Aerogenerador

2.1 GENERALIDADES

2.1.1 ENERGÍAS RENOVABLES

Las energías renovables permitieron en 2009 que las emisiones procedentes del sector eléctrico se redujeran un 21% respecto al año anterior a este, gracias a un aumento en su importancia, en su uso y en la conciencia de la sociedad.

De hecho, cada mes ha sido una alegría, ya que no ha habido un mes en el que haya subido la demanda de electricidad respecto al mismo mes del año anterior. El estudio ha sido elaborado por el Observatorio de la Electricidad de WWF, de la que ayer decíamos que había sacado una lista con diez especies animales a cuidar exhaustivamente durante 2010.

Además de la conciencia social, cada vez más comprometida a luchar contra el cambio climático y ahorrar energía, no como el mundo político que sigue igual, hay que decir que el crecimiento de la energía eólica sigue propiciando este cambio de tendencia. De hecho, hace unos días se contaba como la energía eólica había salvado la Navidad gaditana.

“Las energías renovables han demostrado en los últimos diez años que son una alternativa válida a las tecnologías de combustibles fósiles y una herramienta eficaz para reducir el impacto del consumo energético sobre el medioambiente”, dijo Heikki Willstedt, experto de WWF en energía y cambio climático.

WWF también considera que la Unión Europea podría apretarse mucho más el cinturón en cuanto a emisiones se refiere. Para 2020 se han comprometido a rebajar sus emisiones un 20%, aunque WWF considera este objetivo como insuficiente, y cree que podrían bajarlo hasta el 30%. Para ese año, el objetivo en España es que el consumo eléctrico provenga de fuentes renovables en un 40%.

2.1.2 ENERGÍA EÓLICA

La energía eólica es una energía indirecta del sol es decir, proviene del sol. Alrededor de un 1 a un 2 por ciento de la energía proveniente del sol es convertida en energía eólica. La energía eólica es la obtención de energía eléctrica a través de la energía mecánica generada por la velocidad del viento. Es una energía renovable cuyas ventajas son: ser económica, ser inagotable y no produce impactos negativos sobre el medio ambiente. La utilización de la energía eólica para la generación de electricidad presenta nula incidencia sobre las características fisicoquímicas del suelo o su erosionabilidad, ya que no se produce ningún contaminante que incida sobre este medio, ni tampoco vertidos o grandes movimientos de tierras. La energía eólica ha sido un recurso empleado desde tiempos remotos en diferentes partes del mundo y para diversos propósitos en especial a la navegación, en la actualidad, se necesita una velocidad de unos 8 m/s para que resulte eficaz la utilización de aerogeneradores para la producción de energía y recientemente se aplica a la producción de agua utilizando un proceso de condensación siendo su único combustible el aire (viento). En el diseño de un aerogenerador se necesita hacer un estudio de vientos globales, geostróficos, locales, de montaña; también se necesita hacer mediciones con anemómetros y utilizar la rosa de los vientos y el atlas de viento. EE.UU. sigue siendo líder en cuanto a explotación y uso de energía eólica, debido a las importantes inversiones realizadas en los 80 y 90 aunque haya disminuido fuertemente en los últimos años. Hoy en día la energía eólica es una energía madura, se puede conseguir en el mercado aerogeneradores de hasta 1MW de potencia como tecnología probada, aerogeneradores que trabajan a velocidades bajas de viento.

2.2 AEROGENERADOR

2.2.1 CONCEPTO

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.

Gráfico 3: Aerogenerador

Fuente: http://www.meteochile.gob.cl/aerogeneradores.html

2.2.2 TIPOS DE AEROGENERADOR

2.2.2.1 POR EL TIPO DE EJE

2.2.2.1.1 Eje Vertical

También conocidos como VAWT, que proviene de las siglas en ingles (vertical axis wind turbines), Su principal característica es que el eje de rotación se encuentra en posición perpendicular al suelo y a la dirección del viento. Su principal ventaja es la eliminación de los complejos mecanismos de direccionamiento y las fuerzas a las que se someten las palas ante los cambios de orientación del rotor, y no tienen que desconectarse con velocidades altas de viento. En cambio como desventaja presenta una capacidad pequeña de generar energía. Así se puede encontrar:

a) Darrieus: Consiste en dos o tres arcos que giran alrededor del eje.

b) Sabonius: Dos o más filas de semicírculos colocados opuestamente alrededor del eje.

c) Panémonas: Cuatro o más semicírculos unidos al eje central.

Gráfico 4: Aerogenerador de eje vertical

Fuente: http://www.meteochile.gob.cl/aerogeneradores.html

2.2.2.1.2 Eje Horizontal

También conocidos como HAWT, que proviene de las siglas en ingles (horizontal axis wind turbines), Son los más habituales y en ellos se ha centrado el mayor esfuerzo de diseño e investigación en los últimos años. Su característica principal es que el eje de rotación se encuentra paralelo al suelo y a la dirección del viento. Su principal ventaja es, que al estar a una altura de entre 40 y 60 metros del suelo, aprovecha mejor las corrientes de aire, y todos los mecanismos para convertir la energía cinética del viento en otro tipo de energía están ubicados en la torre y la góndola, además de tener una eficacia muy alta. Como desventaja se tiene el transporte por sus grandes dimensiones (torres de 60 metros y palas de 40 metros), la fuerza que tiene que resistir las palas y en velocidades altas de viento, más de 100 Km/h deben de ser parados para evitar daños estructurales.

Gráfico 5: Aerogenerador de eje horizontal

Fuente: http://www.meteochile.gob.cl/aerogeneradores.html

2.2.2.2 POR LA ORIENTACIÓN CON RESPECTO AL VIENTO

2.2.2.2.1 A barlovento

También denominado a proa. La mayoría de los aerogeneradores tienen este tipo de diseño. Consiste en colocar el rotor de cara al viento, siendo la principal ventaja el evitar el abrigo del viento tras la torre. Como desventaja diremos que necesita mecanismo de orientación del rotor, y que esté situado a cierta distancia de la torre.

2.2.2.2.2 A sotavento

También denominado a popa. Como ventaja presenta que el rotor puede ser más flexible, y que no necesita mecanismo de orientación. Su principal inconveniente es la fluctuación de la potencia eólica, debido al paso del rotor por el abrigo de la torre, por lo que crea más cargas de fatiga en la turbina que con el diseño de tipo Barlovento.

2.2.2.3 POR EL NÚMERO DE PALAS

2.2.2.3.1 De una pala

Al tener una sola pala necesitan de un contrapeso. Su velocidad de giro es muy elevada, lo que supone un inconveniente ya que introduce en el eje unos esfuerzos muy variables, lo que supone un acortamiento de la vida de la instalación.

Gráfico 6: Aerogenerador de una pala

Fuente: http://www.meteochile.gob.cl/aerogeneradores.html

2.2.2.3.2 De dos palas

Los diseños de bipalas tienen la ventaja de ahorro en cuanto a costo y peso, pero por el contrario necesitan una velocidad de giro más alta para producir la misma cantidad de energía.

Gráfico 7: Aerogenerador de dos palas

Fuente: http://www.meteochile.gob.cl/aerogeneradores.html

2.2.2.3.3 De tres palas

La mayoría de los aerogeneradores de hoy día son trípala, con el rotor a barlovento, usando motores eléctricos para sus mecanismos de orientación. El motivo es la fricción con el aire, con tres palas es un 4% más

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