Aerogenerador

Esquema de una turbina eólica:
1. suelo
2. Conexión a la red eléctrica
3. Torre de contencion
4. Escalera de acceso
5. Sistema de orientación
6. Góndola
7. Generador
8. Anemómetro
9. Freno
10. Transmisión
11. Palas
12. Inclinación de la pala hacia la derecha
13. Buje

Un aerogenerador es un generador eléctrico movido por una turbina accionada por el viento (turbina eólica). Sus precedentes directos son los molinos de viento que se empleaban para la molienda y obtención de harina. En este caso, la energía eólica, en realidad la energía cinética del aire en movimiento, proporciona energía mecánica a un rotor hélice que, a través de un sistema de transmisión mecánico, hace girar el rotor de un generador, normalmente un alternador trifásico, que convierte la energía mecánica rotacional en energía eléctrica.

Existen diferentes tipos de aerogeneradores, dependiendo de su potencia, la disposición de su eje de rotación, el tipo de generador, etc.

Los aerogeneradores pueden trabajar de manera aislada o agrupados en parques eólicos o plantas de generación eólica, distanciados unos de otros, en función del impacto ambiental y de las turbulencias generadas por el movimiento de las palas.

Para aportar energía a la red eléctrica, los aerogeneradores deben estar dotados de un sistema de sincronización para que la frecuencia de la corriente generada se mantenga perfectamente sincronizada con la frecuencia de la red.

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.

En Europa se distingue claramente un modelo centro-europeo, donde los aerogeneradores llegan a ubicarse en pequeñas agrupaciones en las cercanías de las ciudades alemanas, danesas, neerlandesas, y un modelo español, donde los aerogeneradores forman agrupaciones (a veces de gran tamaño) en las zonas montañosas donde el viento es frecuente, normalmente alejadas de los núcleos de población.

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.

Energía eólica

Parque eólico offshore de Thorntonbank en la costa belga, Mar del Norte. El factor de planta de los parques eólicos varía entre el 20 y 40%.

estreno mundial: 7,5 MW de aerogeneradores Enercon E-126 del viento Estinnes, Bélgica - 10 de octubre 2010.

7,5 MW de aerogeneradores Estinnes Bélgica, consulte el único de dos piezas rotores

La energía eólica es la energía que se puede lograr del movimiento que produce el viento al interaccionar con las palas de un aerogenerador. Esta energía, que sigue en proceso de desarrollo, nace como respuesta a una mayor demanda del consumo energético, la necesidad de garantizar la continuidad del suministro en zonas importadoras netas de recursos energéticos y de la búsqueda de la sostenibilidad en el uso de los recursos.

En general las mejores zonas de vientos se encuentran en la costa, debido a las corrientes térmicas entre el mar y la tierra; las grandes llanuras continentales, por razones parecidas; y las zonas montañosas, donde se producen efectos de aceleración local.

Aerogeneradores de eje horizontal

Instalación de la torre para una turbina de 3 MW.

Palas de un aerogenerador.

Detalle del buje de una turbina eólica.

Escalera de acceso a la góndola de un aerogenerador. Nótese el cable de seguridad para el operario que ascienda. Los nuevos modelos disponen de elevadores automáticos.

Son aquellos en los que el eje de rotación del equipo se encuentra paralelo al piso. Ésta es la tecnología que se ha impuesto, por su eficiencia y confiabilidad y la capacidad de adaptarse a diferentes potencias.

Las partes principales de un aerogenerador de eje horizontal son:

• Rotor: las palas del rotor, construidas principalmente con materiales compuestos, se diseñan para transformar la energía cinética del viento en un momento torsor en el eje del equipo. Los rotores modernos pueden llegar a tener un diámetro de 42 a 80 metros y producir potencias equivalentes de varios MW. La velocidad de rotación está normalmente limitada por la velocidad de punta de pala, cuyo límite actual se establece por criterios acústicos.
• Góndola o nacelle: sirve de alojamiento para los elementos mecánicos y eléctricos (multiplicadora, generador, armarios de control, ...) del aerogenerador.
• Caja de engranajes o multiplicadora: puede estar presente o no dependiendo del modelo. Transforman la baja velocidad del eje del rotor en alta velocidad de rotación en el eje del generador eléctrico.
• Generador: existen diferente tipos dependiendo del diseño del aerogenerador. Pueden ser síncronos o asíncronos, jaula de ardilla o doblemente alimentados, con excitación o con imanes permanentes.Lo podemos definir como parte del generador que convierte la energía en electricidad.
• La torre: sitúa el generador a una mayor altura, donde los vientos son de mayor intensidad y para permitir el giro de las palas y transmite las cargas del equipo al suelo.
• Sistema de control: se hace cargo del funcionamiento seguro y eficiente del equipo, controla la orientación de la góndola, la posición de las palas y la potencia total entregada por el equipo.

Todos los aerogeneradores de eje horizontal tienen su eje de rotación principal en la parte superior de la torre, que tiene que orientarse hacia el viento de alguna manera. Los aerogeneradores pequeños se orientan mediante una veleta, mientras que los más grandes utilizan un sensor de dirección y se orientan por servomotores o motorreductores.

