Energia Eolica

ENERGÍA EOLICA

La energía eólica es la energía cuyo origen proviene del movimiento del aire. Esta energía es convertida a energía eléctrica a través del uso de un aerogenerador. En forma simple, el viento hace girar las hélices del aerogenerador el cual estas giran el rotor de un generador convirtiendo la energía del viento a electricidad. Los aerogeneradores pueden trabajar de manera aislada o agrupados en lo que es conocido como parques eólicos. Los parques eólicos pueden variar de tan solo unos pocos a cientos de aerogeneradores individuales, y se pueden situar en tierra firme o en mar abierto.

La energía eólica es la actualmente la energía renovable de mayor crecimiento en el mundo con una tasa de crecimiento de 31.7 % en el año 2009. Al final de ese año, todos los aerogeneradores del mundo producirán el 2 % de la demanda global de energía eléctrica. Se estima que a finales del 2010, la energía eólica tendrá una capacidad de 200,000 megavatios.

Cómo se genera la energía eólica

La radiación solar, absorbida irregularmente por la atmósfera, da lugar a masas de aire con diferentes temperaturas y, por tanto, diferentes densidades y presiones. El aire, al desplazarse desde las altas hacia las bajas presiones, da lugar al viento.

La energía del viento que es posible captar con una máquina eólica es directamente proporcional a la densidad del aire, a la superficie de barrido y al cubo de la velocidad del viento.

Existen perturbaciones como resultado de otras fuerzas y, además, a escala local, la orografía ejerce un efecto muy importante sobre las características del viento.

Se estima que la energía contenida en el viento es aproximadamente el 2% del total de la energía solar que alcanza la Tierra, lo que supone casi dos billones de toneladas equivalentes de petróleo (TEP) al año (200 veces mayor que la que consumen todos los países del planeta), si bien, en la práctica, sólo podría ser utilizada una parte muy pequeña de esa cifra, por su aleatoriedad y dispersión. La cantidad de energía que ello representa hace de la energía eólica una de las fuentes de energía renovables con mayor potencial.

La electricidad producida por los aerogeneradores se recoge, se mide y es preparada para la distribución a través de las compañías eléctricas. Las compañías eléctricas compran la energía, proporcionando a sus clientes una energía más limpia.

Cuantos más clientes elijan comprar este tipo de energía, las compañías eléctricas utilizarán con más frecuencia los recursos renovables y con menos los combustibles fósiles, reduciendo así las emisiones totales y preservando nuestro planeta.

El aprovechamiento por el hombre de las fuentes de energía renovable, entre ellas la energía eólica, es muy antiguo. Desde muchos siglos antes de nuestra era ya se utilizaban y su empleo continuó durante toda la historia hasta la llegada de la "Revolución Industrial" en la que, debido al bajo precio del petróleo, fueron abandonadas.

Durante los últimos años, debido al incremento del coste de los combustibles fósiles y los problemas medioambientales derivados de su explotación, estamos asistiendo a un renacer de las energías renovables.

Las energías renovables son inagotables, limpias y se pueden utilizar de forma autogestionada, ya que se pueden aprovechar en el mismo lugar en que se producen. Además, tienen la ventaja adicional de complementarse entre sí.

Funcionamiento de un parque eólico

Los aerogeneradores o turbinas eólicas producen electricidad utilizando la fuerza natural del viento para mover un generador eléctrico.

El aerogenerador consta de varias partes un esquema general de cómo funciona el aerogenerador esta dado por la siguiente figura:

Palas del rotor: Es donde se produce el movimiento rotatorio debido al viento.

Eje: Encargado de transmitir el movimiento rotatorio.

Caja de engranajes o Multiplicadores: Encargados de cambiar la frecuencia de giro del eje a otra menor o mayor según dependa el caso para entregarle al generador una frecuencia apropiada para que este funcione.

Generador: Es donde el movimiento mecánico del rotor se transforma en energía eléctrica.

Además de estos componentes básicos se requieren otros componentes para el funcionamiento eficiente y correcto del aerogenerador en base a la calidad de servicio de la energía eléctrica, alguno de ellos son:

Controlador electrónico: que permite el control de la correcta orientación de las palas del rotor, también en caso de cualquier contingencia como sobrecalentamiento del aerogenerador lo para.

