ENERGIA EOLICA

ENERGÍA EÓLICA

La energía eólica, como la mayoría de las energías renovables, tiene su origen en la

radiación que alcanza nuestro planeta procedente del Sol. En concreto, entre el uno y

el dos por ciento de la energía solar que llega a la Tierra se convierte en energía eólica,

lo que supone entre 50 y 100 veces más de la energía que transforman en biomasa

todas las plantas del planeta.

La energía eólica se genera debido a que no todas las partes del planeta

se calientan de igual modo, lo cual genera diferencias de presión en la

atmósfera. A ese fenómeno se une el efecto del movimiento de rotación

terrestre a escala global y los factores geográficos y climáticos locales.

Un poco de historia

La energía eólica ha sido utilizada por los hombres desde hace muchos años. La

primera aplicación que se conoce es la impulsión de barcos de vela, presente en

grabados egipcios del quinto milenio antes de Cristo. Sin embargo, el carácter

altamente irregular de la energía eólica hizo que su aplicación en sistemas de

extracción de energía mecánica fuese bastante posterior. Las primeras referencias son

de molinos utilizados para riego en el siglo VII antes de Cristo en Persia. Estos molinos

eran muy sencillos y consistían únicamente en unas velas verticales unidas a un eje

también vertical. Presentaban una eficiencia muy baja, pero fueron utilizados durante

mucho tiempo.

También en China se utilizaban molinos de eje vertical para el bombeo de agua y su

origen puede incluso ser anterior al de los molinos persas.

Los primeros molinos de eje horizontal construidos en Europa datan del siglo XIII, y en

el siglo XV se utilizaron en Holanda para bombeo. En el siglo XVII se introdujeron los

sistemas de control de potencia y de orientación, uno de los principales problemas en

este tipo de máquinas.

Durante el siglo diecinueve se desarrollaron en Estados Unidos molinos multipala para bombeo, caracterizados por su robustez y facilidad de reparación, lo que los hizo muy populares y permitió que se fabricasen más de seis

millones de unidades.

El comienzo de la utilización de los molinos de viento para generar energía eléctrica se produjo a finales del siglo diecinueve, a partir del trabajo del profesor Lacour en Dinamarca. Diseñó un aerogenerador de 25 metros de diámetro que podía generar un máximo de 25 kilovatios, del cual se fabricaron más de 120 unidades.

A principio del siglo veinte se produjo una revolución en el campo de la energía eólica

debido a dos innovaciones: la aplicación de perfiles aerodinámicos al diseño de las

palas de los aerogeneradores a partir de 1927, y la aparición de los sistemas que

presentaban un paso de pala variable, es decir, que permitían regular la potencia

captada modificando el ángulo de incidencia del viento sobre las palas.

El último “empujón” para el desarrollo de la energía eólica se produjo tras la crisis del

petróleo en 1973, cuando el encarecimiento del crudo estimuló el estudio de fuentes de

energía alternativas. Se crearon mapas eólicos que permitieron cuantificar el potencial

eólico disponible y se desarrollaron nuevas máquinas de potencia elevada (hasta 3,2

MW).

En la actualidad existe una industria eólica muy avanzada, y pueden encontrarse

aerogeneradores de muy diversos tipos: de paso fijo o variable, de velocidad fija o

variable, de pequeña potencia para aplicaciones residenciales o de potencia elevada

para generación de energía eléctrica a gran escala, etc.

Cómo se mide la velocidad del viento

En la mayoría de los casos, la velocidad de viento se mide mediante:

Un anemómetro, que mide su magnitud.

Existen varios tipos:

__ Anemómetro ultrasónico

__ Anemómetro de láser

__ Anemómetro de hélice

__ Anemómetro de cazoleta. Es el más

utilizado.

El principio de funcionamiento del

anemómetro de cazoleta es muy

sencillo. Se unen a un eje un

determinado numero de cazoletas

(normalmente tres), de tal modo que la

incidencia del viento sobre ellas hace que

el anemómetro gire a una velocidad

proporcional a la velocidad de viento.

