Energía eólica

 

La energía eólica es generada aprovechando la energía cinética producida por el viento. El término eólico está relacionado con Eolo, dios de los vientos en la mitología griega .
Los vientos se originan en la atmósfera por el calentamiento no uniforme de la superficie terrestre por parte de la radiación solar. Al calentarse el aire se expande y al hacerse mas liviano se eleva, provocando el movimiento del aire más frio, el que pasa a ocupar el lugar dejado por el aire caliente, generando esa masa de aire que se desplaza una determinada cantidad de energía cinética debida a su velocidad .
La energía del viento es aprovechada mediante el uso de molinos de viento que son máquinas capaces de transformar la energía eólica en energía mecánica de rotación.
Actualmente la energía eólica se aprovecha de dos formas bien diferenciadas. Por una parte, se emplea para sacar agua de los pozos mediante las llamadas aerobombas. En general se utilizan molinos multipalas los que por medio de bombas extraen el agua de pozos subterráneos.
La otra forma de aprovechamiento es mediante el denominado aerogenerador que consiste en la producción de energía eléctrica, con un sistema de conversión, que comprende un generador eléctrico con sus sistemas de control y de conexión a la red.
Aerogeneradores
Aunque existen diversos tipos de aerogeneradores, el más empleado es el de eje horizontal compuesto de tres palas orientado a barlovento, o sea, enfrentado al viento, que está vinculado a la góndola que es el armazón que cobija los dispositivos que van a transformar la energía mecánica del rotor en energía eléctrica, el que se encuentra elevado por medio de una torre que generalmente son tubulares de acero, tal como se indica en la figura 1.

Figura 1. Aerogenerador solar

 

 

 

 

 

 

 

El elemento principal del aerogenerador son las palas que se encargan de captar la energía del viento y transformarla en mecánica, logrando una velocidad prácticamente constante para transmitir al eje principal, y de este modo mover el generador.
El conjunto lo conforman la torre, un sistema de orientación ubicado al final de la torre en su extremo superior y un armario de acoplamiento a la red eléctrica pegado a la base de la torre. La góndola sirve de base a las palas, y el eje de transmisión, dentro de la cual hay un freno, un multiplicador, y el generador con el sistema de regulación eléctrica, tal cual se muestra en la figura 2.

Figura 2: Elementos componentes de un aerogenerador

 

 

 

 

 

 

 

Como la energía captada depende directamente del área barrida por la rotación de las palas, se busca maximizar su tamaño. Las palas son muy similares a las de un avión, siendo habitualmente de poliester o resina epoxi reforzados con fibra de vidrio. Su forma alabeada les permite garantizar que el ángulo de ataque sea el óptimo a lo largo de la longitud de la misma.
Además, pueden ser fijas para regular la captación de potencia por pérdida aerodinámica o móviles que lo hacen por variación del ángulo de ataque según el sistema de control empleado. De esa manera, las palas transmiten el movimiento de baja revoluciones por minuto por medio de un buje hasta el multiplicador, que permite adaptar la velocidad de giro apto a los requerimientos del generador.
A la salida del multiplicador se encuentra el eje de alta velocidad, que dispone de un freno de emergencia. El sistema de control monitoriza las condiciones de funcionamiento del aerogenerador y regula la captación de potencia. Así, controla el mecanismo de orientación gracias a la información de la dirección del viento que facilita la veleta, manteniendo la oposición al viento, y controla la conexión gracias a la información de su velocidad facilitada por un anemómetro. Finalmente, el centro de transformación es el encargado de elevar el nivel de tensión a aquel que resulte adecuado a la red de distribución.
Aplicaciones
Los aerogeneradores pueden producir energía eléctrica de dos formas: en conexión directa a la red de distribución convencional o de forma aislada.
Las aplicaciones aisladas de pequeña o mediana potencia se utilizan para usos domésticos o agrícolas e incluso en algunas instalaciones industriales. En caso de estar condicionados por un horario o una continuidad se precisa introducir sistemas de baterías de acumulación, o combinaciones con otro tipo de generadores eléctricos, como ser grupos diesel o placas solares fotovoltaicas. La conexión directa a la red viene representada por la utilización de aerogeneradores de potencias grandes de más de 10 a 100 kW. En estos casos, la mayor efectividad se obtiene a través de agrupaciones de máquinas conectadas entre si a la red eléctrica. Dichos sistemas se denominan parques eólicos, como se muestra en la figura 3.

 

Figura 3 . Vista de un parque eólico
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cálculo de la energía eólica
La potencia proporcionada por la energía cinética constituida por una masa de aire en movimiento, al incidir sobre un plano vertical a la dirección del viento, puede ser expresada por la ecuación :
P = 0,3 d² v³
Donde:
P: potencia obtenida (watt);
d: diámetro (m);
v: velocidad del aire (m/seg).
Luego, se deduce de la fórmula anterior que la potencia suministrada depende del:
• Cuadrado del diámetro del rotor
• Cubo de la velocidad del viento
Debe tenerse en cuenta que existen una serie de pérdidas de rendimiento, propias de las diferentes transformaciones que requiere el sistema empleado, como la velocidad de rotación, multiplicador/reductor, transformador, rectificador, baterías, líneas de distribución eléctrica, etc., por lo que los valores reales de potencia obtenidos en la práctica para los sistemas eólicos normales es del 30 al 50 % del valor indicado en la fórmula anterior.
Se deduce de la fórmula, que para mejorar la potencia obtenida es conveniente aumentar el diámetro de las palas , pero ello está limitado, dado que recurrir a palas de grandes dimensiones implica originar problemas de sustentación y aumentos de costos de fabricación. El números de palas del rotor prácticamente no influye en la potencia suministrada, pero en general se utilizan tres palas, que en la práctica han resultado las mas apropiadas desde el punto de vista técnico y económico .
Características de la energía eólica
La generación de energía eólica desde el punto de vista medioambiental, es un procedimiento muy favorable, porque no produce problemas de contaminación. Al contrario de lo que puede ocurrir con las energías convencionales, la energía eólica no produce gases tóxicos o contaminacíón por residuos vertidos, ni contribuye al efecto invernadero, ni a la lluvia ácida.
Sin embargo, debido a la variabilidad natural del viento, para que la energía eólica pueda ser usada como única fuente de energía eléctrica, es necesario almacenarla con el viento para poder luego utilizarla cuando no lo hay. Pero hasta el momento no existen sistemas de baterías lo suficientemente grandes como para almacenar cantidades considerables de energía de forma eficiente.
Por lo tanto, para hacer frente a los valles en la curva de producción de energía eólica, es indispensable un respaldo de otras fuentes de energía. Para el diseño es importante conocer las variaciones diurnas, nocturnas y estacionales de los vientos, el que debe estar en un entorno utilizable estimado de 10 a 90 km/h. La velocidad mínima es necesaria para poder mover las palas y si se supera la máxima, es necesario disponer que las palas no giren a una velocidad elevada, porque puede dañarse la estructura debido a los esfuerzos que aparecen en el eje.
Además, desde el punto de vista estético, la energía eólica produce un impacto visual, y su implantación a gran escala, puede producir una alteración del paisaje que debe ser evaluado en cada localización.
También ha de tenerse especial cuidado por el efecto del ruido producido por el giro de las palas y si en las inmediaciones habitan aves, por el riesgo mortandad al impactar con ellas, pero la experiencia ha demostrado que en general no constituyen problemas.
Bibliografía
Ing. Néstor Quadri. Energía solar.
Editorial Alsina. 6° Edición. 2016. Buenos Aires. Argentina.
Mail: alsina@lealsina.com