Existen 2 tecnologías de generadores eléctricos: multi-polos y de imanes permanentes. Los primeros funcionan a velocidades del orden de 1000 rpm. Dado que la velocidad de rotación de las aspas es baja (12 rpm), requieren el uso de una caja reductora o multiplicadora para conseguir una velocidad de rotación adecuada. Los de imanes permanentes no requieren multiplicadora.

En la mayoría de los casos la velocidad de giro del generador está relacionada con la frecuencia de la red eléctrica a la que se vierte la energía generada (50 o 60 Hz).

En general, las palas están emplazada de tal manera que el viento, en su dirección de flujo, la encuentre antes que a la torre (rotor a barlovento). Esto disminuye las cargas adicionales que genera la turbulencia de la torre en el caso en que el rotor se ubique detrás de la misma (rotor a sotavento). Las palas se montan a una distancia razonable de la torre y tienen alta rigidez, de tal manera que al rotar y vibrar naturalmente no choquen con la torre en caso de vientos fuertes. El rotor suele estar inclinado 6º para evitar el impacto de las palas con la torre.

A pesar de la desventaja en el incremento de la turbulencia, se han construido aerogeneradores con hélices localizadas en la parte posterior de la torre, debido a que se orientan en contra del viento de manera natural, sin necesidad de usar un mecanismo de control. Sin embargo, la experiencia ha demostrado la necesidad de un sistema de orientación para la hélice que la ubique delante de la torre. Este tipo de montaje se justifica debido a la gran influencia que tiene la turbulencia en el desgaste de las aspas por fatiga. La mayoría de los aerogeneradores actuales son de este último modelo.

Control de potencia

En general, los aerogeneradores modernos de eje horizontal se diseñan para trabajar con velocidades del viento que varían entre 3 y 24 m/s de promedio. La primera es la llamada velocidad de conexión y la segunda la velocidad de corte. Básicamente, el aerogenerador comienza produciendo energía eléctrica cuando la velocidad del viento supera la velocidad de conexión y, a medida que la velocidad del viento aumenta, la potencia generada es mayor, siguiendo la llamada curva de potencia.

Las palas disponen de un sistema de control de forma que su ángulo de ataque varía en función de la velocidad del viento. Esto permite controlar la velocidad de rotación para conseguir una velocidad de rotación fija con distintas condiciones de viento.

Asimismo, es necesario un sistema de control de las velocidades de rotación para que, en caso de vientos excesivamente fuertes, que podrían poner en peligro la instalación, haga girar a las palas de la hélice de tal forma que éstas presenten la mínima oposición al viento, con lo que la hélice se detendría.

Para aerogeneradores de gran potencia, algunos tipos de sistemas pasivos, utilizan características aerodinámicas de las palas que hacen que aún en condiciones de vientos muy fuertes el rotor se detenga. Esto se debe a que él mismo entra en un régimen llamado "pérdida aerodinámica".

Impacto sobre el medio

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Este tipo de generadores se ha popularizado rápidamente al ser considerados una fuente limpia de energía renovable, ya que no requieren, para la producción de energía, una combustión que produzca residuos contaminantes o gases implicados en el efecto invernadero. Sin embargo, su uso no está exento de impacto ambiental. Su localización —frecuentemente lugares apartados de elevado valor ecológico, como las cumbres montañosas, que por no encontrarse habitadas conservan su riqueza paisajística y faunística— puede provocar efectos perniciosos, como el impacto visual en la línea del horizonte, el intenso ruido generado por las palas, etcétera, además de los causados por las infraestructuras que es necesario construir para el transporte de la energía eléctrica hasta los puntos de consumo. Pese a que se investiga para minimizarlas, se siguen produciendo muertes de aves por su causa,^[1] además de que se ven afectadas las poblaciones de quirópteros.^[2] Más recientemente, se ha propuesto la posibilidad de que su uso generalizado podría incluso contribuir al calentamiento global al bloquear las corrientes de aire.^[3]

Existen desacuerdos sobre la neutralidad en el punto de vista de la versión actual de esta sección. Motivo: no se proporcionan referencias sobre el nivel de contaminación de unas y otras fuentes de energía En la página de discusión puedes consultar el debate al respecto.

Esta contaminación siempre será menor que la nuclear o la combustión sólida y con menos coste inicial para los ciudadanos. En cuanto a las medidas de seguridad e higiene, los gastos no son tan ingentes como los de las energías anteriormente citadas. Por otro lado, su disponibilidad no es constante, pues no siempre existe esa energía eólica necesaria para mover esas aspas (algunas de más de 50 metros de longitud).^[4] Se trata de encontrar un punto de equilibrio entre la contaminación y la seguridad de la fuente de energía.

Aerogeneradores de eje vertical

Aerogenerador tipo Darrieus.

Aerogenerador tipo Savonius.

Son aquellos en los que el eje de rotación se encuentra perpendicular al suelo. También se denominan VAWT (del inglés, Vertical Axis Wind Turbine).

