Funcionamiento y clasificación de la energía eólica y las aeroturbinas

Resumen

El documento explica cómo se origina el viento y por qué puede aprovecharse su energía cinética para producir electricidad. Describe la clasificación de las máquinas eólicas en aeroturbinas de eje horizontal y de eje vertical, con sus características y tipos principales. Incluye además la fórmula para calcular la potencia eólica a partir de la sección barrida por las aspas y la velocidad del viento.

Puntos clave

La energía eólica aprovecha la energía cinética del viento.
El viento se origina por el calentamiento desigual del aire por el sol, la rotación de la Tierra y las condiciones atmosféricas locales.
Las aeroturbinas de eje horizontal son las más utilizadas y necesitan orientarse paralelas a la dirección del viento.
Las de potencias bajas o medias (hasta 50 kW) tienen muchas aspas y arrancan con vientos de 2 m/s.
Las de potencias altas (más de 50 kW) suelen tener dos o tres aspas y alcanzan su máximo rendimiento a 15 m/s.
Las aeroturbinas de eje vertical no necesitan orientación, pero su uso es escaso; las más usadas son Darrieus y Savonius.
La potencia eólica se calcula con P = 0,37 · S · v³, donde S es la sección barrida (m²) y v la velocidad del viento (m/s).

Ponte a prueba

Introducción a la Energía Eólica

La energía eólica tiene como fuente el viento. Lo que se aprovecha es su energía cinética.

Origen del Viento

El viento se origina como consecuencia de los siguientes factores:

La cantidad de sol: La radiación que incide sobre el aire, calentándolo, produce que este se eleve y origine que otras masas de aire ocupen su lugar, dando como resultado el viento.
La rotación de la Tierra.
Las condiciones atmosféricas: Factores climáticos de un lugar concreto.

Clasificación de Máquinas Eólicas

Aeroturbinas de Eje Horizontal

Son las más utilizadas debido a su desarrollo tecnológico y comercial avanzados. Para su funcionamiento, necesitan mantener su eje paralelo a la dirección del viento, a fin de que esta incida sobre las palas y haga girar el eje. Se clasifican en:

De potencias bajas o medias (hasta 50 kW)

El número de aspas suele ser alto. Se utilizan en el medio rural para bombear agua y como suministro complementario de la electricidad para viviendas. Funcionan a pleno rendimiento cuando la velocidad del viento es de 5 m/s y arrancan cuando esta es de 2 m/s.

De potencias altas (más de 50 kW)

Suelen tener dos o tres aspas de perfiles aerodinámicos. Necesitan vientos de unos 5 m/s para arrancar. El máximo rendimiento se suele alcanzar a 15 m/s. Las aeroturbinas de eje horizontal suelen agruparse formando parques eólicos.

Aeroturbinas de Eje Vertical

Su desarrollo tecnológico está menos avanzado que las de eje horizontal y su uso es bastante escaso. No necesitan dispositivos de orientación y ofrecen menos problemas de resistencia y vibraciones estructurales. Se amarran con cables. Las aeroturbinas más usadas son:

Aeroturbina Darrieus: Está constituida por dos palas de perfil biconvexo unidas la una con la otra, produciendo el giro del eje al que están unidas.
Aeroturbina Savonius: Se compone de dos semicilindros iguales colocados de forma opuesta. El viento, al actuar sobre la superficie del cilindro, produce el giro del eje.

Cálculo de la Potencia Eólica

La potencia generada se define mediante la siguiente fórmula:

P = 0,37 · S · v³

Donde:

S: Sección barrida por las aspas al girar (m²).
v: Velocidad del viento (m/s).
P: Potencia (en vatios).

Preguntas frecuentes

¿De dónde proviene el viento?

El viento se origina por la radiación solar que calienta el aire, que al elevarse es sustituido por otras masas de aire. También influyen la rotación de la Tierra y las condiciones atmosféricas de cada lugar.

¿Qué diferencia hay entre las aeroturbinas de eje horizontal y de eje vertical?

Las de eje horizontal deben orientarse paralelas al viento y son las más utilizadas. Las de eje vertical no necesitan dispositivos de orientación, ofrecen menos problemas de vibraciones y se amarran con cables, aunque su uso es escaso.

¿Cómo se calcula la potencia eólica?

Se aplica la fórmula P = 0,37 · S · v³, donde S es la sección barrida por las aspas en m², v es la velocidad del viento en m/s y P es la potencia en vatios.