Aerogenerador para niños
1. Suelo
2. Conexión a la red eléctrica (Celda de Media Tensión (MT))
3. Torre
4. Escalera de acceso
5. Sistema de orientación (Sistema Yaw)
6. Góndola (Nacelle)
7. Generador
8. Anemómetro y Veleta
9. Acoplamiento Flexible
10. Tren de potencia
11. Pala
12. Buje (Sistema Pich)
13. Cono
Un aerogenerador es una máquina que transforma la fuerza del viento en energía eléctrica. Funciona como un gran molino de viento moderno. Sus grandes aspas capturan la energía cinética (la energía del movimiento) del aire. Esta energía se convierte en movimiento mecánico y luego, gracias a un alternador (un tipo de generador), se transforma en electricidad.
Antiguamente, los molinos de viento se usaban para moler grano o sacar agua. Los aerogeneradores actuales son sus "primos" modernos, diseñados para producir electricidad. A veces se les llama "aeroturbinas" o "turbinas eólicas", pero "aerogenerador" es el término más preciso cuando hablamos de producir electricidad.
Existen diferentes tipos de aerogeneradores. Se clasifican por su tamaño, la forma en que giran sus aspas o el tipo de generador que usan.
Los aerogeneradores pueden funcionar solos o agruparse en grandes conjuntos llamados parques eólicos. Estos parques se construyen con una distancia adecuada entre cada aerogenerador. Esto ayuda a que el viento fluya bien y a reducir el ruido.
Para que la electricidad de un aerogenerador se pueda usar en la red eléctrica de una ciudad, debe estar perfectamente sincronizada. Esto significa que la electricidad que produce debe tener la misma "frecuencia" que la de la red.
Los aerogeneradores necesitan una velocidad de viento específica para funcionar. Empiezan a producir electricidad con vientos de unos 3 metros por segundo (m/s). Si el viento es demasiado fuerte (más de 19,8 m/s), el aerogenerador se detiene. Esto es para evitar daños y garantizar la seguridad.
Hace mucho tiempo, en la primera mitad del siglo XX, ya se usaban pequeños molinos de viento para generar electricidad en casas de campo. Hoy en día, la energía eólica es cada vez más importante. Es una forma de obtener electricidad sin usar combustibles que se agotan.
Contenido
¿Qué es la energía eólica?
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La energía eólica es la energía que se obtiene del viento. Es una energía renovable, lo que significa que no se agota. Se genera gracias al movimiento de grandes masas de aire. Esta forma de energía es muy importante porque ayuda a satisfacer la creciente demanda de electricidad. También contribuye a que tengamos un suministro de energía más seguro y a cuidar el medio ambiente.
Las mejores zonas para instalar aerogeneradores suelen ser las costas, las grandes llanuras y las montañas. En estos lugares, el viento sopla con más fuerza y de forma más constante.
Aerogeneradores de eje horizontal
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Los aerogeneradores de eje horizontal son los más comunes. Su eje de rotación está paralelo al suelo. Son muy eficientes y se adaptan a diferentes tamaños y potencias.
Las partes principales de estos aerogeneradores son:
- Rotor: Son las grandes aspas que giran. Están hechas de materiales especiales y transforman la energía del viento en movimiento. Los rotores modernos pueden medir entre 42 y 80 metros de diámetro.
- Góndola (o nacelle): Es la caja que se encuentra en la parte superior de la torre. Dentro de ella están los componentes importantes del aerogenerador, como el generador y los sistemas de control.
- Caja de engranajes (o multiplicadora): A veces está presente. Su función es aumentar la velocidad de giro del rotor para que el generador pueda producir electricidad de manera más eficiente.
- Generador: Es la parte que convierte el movimiento en electricidad. Hay diferentes tipos de generadores.
- Torre: Es la estructura alta que sostiene el rotor y la góndola. Coloca el generador a una altura donde el viento es más fuerte. También transmite el peso del equipo al suelo.
- Sistema de control: Se encarga de que el aerogenerador funcione de forma segura y eficiente. Controla la dirección de la góndola y la posición de las aspas.
- Cimientos: Son la base que soporta todo el peso del aerogenerador y lo ancla al suelo. Se construyen con materiales resistentes como hormigón y acero.
Los aerogeneradores de eje horizontal deben orientarse hacia el viento. Los más pequeños usan una veleta para saber de dónde viene el viento. Los más grandes tienen sensores y motores que giran la góndola automáticamente.
Algunos aerogeneradores tienen una caja de engranajes y otros no. Los que no la tienen se llaman "direct-drive". Estos últimos giran más lento, pero sus generadores están diseñados para producir electricidad a baja velocidad.
Las aspas suelen estar colocadas de forma que el viento las encuentre antes que a la torre. Esto ayuda a que el viento fluya mejor y reduce el desgaste de las aspas.
¿Cómo se calcula la potencia del viento?
La energía del viento depende de la velocidad del aire y de su densidad. Cuanto más rápido sopla el viento, más energía tiene.
La potencia que un aerogenerador puede extraer del viento se calcula multiplicando la energía del viento por el área que cubren las aspas al girar. Por ejemplo, un aerogenerador con aspas de 82 metros de diámetro cubre un área de más de 5000 metros cuadrados.
Sin embargo, no toda la energía del viento puede ser aprovechada. Existe un límite físico llamado el "límite de Betz". Este límite dice que un aerogenerador no puede capturar más del 59.3% de la energía del viento. Los aerogeneradores modernos son muy eficientes y logran capturar entre el 75% y el 80% de este límite.
La altura del rotor y la instalación en el mar (eólica marina) ayudan a aprovechar mejor la energía del viento. Esto se debe a que a mayor altura y en el mar, el viento es más constante y tiene menos obstáculos.
