Energía eólica en edificios

Urban Wind Energy

Espadas-Baños, Gilberto Antonio

Fecha de recepción: 09 de mayo del 2019 – Fecha de aceptación: ## de mayo del 2019

Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Yucatán. Av. Industrias No Contaminantes por Periférico Norte S/N. Mérida, Yucatán, México.

Resumen

El presente documento tiene la intención de informar al público en general acerca de la gran importancia que tiene la energía eólica y sus futuras instalaciones prometedoras en las zonas urbanas. La energía eólica es una fuente de energía completamente renovable, esto quiere decir que utiliza recursos inagotables de la naturaleza, en este caso, el viento. Se considera como una de las alternativas más viables ante los combustibles fósiles porque los vientos son consistentes y no dependen de la hora del día, se encuentran ampliamente distribuidos y limpios, recalcando que no produce emisiones de gases de efecto invernadero durante su operación, así evitando el calentamiento global, mitigando al cambio climático. La propuesta de este documento es el análisis detallado de las instalaciones de aerogeneradores en edificios ya existentes y edificios que se diseñan para aprovechar de una mejor manera el flujo del viento. Por otro lado se expone los tipos de turbinas que se utilizan normalmente en las zonas urbanas destacando sus características y haciendo una comparación de la mejor para este tipo de zonas.

Palabras clave

Energía eólica, aerogeneradores, energía urbana, viento, arquitectura, integración, edificios, turbina de eje horizontal, turbina de eje vertical.

Abstract

Keywords

1. Introducción

En la actualidad, la energía eólica se considera como una de las alternativas más viables ante los combustibles fósiles porque los vientos son consistentes y no dependen de la hora del día, es renovable, ampliamente distribuida y limpia, recalcando que no produce emisiones de gases de efecto invernadero durante su operación.

La energía eólica es aquella que se obtiene a través de las masas de aire en movimiento, es decir, a través del viento. La forma convencional de aprovechar esta energía es generando electricidad con el uso de turbinas, que son aparatos que se encargan de transformar la energía eólica en electricidad. Normalmente estas turbinas se instalan en conjunto en un campo de una extensión considerable, a esto se le llama granja eólica.

Según las estadísticas en 2016, la energía eólica aumentó un 25.73% a 211.3 billones kWh. Donde para los siguientes 5 años se espera que se tenga un promedio de una tasa de crecimiento compuesto anual de alrededor del 15.2% durante el periodo 2017-2021 y viento de 322.5 billones de kWh en el año 2021.

La energía eólica es importante ya que es una de las energías más limpias, estables y efectivas que existen, el cambio climático que provoca el calentamiento global, es una realidad, por lo que se necesitan alternativas para poder combatirlo. Tanto el cambio climático y la energía son dos caras de la misma moneda, buena parte de las emisiones de gases de efecto invernadero provienen del sector energético en sus diversas formas. Todo esto conlleva a la búsqueda de alternativas para aprovechar las energías renovables lo más eficientemente posible, proponiendo diversos proyectos e ideas que cada día se convierten en una realidad.

Las áreas urbanas y suburbanas no cuentan con energía eólica, ya que el terreno es limitado y esto se considera como una restricción significativa en las instalaciones de grandes plantas de generación eólica. Por lo tanto, se deben proponer buscar alternativas para poder aprovechar este tipo de energía en las ciudades, ya que la energía que se requiere debe de producirse cerca del lugar.

Gracias a esta necesidad se propone la idea de integrar la energía eólica a los edificios, siendo así una nueva forma de aprovechamiento de ésta energía en las ciudades. La arquitectura en conjunto a una energía renovable suena demasiado prometedora ya que, en comparación a la forma tradicional de utilizar la energía eólica, si la integramos a los edificios seremos capaces de utilizarla directamente en el edificio donde se produce y en edificios cercanos, resolviendo así el problema del transporte, ahorrando otras formas de consumo de energía y aprovechando al máximo la energía natural.

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Estudios analizan la forma de introducir la energía eólica de la forma más conveniente y eficiente para aprovechar al máximo dicha energía, por lo que se hablará de los tipos de generadores y el lugar donde podrían ser instalados.

