Turbinas eólicas: como funcionam, a conta da potência e o limite de Betz
As turbinas eólicas funcionam tirando energia do movimento do ar: o vento passa pelas pás, que têm perfil de asa (há até pás com a borda copiada da nadadeira da baleia-jubarte), e a sustentação gerada faz o rotor girar um gerador. O que surpreende é a conta. A potência disponível cresce com o cubo da velocidade do vento, e por isso um vento duas vezes mais forte carrega oito vezes mais energia. O Brasil tinha 36 gigawatts instalados no fim de 2025, a quinta maior capacidade do mundo.
Este artigo explica como funcionam as turbinas eólicas, mostra a fórmula da potência com um exemplo real, o limite físico que nenhuma turbina ultrapassa e os números do Brasil e do mundo. As fontes são o Departamento de Energia dos Estados Unidos, a fabricante Vestas, a associação brasileira do setor (ABEEólica) e o conselho mundial de energia eólica (GWEC).
As partes de uma turbina
O Departamento de Energia dos Estados Unidos descreve os componentes:
- Pás: quase sempre três, feitas principalmente de fibra de vidro. A diferença de pressão entre as duas faces gera sustentação, como na asa de um avião. Passam de 52 m nas turbinas em terra.
- Cubo: a peça central onde as pás se encaixam. Pás e cubo formam o rotor.
- Eixo principal: gira devagar, entre 8 e 20 rotações por minuto.
- Caixa multiplicadora: aumenta a rotação para o gerador. Alguns modelos dispensam a caixa e usam um gerador grande, de ímãs permanentes, que gira na velocidade do rotor.
- Gerador: transforma rotação em eletricidade.
- Nacele: a carcaça no topo da torre, que abriga caixa, eixos, gerador e freio.
- Torre: de aço tubular. Quanto mais alta, mais vento.
Dois sistemas de controle mantêm a máquina trabalhando. O de guinada gira a nacele para deixar o rotor de frente para o vento. O de passo gira cada pá em torno do próprio eixo, para regular a rotação e, com vento excessivo, pôr as pás de perfil e parar a turbina. O gerador é parente do descrito em motor elétrico, funcionando ao contrário, e as pás são feitas do tipo de material explicado em materiais compósitos.
A conta da potência
A fórmula dos livros de energia eólica é:
potência = 0,5 × densidade do ar × área varrida × velocidade do vento ao cubo × coeficiente de potência
Três coisas saem dela. A área varrida é a do círculo desenhado pelas pás, e cresce com o quadrado do diâmetro: dobrar o rotor quadruplica a área. A velocidade entra ao cubo: de 6 m/s para 12 m/s, a potência disponível é multiplicada por oito. E o coeficiente de potência é a fração da energia do vento que a turbina de fato aproveita.
Um exemplo com uma máquina real, a Vestas V162 de 6,2 megawatts, com os dados de um banco de fichas técnicas:
- diâmetro do rotor de 162 m, área varrida de 3,1416 × 81² = 20.612 m²;
- velocidade nominal do vento de 10,5 m/s, que ao cubo dá 1.158;
- densidade do ar de 1,225 kg/m³, valor padrão ao nível do mar.
A potência que o vento carrega através do rotor é 0,5 × 1,225 × 20.612 × 1.158 = cerca de 14,6 megawatts. A turbina entrega 6,2. Dividindo, 6,2 ÷ 14,6 = 0,42. Ela aproveita 42% da energia que passa.
O limite de Betz
Por que não 100%? Porque uma turbina que tirasse toda a energia do vento deixaria o ar parado atrás dela, e o ar parado bloquearia o que vem depois. O físico alemão Albert Betz calculou, por volta de 1919, o máximo teórico: 16/27, ou 59,3%. Ele acontece quando o vento sai da turbina com um terço da velocidade com que entrou.
As grandes turbinas atuais chegam a um coeficiente de 0,45 a 0,50 no melhor ponto, cerca de 75% a 85% do limite, segundo a Wikipédia em inglês. Os 42% do nosso exemplo são na velocidade nominal, que não é o ponto de melhor aproveitamento. Não há muito mais a ganhar em eficiência; o ganho que resta está em rotores maiores e torres mais altas.
Do vento fraco ao vento forte demais
A turbina tem três velocidades de referência. Na V162, segundo a mesma ficha:
- partida, 3 m/s: abaixo disso, não vale a pena girar;
- nominal, 10,5 m/s: a partir daí o gerador está no máximo, e o controle de passo descarta o excesso;
- corte, 24 m/s: acima disso, a turbina para, para se proteger.
