energia de maneira eficiente para os ambientes residenciais.

O gerador eólico de tipo vertical funciona com base no princípio da levitação magnética. Durante a rotação das turbinas, são geradas forças impulsiva e de sustentação, além da força de travamento real. As duas primeiras fazem com que as pás do equipamento girem. Essa ação ativa o rotor, que cria um campo magnético, gerando eletricidade.

O aerogerador com eixo de rotação vertical não fica atrás em eficiência em relação aos seus equivalentes horizontais. Além disso, não impõe restrições quanto à localização territorial e funciona plenamente em praticamente qualquer lugar conveniente para os proprietários.

O aparelho funciona de forma totalmente autônoma e não requer intervenção dos proprietários no processo.

Classificação dos geradores verticais

Existe alguma diferença estrutural entre os dispositivos de captação eólica do tipo vertical. Isso não torna os equipamentos melhores ou piores, mas apenas permite escolher a opção mais adequada para realizar tarefas específicas em uma determinada localidade.

#1: Características dos sistemas ortogonais

Estruturalmente, o gerador eólico ortogonal consiste em um eixo robusto de rotação vertical e várias pás paralelas, afastadas da base central a uma certa distância.

O aparelho não necessita de mecanismos de direcionamento adicionais e funciona normalmente, independentemente da direção do vento. O eixo principal verticalmente posicionado permite colocar o equipamento de acionamento ao nível do solo, o que facilita significativamente a operação, reparo e manutenção.

Os componentes de suporte do gerador ortogonal têm uma vida útil não muito longa. Isso se deve às altas cargas dinâmicas que o rotor exerce sobre eles durante a operação. Para que a instalação não falhe prematuramente, todas as partes de suporte devem ser inspecionadas regularmente e as danificadas devem ser substituídas por novas em tempo hábil.

Entre as desvantagens dos dispositivos ortogonais estão o sistema de pás excessivamente maciço e a baixa eficiência em comparação com o rendimento dos módulos de eixo horizontal.

A turbina eólica mais simples para alimentar consumidores de baixa potência pode ser montada a partir de componentes prontos:

#2: Geradores com rotor Darrieus

O gerador eólico equipado com rotor Darrieus possui um eixo de rotação vertical e 2 a 3 tiras de pás planas sem perfil aerodinâmico característico, fixadas na base e no topo do eixo de rotação.

O agregado, em seu funcionamento, não depende da força ou direção do vento, possui alta velocidade de rotação e permite a localização dos dispositivos de acionamento no solo, o que facilita e acelera o processo de manutenção programada e possíveis reparos.

As unidades geradoras de duas pás com rotor Darrieus são ativadas apenas por uma forte rajada de vento. Com um fluxo uniforme, elas não conseguem iniciar sozinhas.

Os nós de suporte e rotação do dispositivo com rotor Darrieus são vulneráveis a cargas dinâmicas elevadas, e a eficiência do sistema de pás, em muitos aspectos, é inferior às instalações axiais horizontais.

#3: Unidades com rotor Savonius

O dispositivo eólico vertical com rotor Savonius possui um sistema de pás semicilíndrico e, diferentemente de instalações similares, destaca-se pelo alto torque de partida e pela capacidade de operar eficientemente com ventos de baixa velocidade.

A potência dos aerogeradores verticais com rotor Savonius oferecidos no mercado não excede 5 kW. Os dispositivos raramente são usados como unidade de trabalho independente, sendo mais frequentemente empregados para criar um torque de partida mais alto para instalações de rotor Darrieus.

Criticam o conjunto vertical com rotor Savonius por sua maior intensidade de material e menor eficiência em comparação com aerogeradores de eixo horizontal. É por isso que a produção de equipamentos de alta potência dessa classe é considerada inapropriada.

A seguinte seleção de fotos apresenta os passos para fabricar o aerogerador Savonius:

Todas as peças deste modelo de aerogerador Savonius, exceto o gerador de 3200 rpm e 24 V, foram feitas manualmente.