Existen dos tipos de turbinas eólicas según la orientación de su eje:

1. Aerogeneradores de eje horizontal: como son las veletas que ubicamos más fácilmente, que vemos en granjas eólicas y poseen un sistema de seguimiento de dirección del viento, por lo que son más eficientes.
2. Aerogeneradores de eje vertical: son menos comunes y hasta cierto punto menos eficientes debido al mayor tiempo que tardan en reaccionar a los cambios de dirección y velocidad del viento.
3. Existen otros tipos de turbinas con eje vortex, los cuales desafían la imaginación del humano y de su adaptación a ambientes urbanos.

(López, 2012)

De igual manera se pueden dividir por su tamaño en grandes o pequeñas y ambas pueden ser utilizadas en sistemas urbanos, sin embargo, los grandes aerogeneradores (Figura 1), parecidos a las veletas de una granja eólica, son más comúnmente usados en altos edificios y estructuras, mientras que los aerogeneradores pequeños son utilizados en estructuras más comunes y de menor tamaño, como en techos de hogares, carreteras y hasta sobre cabinas de teléfonos.

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 Aunque las veletas más usadas en los sistemas de generación eólica son las de eje horizontal, en las instalaciones de pequeñas turbinas de viento, son preferidos los ejes verticales gracias a sus ventajas sobre las horizontales, las cuales según Battisti, Benini, Birghenti, Dell'Anna, & Raciti Castelli (2018) son las siguientes:

• Reducción de los niveles de ruido, debido a una velocidad periférica generalmente menor de las palas del rotor para un diámetro determinado.
• Ausencia de dispositivos de seguimiento del viento, tales como mecanismos de guiñada/motores.
• Facilidad de integración arquitectónica con edificios, gracias a un diseño tridimensional (p. 102-113).

Las turbinas de viento pequeñas son ideales para la generación de energía que alimente a la construcción en la que está instalada, por ejemplo, una casa que tenga aerogeneradores pequeños en su techo o su jardín, podrían proporcionarle la energía necesaria para sus actividades básicas, como son el uso de luz, gas, entre otros. Este tipo de generación de energía es conocido como micro-generación. (K.C., Whale, & Urmee, 2018).

Los gobiernos de algunos países han tomado estas tecnologías de energías no contaminantes, como incentivo económico hacia la población, ya que como ejemplificado en 2010, “el gobierno del Reino Unido demostró su compromiso con la micro-generación con la introducción del sistema de alimentación en tarifa, el cual garantiza una devolución financiera fija por cada kWh de electricidad renovable generada.” ( Emejeamara, Tomlin, & Millward-Hopkins, 2015). De esta manera se logra disminuir la huella de carbono nacional y al mismo tiempo acostumbrar a la población a utilizar energías renovables.

1. Metodología

La presente investigación se enmarca dentro del tipo de investigación bibliográfica, donde se considera una muestra de 10 artículos de investigación para su análisis posterior, todos estos obtenidos de la página web Science Direct, que nos proporciona información confiable, donde se leyó el resumen de cada uno para verificar que cumpla con los requisitos pedidos acerca del tema a investigar. Se usaron ciertos filtros ya que eran muchos artículos de investigación, cómo, por ejemplo, no se tomó en cuenta los artículos que se centraban en proyectos específicos de generación eólica en ciudades, se tomaron en cuenta los artículos de revisión acerca del tema y su posible viabilidad en la actualidad, tanto como en el futuro. Otro filtro importante fue la fecha de publicación del artículo, se prefirió encontrar artículos del periodo 2000 – 2019, para poder analizar cómo ha ido cambiando las ideas, los procesos, las limitaciones y factores que conlleva este tipo de energía en las ciudades a través de los años.

1. Energía eólica y su importancia en la sociedad.

Los artículos tienen en común la idea de centrar la importancia de la energía eólica y el significado de su impacto en la sociedad. Para empezar, se debe comprender que la generación de electricidad a partir del viento no produce gases tóxicos ni contribuye al efecto invernadero; tampoco genera productos secundarios peligrosos. Pero algunos de sus efectos requieren atención.

Los parques eólicos, al igual que cualquier obra humana, afectan el entorno, y sus efectos negativos son resentidos por el suelo, la flora y Ia fauna del lugar donde se instalan. No obstante, estos problemas pueden manejarse y minimizarse a través de una adecuada planeación, que debe considerar que las zonas naturales protegidas o aquellas áreas donde Ia fragilidad ecológica del territorio sea alta, estén prohibidas para el desarrollo de estos complejos. (Castro, 2011)

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