O ar quente é mais leve que o frio. Preso embaixo de um vidro e com uma chaminé por onde escapar, ele sobe sozinho — e esse vento passa por uma turbina protegida dentro do tubo.
O desenho da torre
- A base (coletor) — uma saia de vidro ou policarbonato sobre chão preto fosco ou pedras escuras. Pode ser o próprio telhado.
- A chaminé — um tubo alto e isolado por dentro, pra o ar não esfriar enquanto sobe.
- O núcleo — a turbina na entrada da chaminé, longe de chuva e galho.
- A inércia térmica — pedras ou tanques de água que guardam calor de dia e continuam aquecendo o ar à noite.
E o frio ajuda: o que empurra o ar é a diferença de temperatura. Chaminé de lareira puxa melhor no inverno.
A física do puxão
A densidade do ar sai da temperatura em kelvin (p = 101 325 Pa, R = 287 J/kg·K). A coluna de ar frio de fora pesa mais que a de dentro: essa diferença de pressão, Δp, é o puxão. Com ela sai a velocidade ideal do ar, e a potência que passa pelo tubo é Δp · v · A. Uma turbina pega só parte disso — uns 30 % é uma conta generosa.
A torre na conta
arrasta a altura, o aquecimento e o diâmetro · o ponto é a sua torre; a curva mostra o que acontece subindo a altura
cálculo completo · uma torre residencial de 10 m
- O que eu quero saber
O vento e a potência de uma chaminé de 10 m e 0,5 m de diâmetro, com o ar de fora a 20 °C e o de dentro a 40 °C.
- O que eu já sei
- ρ = p ÷ (R · T) com T em kelvin
- fora: 20 °C = 293,15 K · dentro: 40 °C = 313,15 K
- H = 10 m · A = π · 0,25² = 0,196 m²
- Passo 1 · as densidades
ρfora = 101 325 ÷ (287 · 293,15) = 1,204 kg/m³
ρdentro = 101 325 ÷ (287 · 313,15) = 1,127 kg/m³
- Passo 2 · o puxão
Δp = 9,81 · 10 · (1,204 − 1,127) = 7,5 Pa
- Passo 3 · a velocidade
v = √(2 · 7,5 ÷ 1,127) = √13,4 = 3,7 m/s
- Passo 4 · a potência do ar
7,5 · 3,7 · 0,196 = 5,4 W
- Passo 5 · a turbina
0,3 · 5,4 = 1,6 W
uns 1,6 W elétricos — acende um LED, não uma casa
Confere: a usina de Manzanares, na Espanha, tinha torre de 195 m e 10 m de diâmetro e chegava a uns 50 kW: com 195 m e 10 m no desenho acima, a conta dá a mesma ordem de grandeza ✓
Uma torre residencial com mancal magnético dá energia pra casa, com manutenção zero, e é algo que nunca ninguém criou.
Três ajustes. Já foi criado em escala grande: Manzanares funcionou de 1982 a 1989, e o próprio caderno lembra que existem usinas assim. Potência: o puxão cresce com a altura e a área, e em 10 m a conta dá poucos watts — a torre só vale com dezenas de metros e coletor enorme. Manutenção zero: ímã sozinho não segura um eixo parado no ar de forma estável (é um teorema da física, o de Earnshaw); precisa de sensor Hall e eletroímã controlado, que gasta energia e tem eletrônica que pode falhar. O que é original de verdade é a junção — telhado como coletor, inércia térmica pra madrugada e CLP decidindo — e isso se prova com protótipo medido.
Os extras do projeto
- Controle preditivo — o CLP aprende que o pico da casa é das 18 h às 21 h e decide antes, em vez de só reagir quando a bateria enche.
- Água quente na base — tubos pretos guardam calor de dia; à noite uma microbomba só liga quando o anemômetro da chaminé cai abaixo do limite.
- Precipitador eletrostático — eletrodos carregam as partículas do ar com carga negativa, e placas positivas as puxam: o ar sai limpo. Pede milhares de volts com pouquíssima corrente, e numa torre pequena pode gastar mais do que ela gera.
- dobrando a altura da chaminé, o puxão Δp faz o quê?
- e a velocidade ideal do ar?
- com fora a 0 °C e dentro a 20 °C, o puxão em 10 m é maior ou menor que com 20 °C e 40 °C?
- por que a chaminé precisa ser isolada por dentro?
ver as respostas
dobra · multiplica por √2 ≈ 1,41 · maior: 8,7 Pa contra 7,5 Pa, o ar frio é mais denso · se o ar esfria subindo, a diferença de densidade some e o puxão caiTorre termossolar: Δp = g · H · (ρfora − ρdentro). A ideia é física de verdade, mas a potência pede altura e área de usina. Na casa, o que vale é juntar coletor, inércia térmica e controle — e medir no protótipo.