#4: Turbina eólica com rotor multipás e direcionador

Este tipo de dispositivo é uma versão aprimorada do aerogerador ortogonal clássico. O conjunto do rotor aqui consiste em pás dispostas em duas fileiras.

A fileira externa de pás permanece estática e funciona como um aparato direcionador. Ela capta o fluxo de vento, o captura, comprime e, dessa forma, aumenta significativamente a velocidade real do vento.

A fileira interna de pás é uma estrutura móvel, sobre a qual o fluxo de ar da primeira instalação do rotor incide em um determinado ângulo.

A eficiência do aerogerador com rotor de múltiplas pás e sistema direcionador torna este dispositivo especialmente atrativo para os consumidores. No entanto, o custo desse equipamento é bastante elevado e seu retorno sobre o investimento é um pouco mais demorado do que dispositivos similares de configuração mais simples.

Os especialistas consideram este tipo de dispositivo o mais eficiente em sua classe e destacam que a construção específica permite que ele funcione mesmo com velocidades de vento extremamente baixas.

#5: Características dos equipamentos com rotor helicoidal

Instalação eólica helicoidal ou gerador Gorlov – mais uma modificação do sistema tradicional de rotor ortogonal. As pás do modelo são curvadas em arco. Essa característica estrutural permite capturar rapidamente o fluxo de ar e girar suavemente sem solavancos.

Esse princípio de operação reduz significativamente a carga dinâmica na base e nos componentes móveis, aumentando assim sua vida útil.

Os aparelhos com rotor do tipo helicoidal são muito confiáveis e suportam facilmente cargas operacionais significativas. No entanto, durante a operação, essas turbinas eólicas criam efeitos sonoros pronunciados e produzem ondas sonoras adicionais que estão na região de ondas curtas do espectro sonoro.

As pás rotativas torcidas para a turbina eólica helicoidal são fabricadas com uma tecnologia muito avançada, porém complexa. Devido a isso, os equipamentos têm um custo bastante alto e não são amplamente populares entre os consumidores particulares.

#6: Características dos rotores de eixo vertical

A principal diferença do gerador de eixo vertical são as pás dispostas verticalmente, com perfil semelhante a uma asa de avião, cujo eixo é claramente paralelo ao eixo vertical. A construção lembra um pouco o rotor Darrieus, mas em condições de produção é fabricado muito mais rápido e mais simples.

O gerador com rotor de eixo vertical atinge a velocidade de operação muito mais rápido do que dispositivos similares desta classe e começa a fornecer o recurso energético necessário. O processo é acompanhado por um pequeno efeito sonoro e não incomoda nem os proprietários da instalação nem os vizinhos.

As turbinas eólicas com rotor de eixo vertical se destacam pela confiabilidade e durabilidade, suportam facilmente cargas operacionais significativas e não custam muito caro. Essas qualidades as tornam relevantes para uso não apenas em fins industriais, mas também domésticos.

As características da escolha de geradores eólicos para uma casa particular e uma visão geral das melhores ofertas são apresentadas neste artigo.

Fabricação caseira de uma turbina eólica

Criar um gerador eólico de eixo vertical em casa com as próprias mãos não é muito difícil. Basta adquirir as peças componentes obrigatórias, montá-las na ordem correta e instalar o módulo no local escolhido. Assim que aparecer uma brisa mínima, o dispositivo começará a funcionar e fornecerá a energia necessária aos proprietários.

Passo 1: Preparação dos componentes e materiais

Para a fabricação de um gerador eólico vertical com as próprias mãos, serão necessários os seguintes componentes:

• rotor – parte móvel do equipamento:
• pás – peças que captam o fluxo de vento;
• mastro axial – para fixação do rotor e das pás (pode ter a forma de uma haste longa, pirâmide ou tripé);
• estator – destina-se a acomodar a bobina com fio de cobre resistente;
• acumulador – recipiente de grande capacidade para armazenar o recurso obtido;
• inversor – dispositivo para converter corrente contínua em corrente alternada;
• controlador – dispositivo que freia o gerador no momento em que a unidade desenvolve potência real superior aos parâmetros básicos.

