Os pesquisadores usaram uma técnica sofisticada chamada velocimetria de imagem de partículas estereoscópicas para entender como as turbinas interagiam.

Pesquisadores descobriram que duas pequenas turbinas eólicas contrarrotativas trabalhando em conjunto podem gerar 37% mais energia do que uma única turbina sozinha. 

Essa descoberta pode revelar maneiras mais eficientes de fornecer energia descentralizada, desde sensores ambientais remotos até dispositivos eletrônicos pessoais.

Enquanto a maioria das pessoas associa a energia eólica a turbinas imponentes, uma equipe de pesquisadores liderada por Shuo Zhang tem se concentrado no potencial das microturbinas eólicas, aquelas com diâmetro inferior a 200 milímetros. 

Essas pequenas potências são essenciais para um mundo cada vez mais dependente de tecnologia remota, desde sensores ambientais que monitoram as mudanças climáticas no Ártico até dispositivos de Internet das Coisas (IoT) que alimentam a agricultura inteligente. 

No entanto, seu pequeno tamanho tradicionalmente significa menor eficiência aerodinâmica e maior custo por quilowatt, limitando sua ampla adoção.

Aproveitando a vantagem oculta da “torção”

A investigação da equipe sobre a interação entre pares dessas pequenas turbinas produziu resultados promissores para maximizar suas capacidades de coleta de energia.

Usando uma técnica sofisticada chamada velocimetria de imagem de partículas estereoscópicas — um método de mapeamento 3D que usa lasers e partículas traçadoras para visualizar o fluxo de ar — a equipe analisou a esteira criada pela turbina frontal.

Utilizando técnicas avançadas de imagem, os cientistas analisaram os fluxos de ar turbulentos, ou esteiras, criados por uma microturbina eólica. Descobriram que essa esteira ainda contém uma quantidade significativa de rotargia, que normalmente se perde. 

Entretanto, ao colocar uma segunda turbina contrarrotativa diretamente atrás da primeira a uma distância de 12 raios, essa energia rotacional pode ser capturada e convertida em eletricidade adicional.

“Surpreendentemente, o arranjo contrarrotativo supera consistentemente o corrotativo — mesmo em distâncias curtas, onde as esteiras são altamente turbulentas e a recuperação de energia é desafiadora”, disse Michaël Pereira, um dos autores do estudo.

A chave para esse desempenho aprimorado reside na física única de turbinas menores. Operando em velocidades mais baixas e com torque mais alto, elas conferem uma “torção” distinta ao vento, que um parceiro a jusante especialmente projetado pode aproveitar.

Fornecendo energia resiliente para infraestrutura crítica

Este avanço oferece uma nova perspectiva no projeto de sistemas compactos de energia eólica. 

“Isso sugere que, assim como as turbinas de múltiplos estágios em motores a jato, as microturbinas eólicas podem se beneficiar de projetos downstream personalizados — captando não apenas o empurrão do vento, mas também sua torção”, concluiu Pereira. 

Os pesquisadores esperam que suas descobertas estimulem mais inovação em energia renovável em microescala, tornando-a uma opção mais viável para uma ampla gama de aplicações desconectadas de uma rede elétrica tradicional.

Sistemas de microturbinas aprimorados com esse projeto em tandem podem fornecer energia resiliente para infraestrutura crítica, comunidades fora da rede e aplicações móveis, como estações de carregamento para drones ou robótica de campo.

“Este estudo fornece uma base experimental que orienta no projeto de um sistema otimizado em termos de relações de velocidade de ponta dos rotores e da distância entre eles”, concluiu o estudo.

O estudo foi publicado no Journal of Renewable and Sustainable Energy.

Com informações de Interesting Engineering.