Turbina eólica

Turbina eólica
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Concepto:Aparato mecánico que convierte la fuerza del viento en electricidad.

Turbina eólica. También conocida como turbina de viento, es una turbina accionada por la energía eólica. Se trata de una turbomáquina motora que intercambia cantidad de movimiento con el viento, haciendo girar un rotor. La energía mecánica del eje del rotor puede ser aprovechada para diversas aplicaciones como moler, en el caso de los molinos de viento; bombear agua, en el caso de las aerobombas; o para la generación de energía eléctrica, en los aerogeneradores.

Historia

Ya en la primera mitad del Siglo XX, la generación de energía eléctrica con rotores eólicos fue bastante popular en casas aisladas situadas en zonas rurales.

La energía eólica se está volviendo más popular en la actualidad, al haber demostrado la viabilidad industrial, y nació como búsqueda de una diversificación en el abanico de generación eléctrica ante un crecimiento de la demanda y una situación geopolítica cada vez más complicada en el ámbito de los combustibles tradicionales.

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Tipos

Se clasifican según la orientación del eje del rotor, en verticales y horizontales:

De eje horizontal: Estamos ante la turbina eólica más usada, esto es gracias a que su eje de rotación está paralelo al suelo y aprovecha mejor el viento. En esta categoría están incluidos los antiguos molinos de viento y los aerogeneradores. De eje vertical: A diferencia de los anteriores, en estos el eje de rotación está en dirección perpendicular al suelo. Se caracterizan por reaccionar y adaptarse muy bien al cambio en la dirección del viento.

  • Tipo Savonious: inventadas en 1922 por el ingeniero finés Sigurd J. Savonius, convierten el poder del viento en torsión. No obstante, no son muy recomendadas porque su rendimiento y generación de energía son considerablemente bajas.
  • Tipo Darrieus: en 1931, Georges Darrieus, patentó el diseño de esta turbina eólica. A diferencia de la anterior tiene un mayor rendimiento porque posee dos o más paletas.
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  • De media potencia: las turbinas eólicas de media potencia son aquellas que producen unos 150 Kw de energía.
  • De alta potencia: es la que produce mucho más de 150 Kw de energía (incluso gigavatios) que es empleada especialmente con fines comerciales.
  • Molino de viento: son estructuras bajas, generalmente de cuatro aspas, que se construyeron en Europa a partir del Siglo XII. Quizá sean los más famosos y conocidos, entre ellos y gracias a Don Quijote, los de La Mancha, pero los había por todas partes aunque muy especialmente en España, donde las corrientes de los ríos no eran tan importantes como en otros países europeos.

Las turbinas eólicas modernas, conocidas también como aerogeneradores tienen su origen en Dinamarca en la década de 1980. Hoy en día la industria eólica utiliza generadores con rotores de hasta 126 metros de diámetro fabricados con alta tecnología. Son usadas en parques eólicos para la producción comercial de electricidad. La gran mayoría tiene tres palas, están pintadas de un tono claro, tienen una eficiencia alta y están controladas por computadora.

Componentes

Las turbinas eólicas modernas o aerogeneradores tienen una serie de componentes:

  • Rotor: contiene las aspas o palas.
  • Nacelle o góndola: es una especie de caja que se conecta al rotor y dentro de ella está la caja de engranes y generador. En algunos modelos de turbinas eólicas de grandes dimensiones incluso puede aterrizar un helicóptero.
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  • Caja de engranes o gearbox: se encarga de multiplicar la rotación del rotor para que el generador reciba el número de revoluciones por minuto suficientes para poder transformar energía eólica en eléctrica. Existen sistemas de aerogeneradores que utilizan otras tecnologías en lugar de caja de engranes
  • Generador eléctrico: contiene una serie de imanes y bobinas que al rotar generarán energía eléctrica.
  • Torre del aerogenerador: estructura de soporte, sostiene a la góndola y al rotor. Su interior se usa también para poder subir a la turbina y llevar el cableado. La torre tiene un motor que permite que la turbina pueda girar en direcciones de viento favorable.