Posteriormente, esta velocidad de giro es

transformada en una señal eléctrica

mediante un generador que produce una

tensión proporcional a la velocidad de

giro o un encoder que genera una

secuencia de pulsos de frecuencia

proporcional a la velocidad de giro.

Una veleta que nos informa sobre su dirección.

El funcionamiento de la veleta es todavía más sencillo. La veleta esta formada

por un elemento móvil que puede girar libremente para orientarse en la dirección

del viento, y un transductor que permite traducir esa posición a una señal

eléctrica. Normalmente este transductor es simplemente un potenciómetro que,

cuando se alimenta con una fuente de tensión fija, nos da una tensión de salida

proporcional a la posición de la veleta.

Una medida precisa de la velocidad del viento es fundamental para estimar

correctamente el potencial eólico de una determinada localización ya que, como

veremos más adelante, la energía disponible depende del cubo de la velocidad, por lo

que errores pequeños en la medida pueden causar grandes errores en la estimación

energética.

Una vez se dispone de las medidas de velocidad

de viento, se requiere un sistema que permita su

almacenamiento durante periodos de tiempo

prolongados. Dicho sistema se conoce como “datalogger”

y además de almacenar los datos

correspondientes a la velocidad de viento, suele

registrar también otros parámetros meteorológicos,

como la presión, humedad, radiación solar, etc.

Estos instrumentos de medida se

colocan en una torre, que puede ser

fija o móvil, y en cuya base se

instala el sistema para el

almacenamiento de datos.

Con los datos de velocidad se determina la rosa de vientos, que recoge la velocidad

media en cada dirección y su probabilidad.

En esta figura se representan en

una sola gráfica dos rosas de

viento. La azul indica la

probabilidad de que el viento sople

en una determinada dirección. En

ella vemos que la dirección más

probable en ese emplazamiento es

la noroeste. La roja nos indica la

velocidad media de viento en cada

una de las direcciones. Podemos

observar que, en este caso, la

dirección de máxima velocidad

media coincide con la que se da

más frecuentemente, la dirección

noroeste.

Además, con las medidas de

velocidad podemos determinar

cual es la distribución de

velocidades de viento en un

emplazamiento, es decir, el

número de horas al año que

vamos a tener una determinada

velocidad de viento. Estos datos

pueden agruparse para obtener

un gráfico de barras como el que

se muestra en la figura.

¿Cómo varía la velocidad de viento con la altura?

La velocidad de viento no se mantiene constante a medida que nos desplazamos

verticalmente dado que cuando nos acercamos al suelo, la velocidad se reduce debido

al rozamiento. Por tanto, lo ideal sería realizar la medida de velocidad a la misma

altura a la que se va a

colocar la turbina, pero esto

no suele ser lo más habitual.

Lo que se suele hacer es

tomar las medidas a una

altura normalizada y luego

extrapolar a la altura de la

turbina.

En el método utilizado para

realizar esta extrapolación se

supone que el viento sigue

una evolución exponencial

con la altura, es decir:

El coeficiente de rugosidad a suele variar entre 0,1 y 0,3.

¿Cuanta potencia puedo producir?

La ecuación básica que nos indica la energía cinética que

posee un móvil de masa, viene dada por la expresión:

En el caso que nos ocupa, no deseamos calcular la

energía cinética de un objeto, sino de un flujo de aire que

atraviesa la superficie que cubre un aerogenerador. La

potencia disponible en el aire es:

Una turbina eólica nunca va a ser capaz de extraer toda esta energía, por lo que es

interesante disponer de un factor que nos indique la eficiencia de una determinada

máquina. Ese factor es el coeficiente de potencia Cp, que mide la relación entre la

energía captada y la disponible. Es decir:

Máquinas eólicas.

En este punto vamos a describir la constitución y el funcionamiento de una máquina

eólica. Aunque todas ellas tienen elementos comunes, existen diferencias en función

de la aplicación a que están destinadas. Por ello vamos a considerar tres tipos de

máquina eólicas:

Grandes generadores.

Son los aerogeneradores destinados a la producción de energía

eléctrica a gran escala. Son máquinas de cientos de kilovatios de

potencia nominal

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