Para a fabricação das pás, é adequado um plástico leve e de boa qualidade em chapa, com bom índice de elasticidade. Outros tipos de materiais são muito suscetíveis a diversos danos e deformações e simplesmente não suportam uma carga dinâmica tão alta.

Ao fabricar o dispositivo por conta própria, lembre-se de que as turbinas eólicas verticais feitas à mão são seriamente inferiores em potência aos modelos de fábrica. Portanto, para não se decepcionar no futuro com a estrutura criada, é melhor já fazê-la com parâmetros duas vezes maiores que os necessários.

Pás pequenas podem ser feitas de PVC de densidade média, e para peças grandes e largas será necessário um material o mais resistente possível, capaz de suportar ventos fortes soprando a 15 m/s ou mais por um longo período.

Passo 2: Preparação preliminar dos elementos

Para a criação das pás do gerador eólico vertical, são cortadas 4 peças idênticas de um tubo de PVC de alta resistência. Dois fragmentos semicirculares são recortados em folha de flandres e fixados em cada lado do tubo. O raio de rotação das partes das pás, neste caso, será de 690 mm, e a altura de cada pá será de cerca de 700 mm.

Para montar o sistema do rotor, são utilizados ímãs de neodímio (6 unidades), discos de ferrite com 230 mm de diâmetro (2 unidades) e cola. No primeiro disco, os ímãs são colocados alternando a polaridade e mantendo um ângulo de 60 graus entre eles, com diâmetro de disposição de 165 mm. O segundo disco é feito da mesma forma e, em seguida, os ímãs são cobertos com cola.

Para o estator, são preparadas 9 bobinas e enroladas 60 voltas de fio de cobre com 1 mm de diâmetro em cada uma.

A soldagem subsequente ocorre na seguinte ordem:

• início da bobina 1 com o fim da bobina 4;
• início da bobina 4 com o fim da bobina 7.

A segunda fase é montada pelo mesmo princípio, mas começa-se com a bobina 2, e a terceira com a bobina 3. Uma forma especial é feita de uma folha de compensado, o fundo é forrado com um pedaço de fibra de vidro e, sobre ele, são colocadas as fases soldadas das bobinas.

A estrutura é preenchida com cola e deixada por 1 a 2 dias para que todas as peças endureçam e ocupem os lugares corretos. Depois, passa-se à conexão das partes individuais em um único sistema funcional.

Passo 3: Montagem de todas as peças do gerador

Para conectar todos os elementos do gerador, são feitos 4 furos para parafusos prisioneiros no rotor superior. O rotor inferior é colocado no suporte com os ímãs voltados para cima. Em seguida, o estator é colocado, após fazer furos nele para fixação ao suporte.

Os parafusos prisioneiros são apoiados em uma placa de alumínio e, em seguida, cobertos pelo segundo rotor, posicionando-o com os ímãs voltados para baixo.

O processo de montagem das peças é realizado com atenção e sem pressa. Os rotores são obrigatoriamente alinhados entre si para que não se forme folga na estrutura posteriormente (+)

Os parafusos são girados alternadamente com uma chave inglesa para que o rotor superior desça sobre o inferior uniformemente e sem solavancos. Quando ele ocupar o lugar designado, os parafusos são desenroscados e as placas de alumínio são removidas. No final, toda a estrutura é fixada com porcas e apertadas com firmeza, mas não excessivamente, para não danificar a rosca.

Passo 4: Instalação final do equipamento

Para o mastro, utiliza-se um tubo metálico resistente de 4 a 5 metros de comprimento e parafusa-se nele o gerador já montado manualmente. Em seguida, conecta-se a estrutura com pás plásticas ao gerador e instala-se o conjunto do mastro em uma base previamente preparada com fundação reforçada de três pontos.

