Energía Eloica

RESUMEN

La energía del viento a sido utilizada como fuerza motriz a sido utilizada desde mucho tiempo atrás por ende no es algo nuevo es una energía muy antigua así como la energía térmica, el principal uso de la energía eólica era para el movimiento de barcos que eran impulsados por velas, también en el movimiento de las aspas de molinos que se encontraban situados junto a las viviendas los que eran utilizados para mover mecanismos de extracción de agua de pozos u para el molido de granos (trigo, maíz).

A partir de los años 80 se dio un gran impulso en el desarrollo de esta energía renovable y limpia, el crecimiento de esta alternativa energética se da en algunos países como Holanda, Dinamarca, España, Alemania, EEUU y a partir del siglo XXI en países Latinoamericanos, el crecimiento de este tipo de tecnología se debe a las condiciones favorables del recurso viento que presentan las regiones del planeta.

La energía eólica en el mercado se está desarrollando con tasas anuales de crecimiento del 30%, superando los 2.500 MW en el año 1992, a 94.000 MW a 1 de enero de 2008, proporcionando la energía suficiente para satisfacer las necesidades de unos 50 millones de hogares, unos 120 millones de personas.

Palabras Clave:

Energía eólica, fuerza motriz, alternativa energética, tecnología limpia, aerogenerador

INTRODUCCION

La construcción del primer molino de viento se dio en el siglo VII antes de Cristo, su estructura de madera tenia un eje vertical y cuatro u ocho sus aspas de forma rectangulares que eran cubiertos con tela, estos primeros molinos tenían una longitud de 3 a 9 metros, la energía que se genera se da por el movimiento del eje el cual se trasmite a un sistema de engranajes colocada en la base de la estructura, estos molinos eran muy adecuados para vientos del orden de 5 m/s, es decir, unos 20 km./h.

Los molinos con gran número de aspas determinan velocidades de rotación muy bajas y su funcionamiento es útil a partir de velocidades del viento del orden de 2 m/s, con la revolución industrial y la utilización masiva de vapor, la electricidad y los combustibles fósiles como fuentes de energía motriz, el desarrollo de los molinos de viento se detiene, a partir de la segunda mitad del siglo XIX se da paso a uno de los más importantes avances en la tecnología del aprovechamiento del viento, es la aparición del molino multipala americano, que es utilizado en el bombeo de agua casi en todo el mundo, y sus características serian la bases para el diseño de los modernos generadores eólicos.

En las dos últimas guerras se desarrollaron grandes progresos técnicos de las hélices de aviación, los cuales se aplicaron a los grandes aerogeneradores de dos o tres palas, transformando la energía cinética del viento en energía mecánica primero y en energía eléctrica posteriormente.

La energía eólica es una fuente de energía renovable, limpia, inagotable y con grandes perspectivas de desarrollo.

Origen de la Energía Eólica

La energía eólica se origina a partir de la energía solar, se da por el calentamiento diferencial de masas de aire por el Sol, ya sea por diferencias de latitud (vientos globales) o el terreno (mar-tierra o vientos locales).

El viento se produce por las diferencias de temperaturas que alcanzan diferentes partes de la Tierra, todas las fuentes de energía renovables (excepto la mareomotriz y la geotérmica), provienen del Sol, el Sol irradia 1014 kw•h de energía a la Tierra, esto significa que 1 kw•h = 3.600.000 julios y esta energía se transmite en una hora, la Tierra recibe del Sol 1017 w de potencia.

Alrededor de un 1 a un 2% de la energía proveniente del Sol es convertible en energía eólica, lo que produce una energía de más o menos 50 a 100 veces superior a la convertida en biomasa por todas las plantas de la Tierra, el sistema de vientos globales más importantes es el de los alisios, se da su origen en la región ecuatorial, en las latitudes de 30 grados norte y sur, siendo muy importante para la región de América Central, de la energía solar que llega a la Tierra por radiación (unos 1.018 kWh por año), solo el 0,25% se convierte en corrientes de aire, siendo 25 veces mayor al consumo energético total mundial, la dirección del viento está determinada por efectos topográficos y por la rotación de la Tierra, los aerogeneradores se deben colocar en lugares donde exista la menor cantidad de obstáculos posibles en estas direcciones, la energía que posee el viento es función cúbica de su velocidad, de tal forma que cuando la velocidad del viento crece de manera lineal su energía lo hace de manera exponencial.