Unidad de refrigeración: Encargada de mantener al generador a una temperatura prudente.

Anemómetro y la Veleta: Cuya función están dedicadas a calcular la velocidad del viento y la dirección de este respectivamente.

Están conectadas al controlador electrónico quien procesa estas señales adecuadamente.

Factores que influyen en la cantidad de potencia del viento

La Energía Eólica es aprovechada por nosotros básicamente por un sistema de un rotor que gira a medida que pasa viento por este.

La potencia del viento depende principalmente de 3 factores:

Área por donde pasa el viento (rotor)

Densidad del aire

Velocidad del viento

Para calcular la formula de potencia del viento se debe considerar el flujo másico del viento que va dado por:

Densidad del viento

Área por donde pasa el viento

Velocidad del viento

Entonces el flujo másico viene dado por la siguiente expresión:

Entonces la potencia debido a la energía cinética esta dada por:

Algunas consideraciones con respecto al viento

El viento no siempre se mantiene constante en dirección y valor de magnitud, es más bien una variable aleatoria, algunos modelos han determinado que el viento es una variable aleatoria con distribución weibull como la que muestra la siguiente figura

Dado que la energía del viento depende la velocidad del viento, ¿Cual seria la energía o potencia que entrega el viento?

Para calcular la potencia promedio que es aprovechada por el rotor debemos usar la llamada ley de Betz que es demostrada de la siguiente manera:

Supongamos que la velocidad a la que entra el viento al tubo de corriente es de valor V1 y a la velocidad que sale es de V2, podemos suponer que la velocidad a la que el viento entra al aerogenerador es de (V1+V2)/2.

El flujo másico que entra al rotor entonces tiene valor de:

Dado que en tubo de corriente se debe conservar la potencia, la potencia que entra a velocidad V1 tiene que ser igual a la suma de la potencia que sale a velocidad V2 y la que se va por el rotor.

Entonces la potencia que se va por el rotor es:

P_rotor=1/2 M(V_2^2-V_1^2)

Y remplazando la masa nos queda:

P=1/4 ρ(V_1^2-V_2^2)(V_1+V_2)

La potencia que lleva el viento antes de llegar al rotor viene dado por:

P_0=1/2 ρV_1^3 A

Ahora si la comparamos entre la potencia que se va por el rotor con la potencia que lleva el viento nos da la siguiente grafica:

Cuyo máximo viene dado por 0.59 aproximadamente, es decir la máxima potencia que se puede extraer del viento es de 0.59 veces esta potencia

Comparación entre las potencias

El grafico muestra las potencias del viento, la extraída por el rotor y la potencia transformada a electricidad.

La extraída por el rotor esta limitada por la ley de Betz y la transformada a electricidad esta limitada por la eficiencia del generador.

Como la potencia entregada dada por el generador eólico depende de la velocidad del viento la eficiencia va ha depender también de la velocidad del viento registrándose eficiencias máximas del orden de 44%

Hay que tener además bien en claro que para lograr una eficiencia alta como la que sale aquí es necesario muchos gastos que aumentarían el costo de producir un KW mas, por lo tanto máxima eficiencia no implica menor costo de generación

Ventajas de la energía eólica

La energía eólica comienza a tener cada vez más un posicionamiento creciente en la producción de energía y el reconocimiento de ser una de las menos contaminantes y seguras. Se considera como una de las principales fuente de energía renovable, y se estima, que en unos años representará el 20% de la producción energética.

Pero la energía eólica, tan beneficiosa para algunos, aún sigue suscitando fuertes debates sobre su viabilidad y sostenibilidad. A través del camino recorrido durante estos años, en la búsqueda de energías alternativas para la sustitución de las fuentes de energía fósiles, la energía eólica ha sabido sortear estos debates y su desarrollo e implantación continúan imparables. ¿Cuáles son las ventajas que le han permitido sobrevivir y convertirla en una de las energías líderes dentro del amplio abanico de las energías renovables?

1. Bajo poder contaminante. La energía eólica es, después de la energía solar, la campeona. La energía generada a través de aerogeneradores es la que menor impacto tiene sobre el medio ambiente, debido a que durante su proceso de generación no lleva implícito proceso

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