Adicionalmente, a posição do sistema é fixada com o auxílio de um estaiamento.

Ao realizar a instalação de um sistema eólico, o mastro deve ser o mais longo possível. Ele deve obrigatoriamente elevar o rotor acima da construção mais alta do local. Somente assim a estrutura poderá funcionar eficientemente e fornecer a quantidade necessária de recurso.

A rede elétrica é conectada ao aerogerador em uma sequência específica. O controlador recebe o recurso do gerador e converte a corrente alternada em corrente contínua, necessária para carregar a bateria. É possível montar o controlador manualmente seguindo um esquema simplificado.

A bateria acumula a energia gerada, e o inversor converte a corrente contínua em corrente alternada, que alimenta a maioria dos aparelhos domésticos e sistemas de manutenção residencial.

Em nosso site, há uma seleção de artigos sobre a fabricação caseira de aerogeradores de diferentes tipos.

Recomendamos que você confira:

1. Gerador eólico caseiro feito de uma máquina de lavar: instruções para montagem do aerogerador
2. Gerador eólico caseiro com alternador de carro: técnica de montagem do aerogerador e análise de erros
3. Como fazer um gerador eólico com as próprias mãos: estrutura, princípio de funcionamento + melhores projetos caseiros

Mais uma opção interessante de construção de um aerogerador vertical pode ser montada com materiais descartados, gastando não mais que 2,5 € na aquisição de componentes adicionais. Os artesãos precisarão de uma roda de bicicleta, mais 12 raios de bicicleta, um eixo da roda traseira de bicicleta com três porcas, uma tira de aço, 11 placas de alumínio.

Além disso, serão necessários 150 rebites, 18 parafusos M4 com porcas, 3 parafusos M6 com porcas, 27 arruelas grandes e 24 arruelas pequenas.

Em resumo, a galeria a seguir demonstra as etapas de montagem:

O seguinte vídeo instrutivo apresenta todas as etapas em detalhes:

Escolha do local para o gerador eólico

A escolha correta do local para a instalação do gerador eólico é uma etapa importante. O ideal é posicionar o dispositivo em um ponto aberto e o mais alto possível, garantindo que não fique abaixo do nível das edificações residenciais e de serviço próximas. Caso contrário, os edifícios se tornarão um obstáculo para o fluxo de ar e a eficiência do equipamento será muito reduzida.

Se o terreno estiver voltado para um rio ou lago, instale o gerador eólico na margem, onde os ventos sopram com mais frequência. Elevações existentes no terreno ou grandes espaços vazios, sem barreiras artificiais ou naturais para o fluxo de ar, são excelentes locais para o gerador.

Quando a propriedade residencial (casa, chalé, apartamento, etc.) estiver dentro da cidade ou nos arredores, mas em áreas densamente construídas, o complexo eólico é instalado no telhado.

Para instalar o gerador no telhado de um prédio de apartamentos, é necessário obter o consentimento por escrito dos vizinhos e uma autorização oficial das autoridades competentes.

Ao instalar um gerador vertical no telhado de um prédio de apartamentos, é preciso lembrar que o equipamento funciona de forma bastante ruidosa e pode causar desconforto tanto aos moradores quanto aos demais residentes. Portanto, o aparelho deve ser colocado mais próximo ao centro da cobertura, para que os proprietários dos apartamentos nos andares superiores não sofram com o zumbido alto emitido pela turbina eólica durante o funcionamento.

Em uma casa particular com um grande terreno, escolher um local adequado é muito mais fácil. O principal é garantir que a estrutura esteja a uma distância de 15 a 25 metros das áreas residenciais. Assim, os efeitos sonoros das pás rotativas não incomodarão ninguém.

Manutenção do equipamento vertical

Para que o gerador eólico vertical funcione com qualidade, precisão e máxima eficiência, todas as partes móveis da estrutura devem ser lubrificadas. Este procedimento é realizado pelo menos 2 vezes ao longo do ano civil.