Se han desarrollado varios mecanismos para el aprovechamiento de la energía eólica por parte del ser humano a lo largo de toda la historia en la actualidad para generación de energía eléctrica, siendo el aerogenerador multipala de eje horizontal el mas usado en todo el mercado eólico.

El principio de funcionamiento de este tipo de aerogeneradores se basa en la incidencia del viento sobre las palas que están orientadas un cierto ángulo lo que provoca que la fuerza del viento tenga dos componentes, uno perpendicular a la dirección del viento y que será el que provoque el movimiento de rotación del rotor y otro paralelo a la dirección del viento que no actúa sobre el movimiento de giro y que tiende a derribar el aerogenerador.

Para aumentar la potencia de los generadores hay que aumentar la longitud de las palas, siendo éstas cada vez más resistentes sin perder su aerodinámica, por ende las torres de sustentación han de ser cada vez más altas y resistentes para soportar rotores cada vez más grandes y pesados.

TIPOS DE VIENTO

Vientos locales: brisas marinas

Las condiciones climáticas locales pueden influir en las direcciones de vientos más comunes, la dirección del viento es influenciada por la suma de los efectos global y local, cuando los vientos a más gran escala son suaves, los vientos locales pueden dominar los regímenes de viento.

BRISAS MARINAS

En el día la tierra se calienta mas rápidamente que el mar por efecto del sol, el aire sube y circula hacia el mar y crea una depresión a nivel del suelo que atrae el aire frio del mar, dando lugar a la formación de la “brisa marina”, el monzón del sureste asiático es una forma a gran escala de la brisa marina y la brisa terrestre, variando su dirección según la estación, debido a que la tierra se calienta o enfría más rápidamente que el mar.

VIENTO DE CAÑON

El viento del valle que se origina en las laderas Cuando las laderas y el aire próximo a ellas están calientes la densidad del aire disminuye, y el aire asciende hasta la cima siguiendo la superficie de la ladera, durante la noche la dirección del viento se invierte, convirtiéndose en un viento que fluye ladera abajo. Si el fondo del valle está inclinado, el aire puede ascender y descender por el valle; este efecto es conocido como viento de cañón, los vientos que soplan en las laderas a sotavento pueden ser bastante potentes.

LOS AEROGENERADORES

Son mecanismos que generan electricidad a partir del movimiento de una turbina accionada por el viento (turbina eólica), la energía eólica, o energía cinética resultado del aire en movimiento, genera energía mecánica a un rotor hélice, con la ayuda de un sistema de transmisión mecánico, hace girar el rotor de un generador, o alternador trifásico, que convierte la energía mecánica en energía eléctrica.

Los aerogeneradores se pueden clasificar por su potencia, la disposición de su eje de rotación y el tipo de generador, etc.

Cantidad de energía que producen los aerogeneradores

La cantidad de electricidad que produce un aerogenerador depende principalmente del diámetro del giro de las aspas y la velocidad del viento, se puede prender un solo foco con un aerogenerador pequeño, o abastecer las iluminación de varias viviendas con un aerogenerador grande, los Estados Unidos posee el parque eólico más grande el de Roscoe Wind Complex en Texas, cuenta con 627 aerogeneradores y puede producir 781.5 megawatts, con lo que electrifica unos 230.000 hogares.

Potencia desarrollada por un aerogenerador

La cantidad de energía transferida al rotor por el viento depende de la densidad del aire,"d", del área de barrido del rotor, "A", y de la velocidad del viento, "v".

La energía cinética de una masa de aire, "m", moviéndose a una velocidad, "v", se refleja en la siguiente expresión:

E = 1/2 mv2

Si el volumen de aire que se mueve es "V" y tiene una densidad "d" su masa será; m = V . d, con lo que su energía cinética será:

Ec = 1/2 dVv2

La cantidad de aire que llegará al rotor de un aerogenerador en un tiempo "t" dependerá de: el área de barrido del rotor "A" y de la velocidad del viento.

El volumen del aire que llega al rotor será:

V = Avt

La energía cinética que aporta el aire al rotor en un tiempo "t" será:

Ec = 1/2 dAvtv2

Ec = 1/2 dAtv3

Y la potencia aportada al rotor será:

Ec = 1/2 dAv3

Curva de potencia

La curva de potencia de un aerogenerador es un gráfico que nos indica la potencia eléctrica que es capaz de generar para cada velocidad del viento.

El gráfico muestra una curva de potencia de un típico aerogenerador de 600 kW.

Las curvas de potencia se obtienen

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