Energía Eólica: Tipos, Funcionamiento y Diseño de Aerogeneradores

Energía Eólica: Una Introducción

La energía eólica proviene del aire en movimiento. El viento se puede definir como corrientes de aire debido a las diferencias de presión de la atmósfera.

Factores que Influyen en la Energía Eólica

Los factores que intervienen en la generación de energía eólica son:

• Situación geográfica
• Características climáticas
• Estructura topográfica
• Irregularidades del terreno
• Altura sobre el nivel del suelo

Aerogeneradores: Conversión de Viento a Energía

Los aerogeneradores son máquinas que transforman la energía eólica en energía mecánica y posteriormente en eléctrica. Deben situarse en zonas geográficas con vientos adecuados, eligiendo cuidadosamente los emplazamientos para obtener la máxima energía del viento. El rotor se ha de situar lo más alto posible.

Tipos de Aerogeneradores

Aerogeneradores de Eje Horizontal

Pueden ser de:

• Potencia baja o media (hasta 50 kW): Suelen tener muchas palas (24). También se les conoce como offshore.
• Potencia alta (más de 50 kW): Normalmente tienen 3 palas, pudiendo llegar hasta 4. Necesitan vientos de entre 5 m/s y una velocidad máxima de 25 m/s, pudiendo llegar a los 30 m/s. Uno de los generadores más grandes es el E 112 con 6 megavatios de potencia, 114 m de diámetro y 124 metros de altura. Pueden estar orientados a barlovento (de frente a la dirección del viento) o a sotavento (el viento incide por la parte trasera del rotor). Los más utilizados son los de barlovento.

Aerogeneradores de Eje Vertical

Su uso está menos avanzado que los de eje horizontal y su utilización es muy escasa. No necesitan orientación y ofrecen menos resistencia al viento.

Existen dos tipos:

• Savonius: Formado por 2 semicilindros iguales.
• Darrieus: Formado por palas biconvexas.

Partes de un Aerogenerador

Un aerogenerador se compone de las siguientes partes:

• Soportes (torres o tirantes)
• Sistema de captación (el rotor)
• Sistema de orientación
• Sistema de regulación (control de la velocidad de rotación)
• Sistema de transmisión (eje de baja, eje de alta y multiplicador)
• Sistema de generación (generador)

Exterior del Aerogenerador

• La torre: Elemento que se sitúa sobre una cimentación de hormigón y que permite elevar la góndola.
• La góndola: Contiene los distintos elementos para la transformación de la energía.
• El rotor: Formado por las palas, eje de baja velocidad y el buje.
• El buje: Une los elementos anteriores.
• Las palas: Son los elementos más importantes ya que reciben la energía del viento. El sistema Pitch permite girar las palas para que cambien de ángulo cuando la potencia del viento aumenta demasiado.

Partes de la Góndola

Sistema de Orientación

• Corona, controlador, motor: La veleta y el anemómetro nos dan información sobre la orientación o la desconexión del mismo. Para conectar el aerogenerador, el viento tiene que alcanzar unos 5 m/s (unos 18 km/h). Si la velocidad se excede de 25 m/s (90 km/h), el aerogenerador se desconecta.

Multiplicador

• Permite aumentar la velocidad. A la entrada se conecta con el eje de baja velocidad que está unido al buje. A la salida se conecta con el generador a través del eje de alta velocidad. Las características principales del multiplicador son el giro a una velocidad de 1500 rpm y una frecuencia de 50 Hz.

Otros Elementos

• Sistema de frenado
• Sistema de refrigeración

Diseño de las Instalaciones

El diseño de las instalaciones de energía eólica se basa en tres factores principales:

• Emplazamiento: Se requiere un mapa eólico que muestre la distribución de velocidad y el perfil vertical del viento.
• Tamaño de la máquina: Se elige en función de la necesidad energética.
• Costes: El tamaño de la planta determina el nivel de producción y, por consiguiente, el coste de la instalación.