Ventajas y desventajas

Ventajas de las turbinas verticales:

  • No se necesita una torre de estructura poderosa.
  • Como las palas del rotor son verticales no se necesita orientación al viento, y funcionan aún cuando este cambia de dirección rápidamente.
  • Pueden ser ubicadas cerca del suelo, haciendo fácil el mantenimiento de las partes.
  • Pueden tomar ventaja de aquellas irregularidades del terreno que incrementan la velocidad del viento.
  • Necesitan una menor velocidad del viento para empezar a girar.
  • Son menos propensas a romperse con vientos fuertes.
  • Son fácilmente evitadas por los pájaros.

Desventajas:

  • La mayoría de las turbinas verticales producen energía al 50% de la eficiencia de las turbinas horizontales.
  • No toman ventaja de los vientos fuertes de mayor altura.

Ventajas de las turbinas horizontales

  • Se usan para generar grandes potencias, según su altura.

Desventajas

  • Las turbinas horizontales tienen problemas para funcionar cerca del suelo, debido a las turbulencias.
  • Las torres altas y las palas largas son difíciles de transportar. El transporte puede costar un 20% del costo de equipamiento.
  • Las turbinas altas son difíciles de instalar y necesitan grúas poderosas y operadores hábiles.
  • Las turbinas altas pueden afectar los radares de los aeropuertos.
  • Presentan impacto visual en el entorno, y con frecuencia suscitan reclamaciones por afeamiento del paisaje.
  • Exigen un control cuidadoso, de lo contrario, son propensas a la fatiga de material y los daños estructurales.
  • Tienen que orientarse hacia el viento.

Elementos de una turbina eólica

Los elementos principales de una turbina eólica son los siguientes:

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  • Torre de contención: soporta la góndola y el rotor. Permite capturar el viento a su mayor velocidad. Está diseñada para ser alta, en lo posible entre 40 a 100 metros.
  • Sistema de orientación: vigila la dirección del viento y orienta el rotor.
  • Góndola: agrupa los elementos mecánicos clave del aerogenerador.
  • Generador: transforma la energía mecánica en energía eléctrica. Luego la electricidad se transfiere mediante el cableado.
  • Anemómetro: mide la velocidad del viento.
  • Veleta: determina la dirección del viento.
  • Eje de baja velocidad: conecta el buje al multiplicador para transmitir la energía captada por las palas.
  • Eje de alta velocidad: activa el funcionamiento del generador eléctrico.
  • Palas: capturan la energía cinética del viento.
  • Buje: une las palas con el sistema de rotación.
  • Rotor: transforma la energía del viento en energía mecánica.
  • Multiplicador: aumenta la velocidad a la que gira el eje del rotor.
  • Controlador electrónico: monitoriza las condiciones del aerogenerador y controla el mecanismo de orientación.
  • Caja de engranajes: se utiliza dentro de la turbina para incrementar la frecuencia en la producción eléctrica.
  • Turbinas: contienen generadores con una capacidad máxima de 600 kilovatios y 2 MW.

Funcionamiento de la turbina eólica

Utilizando la veleta y el anemómetro, el aerogenerador se orienta de manera automática para que pueda captar toda la energía del viento.

Las palas o aspas giran mientras el viento no exceda los 25m/s, si esto llega a pasar se desconecta el sistema de manera que no se produzcan daños en la estructura y los componentes internos del generador.

La energía cinética es transferida al generador y posteriormente la energía eléctrica ya obtenida se conduce hacia la parte inferior de la torre. Desde ahí es conducida a la línea subterránea y a la subestación para ser distribuida en los hogares, granjas, hospitales, escuelas.

Nuevas formas de optimizar el recurso

El viento es variable y la energía eólica se enfrenta a un problema de intermitencia de la producción de electricidad. Sin embargo, hoy no existe una solución económicamente satisfactoria para el almacenamiento a gran escala de la electricidad producida.

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La propagación de redes inteligentes es un camino de desarrollo significativo para integrar la energía eólica en redes eléctricas futuras. Estos sistemas ayudarán a enfrentar los desafíos del mañana:

  • Gestionar mejor los flujos y suavizar el suministro y la demanda de electricidad.
  • Integrar nuevas fuentes de energía renovable.
  • Limitar el uso de centrales eléctricas alimentadas con combustibles fósiles (ahora utilizadas para hacer frente a los picos de demanda).

Véase también

Referencias

Enlaces externos