^[5]

Sus ventajas son:

1) no necesitan torre, por lo que la instalación y mantenimiento de los sistemas de generación es más fácil

2) no necesitan mecanismo de orientación para orientarse respecto al viento

Sus desventajas:

1) al estar cerca del suelo la velocidad del viento es baja

2) baja eficiencia

3) no son de arranque automático, requieren conexión a la red para poder arrancar utilizando el generador como motor

4) requieren cables tensores

Microgeneradores eólicos

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Son generadores que se utilizan en barcos y caravanas. Los hay que producen desde 50 W hasta unos pocos kW.

La configuración más ideal para un aerogenerador es montado sobre un mástil sin necesidad de cables de anclaje y en un lugar expuesto al viento. Muchos de los diseños convencionales de turbinas eólicas no son recomendados para su montaje en edificios. Sin embargo, si el único sitio disponible es el tejado de un edificio, instalar un pequeño sistema eólico puede ser, sin embargo, factible si se monta lo suficientemente alto como para minimizar la turbulencia, o si el régimen del viento en ese emplazamiento en particular es favorable^[6]

La mayoría de los sistemas de energía eólica^[7] que están disponibles necesitan la intervención del dueño durante el funcionamiento. Muchos fabricantes ofrecen servicio de mantenimiento para las turbinas eólicas que ellos instalan. El fabricante debe al menos haber detallado la información acerca de los procedimientos de mantenimiento, y debe estar en condiciones de decirle cuándo debe ser llevado a cabo el mantenimiento.

Junto con los costes de inversión, se debe llevar a cabo una evaluación económica que incluya los siguientes aspectos:

• Reducción de los costes anuales de la electricidad como resultado de la producción de la misma por el sistema de energía eólica: debe tener en cuenta expectativas futuras del precio de la electricidad;
• Posibles programas de apoyo por parte del Gobierno, por ejemplo, subvenciones o incentivos fiscales para fomentar el uso de los sistemas de energía eólica;
• Costes asociados a la emisión de CO2 (materias primas, construcción y mantenimiento).

Tras la evaluación económica, la energía mini-eólica también proporciona beneficios adicionales, tales como:

• Aumento de la eficiencia de la red eléctrica: si la energía se genera cerca de punto de consumo, las pérdidas en la red eléctrica disminuyen.
• Menores costes de servicio: después de su inversión inicial en energía eólica, la factura mensual se verá reducida; el viento, después de todo, es gratis.
• Protección del clima: los sistemas de energía eólica no emiten nada de dióxido de carbono durante su funcionamiento.
• Seguridad de suministro: si usa un sistema con baterías de almacenamiento, su sistema eólico puede funcionar aunque no se suministre electricidad de la red.

Aerogeneradores de minieólica

No existe una frontera definida entre la microeólica y la minieólica, pero se puede considerar que la minieólica englobaría los aerogeneradores entre 1 y 100 Kw. Son también denominados aerogeneradores domésticos o de pequeña potencia.^{[8] [9]}

Aplicaciones:^[10]

Zonas aisladas: los miniaerogeneradores se utilizan en zonas aisladas donde existe un gran coste o dificultad para llevar la energía de la red eléctrica. Aquí estarían no sólo las viviendas o cabañas aisladas, también granjas, torres de telecomunicación, bombeo de agua, etc… En estos casos el aerogenerador suele ir acompañado de paneles solares fotovoltaicos que garantizan el óptimo funcionamiento del sistema.

Instalaciones con un alto índice de consumo eléctrico: fábricas, desalinizadoras y otras infraestructuras que consumen una gran cantidad de energía pueden recurrir a la instalación de aerogeneradores de minieólica para reducir el consumo eléctrico que hacen de la red.

Conexión a la red: Los particulares y empresas que dispongan de un aerogenerador de minieólica pueden consumir la energía que necesitan y vender el sobrante a la red.

Dónde colocar un aerogenerador de pequeña potencia.^[11]

Hay que conocer los vientos dominantes que existen en la zona y la forma en que pueden variar a lo largo del año.

Por lo general el punto más elevado del terreno es el que recibe más viento, aunque esta regla puede verse alterada por la presencia de ríos, valles, zonas boscosas, etc…

Hay que tener en cuenta los obstáculos que existan alrededor, como edificios o árboles. Estos pueden variar tanto la velocidad, como la dirección del viento.

Se recomienda instalar el aerogenerador de pequeña potencia 10 metros por encima de cualquier obstrucción y al doble de distancia de la altura de esta.

Véase también

• Energía eólica
• Energía renovable
• Generador eólico de Veladero

Referencias

Enlaces externos

• Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre aerogeneradoresCommons.
• Energía eólica en Solarpedia
• Cámara Argentina de Generadores Eólicos (CADEGE).
• Granjas eólicas, sistemas eólicos pequeños para generación de electricidad.
• Endesa Educa - Información y recursos multimedia sobre aerogeneradores.
• Manual y Método de cálculo de instalaciones mini-eólicas
• Introducción a la tecnología eólica - Conversión de la energía mecánica del viento en energía eléctrica
• Manual práctico para hacer un aerogenerador casero