¿Cómo se controla la potencia de un aerogenerador?
Los aerogeneradores modernos están diseñados para funcionar con vientos de entre 3 y 25 metros por segundo. Cuando el viento supera los 3 m/s, el aerogenerador empieza a producir energía. A medida que el viento aumenta, produce más electricidad.
Las aspas tienen un sistema de control que ajusta su ángulo. Esto permite que el aerogenerador mantenga una velocidad de giro constante, incluso si el viento cambia.
Si el viento es demasiado fuerte, el sistema de control gira las aspas para que ofrezcan la menor resistencia posible al viento. Así, la máquina se detiene y se evita cualquier daño.
¿Qué impacto tienen los aerogeneradores en el medio ambiente?
Los aerogeneradores son una fuente de energía limpia porque no queman combustibles ni producen gases que contaminan el aire. Sin embargo, su instalación puede tener algunos efectos en el entorno:
- Impacto visual: Pueden cambiar el paisaje, especialmente en lugares naturales.
- Espacio: Necesitan mucho espacio, ya que deben estar separados unos de otros.
- Ruido: Las aspas pueden generar ruido al girar.
- Fauna: Aunque se investiga para evitarlo, pueden afectar a aves y murciélagos.
A pesar de estos puntos, la energía eólica terrestre es una de las fuentes de energía que menos gases de efecto invernadero produce durante su construcción y mantenimiento. Por ejemplo, produce menos CO2 por cada unidad de electricidad que la energía nuclear o la solar térmica.
Un desafío es el reciclaje de las aspas. Después de unos 20 años de uso, las aspas ya no sirven y su reciclaje es complicado.
Aerogeneradores de eje vertical
Estos aerogeneradores tienen su eje de rotación perpendicular al suelo. Se les conoce como VAWT (por sus siglas en inglés). Un ejemplo es el rotor Savonius.
Ventajas de los VAWT:
- Pueden colocarse más cerca unos de otros.
- No necesitan orientarse hacia el viento, ya que capturan el viento desde cualquier dirección.
- Pueden instalarse más cerca del suelo, lo que facilita su mantenimiento.
- Son más silenciosos que los de eje horizontal.
- Son ideales para instalaciones pequeñas (menos de 10 kW).
Desventajas de los VAWT:
- Cerca del suelo, la velocidad del viento es menor, lo que reduce su eficiencia.
- Son menos eficientes en general.
- Requieren más material por el espacio que ocupan.
- No arrancan solos, necesitan ayuda para empezar a girar.
- Pueden ser menos estables y tener más problemas con vientos fuertes.
Micro y minieólica
Microeólica: ¿Qué es y para qué sirve?
Los aerogeneradores microeólicos son pequeños y se usan para uso personal. Producen desde 50 vatios hasta unos pocos kilovatios. A menudo, las personas los construyen para sus propias necesidades.
Lo ideal es instalarlos en un mástil alto y en un lugar donde el viento sople sin obstáculos. Si se instalan en un edificio, deben estar lo suficientemente altos para evitar las turbulencias.
Es importante realizar un mantenimiento regular de estos sistemas. Los fabricantes suelen ofrecer información detallada sobre cómo cuidarlos.
Antes de instalar uno, es bueno considerar:
- Cuánto dinero se ahorrará en electricidad.
- Si hay ayudas o incentivos del gobierno.
- Los costos de fabricación y mantenimiento.
Una gran ventaja de la microeólica es que la electricidad se genera cerca de donde se consume. Esto reduce las pérdidas de energía durante el transporte. Además, la energía se puede guardar en baterías para usarla cuando no haya viento.
Minieólica: ¿Cuál es su tamaño y uso?
No hay una línea clara entre microeólica y minieólica. Generalmente, la minieólica se refiere a aerogeneradores que no superan los 100 kilovatios de potencia. También se les llama aerogeneradores domésticos o de pequeña potencia.
Usos de la minieólica:
- Zonas aisladas: Son perfectos para lugares donde no llega la red eléctrica, como casas de campo, granjas o torres de telecomunicaciones. A menudo se combinan con paneles solares.
- Grandes consumidores: Fábricas o desalinizadoras pueden usarlos para reducir su consumo de la red eléctrica.
- Conexión a la red: Particulares y empresas pueden usar la energía que producen y vender el excedente a la red eléctrica.
Para instalar un aerogenerador de pequeña potencia, es crucial conocer los vientos de la zona. Se recomienda instalarlo al menos 10 metros por encima de cualquier obstáculo cercano, como edificios o árboles.
El crecimiento de la microeólica y minieólica
La energía eólica a pequeña escala está creciendo rápidamente. A finales de 2011, la potencia instalada de minieólica en el mundo alcanzó los 576 megavatios. Esto fue un 27% más que el año anterior. Más de 330 empresas fabrican pequeños aerogeneradores en 40 países.
Véase también
Galería de imágenes
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Parque eólico marino de Thorntonbank en la costa belga, en el Mar del Norte.
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Parque eólico de Estinnes, Bélgica. Cada aerogenerador es muy potente.
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El parque eólico de Estinnes produce mucha energía al año.
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Instalación de la torre para una aeroturbina de 3 MW.
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Palas de un aerogenerador.
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Detalle del buje de una aeroturbina.
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Buje de un aerogenerador sin palas en la isla de El Hierro.
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Aerogenerador de eje vertical tipo Darrieus en la Antártida.
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Aerogeneradores de eje vertical tipo Darrieus-Savonius mixto en Taiwán.
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Generador asíncrono doblemente alimentado.