Paralelamente, durante a manutenção, apertam-se as porcas que se soltaram com o uso, reforçam-se as conexões elétricas, verificam-se os componentes mecânicos quanto a sinais de corrosão, apertam-se os cabos de esticamento que afrouxaram e examinam-se cuidadosamente as pás quanto a rasgos ou danos.

No inverno, as instalações verticais requerem cuidados especiais. Durante o período de geadas, as pás ficam cobertas por uma camada de gelo, e esta deve ser limpa prontamente para que a velocidade do torque seja mantida em um nível adequado.

A pintura das peças é feita conforme necessário, e uma vez por ano realiza-se uma inspeção completa de toda a estrutura para identificar falhas. Esse cuidado garante o funcionamento correto da instalação eólica e prolonga seu período de vida útil.

Avaliação da viabilidade da instalação

Antes de começar a fabricar um gerador eólico do tipo vertical, estuda-se a situação meteorológica da região e tenta-se determinar se o equipamento será capaz de fornecer a quantidade necessária de recurso.

Especialistas recomendam avaliar os seguintes parâmetros:

• número de dias ventosos  – toma-se o valor médio anual quando a rajada excede 3 m/s;
• volume de eletricidade consumido por dia pela residência;
• local adequado no próprio terreno para o equipamento eólico.

O primeiro indicador é obtido a partir de dados coletados na estação meteorológica mais próxima ou encontrados na internet em portais relevantes. Além disso, consultam-se publicações geográficas impressas para formar um quadro completo da situação dos ventos na região.

As estatísticas não são coletadas por um ano, mas por 15-20 anos; somente então os valores médios serão os mais precisos e mostrarão se o gerador conseguirá atender completamente à necessidade de eletricidade da residência ou se sua capacidade será suficiente apenas para alimentar necessidades domésticas específicas.

Se o proprietário tiver um grande terreno localizado em uma encosta, às margens de um rio ou em um espaço aberto, não haverá problemas com a instalação.

Quando a casa está no interior de uma área povoada e o quintal tem dimensões compactas e fica adjacente às construções vizinhas, instalar um modelo vertical de turbina eólica por conta própria não será fácil. A estrutura terá que ser elevada a 3-5 m acima do solo e reforçada adicionalmente para que não caia durante uma rajada forte.

É necessário considerar todas essas informações na fase de planejamento para entender se o gerador eólico poderá assumir o fornecimento total de energia ou se seu papel permanecerá como fonte de energia auxiliar. Preliminarmente, é aconselhável realizar o cálculo da turbina eólica.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

O vídeo nº 1 demonstrará como fazer em casa um gerador eólico vertical com sistema de rotor Darrieus. O vídeo apresenta claramente as características e nuances interessantes do processo de montagem. Há a determinação da potência máxima do agregado fabricado:

Como funciona um gerador eólico vertical e em que quantidade ele fornece o recurso energético, mostrará o vídeo nº 2. Nele é dado uma visão geral detalhada do módulo e uma descrição do trabalho para realizar corretamente as medições da potência real e outros parâmetros:

No vídeo nº 3 é apresentado o teste de um gerador eólico vertical caseiro. Do que é capaz um dispositivo feito à mão com materiais disponíveis:

Uma fonte tão moderna e prática de energia alternativa, como as turbinas eólicas verticais, é fácil de montar por conta própria. Com a experiência adequada em trabalhos domésticos, é possível fabricar cada peça e depois conectar todos os componentes em uma única estrutura coesa.

Se não quiser complicar a tarefa, é perfeitamente adequado adquirir componentes prontos e, em casa, sem pressa, montar um conjunto eólico confiável, capaz de fornecer eletricidade ininterrupta para a residência.

Quando não houver cem por cento de confiança em suas próprias habilidades, é melhor confiar o trabalho a profissionais. Eles farão tudo muito rapidamente e em total conformidade com os requisitos operacionais básicos.

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