A rotação é lenta, mas a ponta da pá não. A 10 rotações por minuto, o máximo dessa ficha, um rotor de 162 m tem a ponta a 3,1416 × 162 × 10 ÷ 60 = 85 m/s, ou cerca de 305 km/h.
Como as turbinas cresceram
O Departamento de Energia acompanha as turbinas instaladas nos Estados Unidos. Em 2023, a potência média das novas foi de 3,4 megawatts, o rotor médio teve 133,8 m e o cubo ficou a 103,4 m do chão. Desde 1998 e 1999, a potência cresceu 375%, e a área varrida, cerca de 670%.
No mar, as máquinas são maiores, e um único parque pode reunir mais de cem delas, como no maior parque eólico offshore do mundo. A Vestas V236, de 15 megawatts, tem rotor de 236 m, pás de 115,5 m e área varrida de 43.742 m². A fabricante declara 80 gigawatts-hora por ano por turbina. Dá para conferir: 15 MW funcionando as 8.760 horas do ano dariam 131,4 GWh, e 80 ÷ 131,4 = 61%. Esse número é o fator de capacidade.
Fator de capacidade: quanto ela gera de verdade
Nenhuma turbina trabalha na potência máxima o tempo todo, porque o vento varia. O fator de capacidade é a energia gerada num período dividida pela que seria gerada com a turbina sempre no máximo.
No Brasil, o boletim da ABEEólica registra média de 37% em 2025, com 47% no melhor mês, setembro. Os ventos do Nordeste, constantes e de direção estável, explicam valores como 48,4% no Maranhão e 41,9% na Paraíba.
A eólica no Brasil e no mundo
| Dado do Brasil, fim de 2025 | Valor |
|---|---|
| Capacidade instalada | 36,0 GW |
| Parques eólicos | 1.161 |
| Geração em 2025 | 116,4 TWh |
| Participação na geração do sistema nacional | 18,1% na média do ano, 24,1% em setembro |
| Posição no mundo | 5º em capacidade acumulada |
A conta do fator de capacidade fecha com esses números, de forma aproximada, porque a capacidade cresceu ao longo do ano: 116,4 TWh divididos pelo que 36 GW gerariam em 8.760 horas, 315 TWh, dão 37%.
No mundo, o GWEC contou 1.299 GW no fim de 2025, com recorde de 165 GW instalados no ano. A China tem quase metade, 640,5 GW, seguida dos Estados Unidos, com 161,2 GW, e da Alemanha, com 77,7 GW.
Vida útil e o que fazer com as pás
Uma turbina dura cerca de 30 anos, segundo o guia do Departamento de Energia. De 85% a 90% da massa é de materiais fáceis de reciclar, como o aço da torre. O problema são as pás, de 6% a 14% da massa, feitas de fibra com resina. Podem ser moídas para uso em concreto, tratadas com calor para recuperar as fibras ou reaproveitadas inteiras em estruturas; em 2022, o aterro ainda era o destino mais barato.
Existe outro formato de turbina, com o eixo na vertical, tratado em turbinas eólicas de eixo vertical. A venda da energia gerada está em mercado livre de energia, e o valor das emissões que ela evita, em crédito de carbono.
Perguntas frequentes
Como funcionam as turbinas eólicas?
O vento gera sustentação nas pás, que giram o rotor. O eixo aciona um gerador, que transforma a rotação em eletricidade.
Por que as turbinas eólicas têm três pás?
A maioria das máquinas tem três pás, segundo o Departamento de Energia dos Estados Unidos. A explicação usual, que é nossa e não da fonte, é que três pás dão rotação equilibrada com pouco material.
Quanta energia do vento uma turbina aproveita?
No máximo 59,3%, pelo limite de Betz. As turbinas atuais chegam a 45% a 50% no melhor ponto.
Qual o tamanho de uma turbina eólica?
Nos Estados Unidos, as instaladas em 2023 tinham em média rotor de 133,8 m e cubo a 103,4 m. No mar, há rotores de 236 m.
Quanto o Brasil gera de energia eólica?
116,4 TWh em 2025, 18,1% da geração do sistema nacional, com 36 GW instalados.
As turbinas eólicas chegaram perto do que a física permite em eficiência, e por isso cresceram em tamanho: a área entra na conta ao quadrado e o vento, mais forte no alto, ao cubo. Os princípios por trás, com outras contas, estão em como funciona a engenharia.
