 La
fuente de energía eólica es el viento, o mejor dicho, la energía mecánica
que, en forma de energía cinética transporta el aire en movimiento. El viento
es originado por el desigual calentamiento de la superficie de nuestro planeta,
originando movimientos convectivos de la masa atmosférica.
La Tierra recibe una gran cantidad de energía procedente del Sol. Esta energía,
en lugares favorables, puede ser del orden de 2.000 Kwh/m2 anuales. El 2 por
ciento de ella se transforma en energía eólica con un valor capaz de dar una
potencia de 10E+11 Gigavatios.
En la antigüedad no se conocían estos datos, pero lo que sí es cierto, es que
intuitivamente conocían el gran potencial de esta energía.
La historia nos muestra que existían molinos de viento en la antigua Persia,
Irak, Egipto y China.
La primera referencia histórica sobre el aprovechamiento del viento para
mover máquinas son unos molinos de eje vertical que figuran en obras geográficas
del siglo V a. de C. Los citan en el Sijistán, situado entre lo que hoy
en día es Irán y Afganistán, donde sopla un viento muy constante llamado de
los 120 días.
A lo largo de la historia ha habido varios modelos de molinos de viento y de
los cuales se pueden hacer grupos:
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De eje vertical
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De arrastre diferencial
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De pantalla
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De válvulas abatibles
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De palas giratorias
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De variación cíclica de incidencia de palas fijas
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De variación cíclica de incidencia de palas móviles
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De eje horizontal -
Molinos de viento clásicos
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Eólicas lentas
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Eólicas rápidas
Partes importantes de los aerogeneradores:
Las formas de mayor utilización son las de producir energía eléctrica y mecánica,
bien sea para autoabastecimiento de electricidad o bombeo de agua. Siendo un
aerogenerador los que accionan un generador eléctrico y un aeromotor los que
accionan dispositivos, para realizar un trabajo mecánico.
Partes de un aerogenerador:
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Cimientos, generalmente constituidos por hormigón en tierra, sobre el
cual se atornilla la torre del aerogenerador.
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Torre, fijada al suelo por los cimientos, proporciona la altura suficiente
para evitar turbulencias y superar obstáculos cercanos; la torre y los
cimientos son los encargados de transmitir las cargas al suelo.
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Chasis, es el soporte donde se encuentra el generador, sistema de frenado,
sistema de orientación, equipos auxiliares (hidráulico), caja de cambio,
etc. Protege a estos equipos del ambiente y sirve, a su vez, de aislante acústico.
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El buje, pieza metálica de fundición que conecta las palas al eje de
transmisión.
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Las palas, cuya misión es la de absorber energía del viento; el
rendimiento del aerogenerador depende de la geometría de las palas,
interviniendo varios factores:
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Longitud
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Perfil
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Calaje
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Anchura
Sistemas de un aerogenerador:
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Orientación, mantiene el rotor cara al viento, minimizando los cambios de
dirección del rotor con los cambios de dirección de viento; Estos cambios
de dirección provocan pérdidas de rendimiento y genera grandes esfuerzos
con los cambios de velocidad.
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Regulación, controla la velocidad del rotor y el par motor en el eje del
rotor, evitando fluctuaciones producidas por la velocidad del viento.
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Transmisión, utilizados para aumentar la velocidad de giro del rotor,
para poder accionar un generador de corriente eléctrica, es un
multiplicador, colocado entre el rotor y el generador.
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Generador, para la producción de corriente continua (DC) dinamo y para la
producción de corriente alterna (AC) alternador, este puede ser síncrono o
asíncrono.
Durante
dos años, se ha investigado una técnica que mejorara, aún más, el
rendimiento de los aerogeneradores, ya que no se optimizaba la captación de la
energía del viento a determinadas velocidades.
El resultado ha sido un sistema de velocidad variable y generación síncrona,
que permite que las palas puedan girar a diferentes velocidades en función de
las variables de viento, lo que propicia una mayor producción de energía eléctrica.
Este se basa en la utilización de la máquina de doble alimentación DFM (Double
Fed Machine), de construcción similar a la asíncrona con rotor bobinado.
Posee, tanto en estator como en rotor, bobinados trifásicos, es decir, utiliza
un generador robusto, sencillo y barato con un diseño eléctrico especial.
Mediante un inversor IGBT's se imprimen en el rotor tres intensidades senoidales
a 120º y una frecuencia controlada. Este sistema genera en el motor un campo
giratorio de esa frecuencia (fr) respecto a un observador situado en dicho
rotor.
La adición de la velocidad mecánica (fm) al motor hace que la velocidad del
campo giratorio "vista" por el estator sea fe=Fm + fr. Si se
hace que fr sea tal que fe coincida con la red, se tiene una iteración entre el
estator y el rotor, en la que el par depende del ángulo eléctrico virtual de
fase de las tensiones de la red en bornas de la máquina, es decir, del ángulo
de transmisión de potencia síncrona.
Se puede hacer que fr tenga dos signos. O sea, que se puede controlar la máquina
en régimen subsíncrono (por debajo de 1.500
rpm) y en régimen hipersíncrono (por encima de 1.500 rpm). En la práctica no
va ser necesaria toda la gama de velocidades, la banda queda entre 1.200 y 1.700
rpm con un aprovechamiento sólo parcial de la banda supersíncrona.
El sistema de control, no sólo realiza el control de fr, sino también del
ángulo de fase de la intensidad del rotor, con lo cual se controla eléctricamente
el ángulo de transmisión de potencia, o sea, la potencia activa P transmitida
a la red y además la componente magnetizante y con ello la potencia reactiva Q
en bornas de la máquina.
De esta manera, se consigue una generación síncrona con óptima estabilidad
en P y en Q aún en presencia de ráfagas, mínima participación de los
componentes de electrónica de potencia y escaso contenido en armónicos en la
red, aumento de la vida mecánica, compensación automática de reactiva y la
posibilidad de trabajo en isla.
Otro tipo de aerogenerador es el ciclónico, un proyecto poco conocido,
consistente en la mezcla de unir sistemas eólicos y solares.Se compone de un
inmenso invernadero con una chimenea central. El aire es calentado por efecto
invernadero y asciende por la chimenea. Este aire ascendente mueve una turbina
dispuesta en la embocadura de la chimenea. |
