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Aerogeneradores
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Viene de tiempos remotos el hecho, de que el hombre use el viento como fuente de
energía.
Ya los sumerios, por el año 3.500 antes de Cristo, colocaron velas con las que impulsar sus barcos.
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De los griegos sabemos que también aplicaban el viento a ciertos artefactos.
Y no hace falta irnos tan lejos en el espacio para ver una aplicación típica de este fenómeno: hablamos de los molinos de viento. No se sabe con exactitud de donde proceden pero tenemos referencias de Persia (Irán en la actualidad), aunque
hay quien les coloca en Miconos (una isla griega).
Es en el siglo XX cuando se comienza a utilizar la energía eólica para producir electricidad, surgiendo como alternativa a los combustibles fósiles, que tanto
daño causan al medio ambiente, y ante la necesidad de conseguir una fuente
de energía ilimitada en lugares alejados de las redes de distribución eléctrica.
A finales del siglo XX, obtener energía eléctrica a partir de generadores impulsados por el viento, pasa de ser una mera aplicación puntual a una realidad sólida.
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La máquina usada para convertir la energía eólica en eléctrica
se denomina aerogenerador.
Podemos clasificarlos, dependiendo de la potencia obtenida, en:
Pequeños = generan entorno a los 3 kilovatios.
Medianos = "
" 1.000 kilovatios (1 megavatio).
Grandes = a partir de 1 megavatio.
Para conseguir una potencia elevada se instalan varios aerogeneradores grandes en un mismo lugar, sumando las potencias individuales. Este conjunto de aerogeneradores se denomina parque eólico.
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Técnicamente se dividen en dos
grupos:
De eje horizontal: Los más utilizados. Tienen las aspas colocadas como las hélices de los aviones, unidas a un rotor paralelo al suelo.
De eje vertical: Su eje de giro es perpendicular al suelo. Tiene la ventaja de que los equipos de control y conversión se encuentran en el suelo (no tienen góndola) y no necesitan orientarse hacia la dirección del viento. Las grandes desventajas son:
Las cargas mecánicas pasan de cero a máximo dos o tres veces por ciclo dependiendo del número de palas.
La altura del rotor es más pequeña con lo que el viento recibido es menor.
Principio de funcionamiento:
Una torre de altura variable soporta una barquilla de la que salen tres aspas. El viento hace girar estas aspas y con ellas un rotor. Mediante elementos mecánicos se traspasa este movimiento a un generador de
corriente. Como la velocidad del rotor es mucho más pequeña que la necesitada por el generador, se acoplan ambos mediante un engranaje que multiplica la velocidad.
La potencia obtenida es directamente proporcional al cubo de la velocidad del viento y al área de barrido de las aspas. De esto se deduce la necesidad de colocar grandes aerogeneradores en zonas donde la mayor parte del año soplen vientos entre 10 y 40
km/h aproximadamente.
Partes de las que consta un aerogenerador
horizontal:
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ROTOR
Compuesto por un buje o
cubo y las palas.
Buje o cubo:
Une las palas entre si y transmite el movimiento de giro al eje de baja velocidad. Este va unido a un multiplicador que aumenta
unas 50 veces las revoluciones. Generalmente el rotor gira de
19 a 30 r.p.m.
con lo que el generador lo hará a unas 1.500 r.p.m.
Palas:
Teóricamente, a menor número de palas mayor rendimiento,
debido a que la estela que deja una pala es recogida por la siguiente, frenándola. Según esto el generador de una sola pala sería ideal pero tendría un par de arranque mínimo por lo que la solución óptima se estima en 3 palas.
Las palas han de ser ligeras, de poco peso, por lo que están construidas con plástico reforzado con fibra de vidrio (poliéster o epoxy + fibra de vidrio).
Para generadores pequeños se pueden utilizar aleaciones de acero y aluminio, incluso fibra de carbono.
La longitud de las palas varía en función de la potencia del generador. Hoy en día se desarrollan palas de hasta 20 metros de longitud para generadores de 600 kw.
La forma de la pala (perfil) se asemeja mucho a la de los aviones, sin embargo requiere de algunos retoques específicos para lograr un comportamiento óptimo en la sustentación y en la pérdida de sustentación, incluso cuando se deposita suciedad sobre ellas. |
GÓNDOLA, celles o
barquilla
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Alberga los componentes principales del
aerogenerador. Los sistemas de multiplicación, generador eléctrico, sistemas hidráulicos de control, orientación y freno.
La góndola tiene un espacio suficiente para que un operario pueda trabajar en su interior.
Sobre esta, en la parte trasera, van colocadas una veleta y
un anemómetro que envían datos al controlador electrónico.
Mediante la veleta mantenemos las aspas orientadas en contra
del viento y el anemómetro se encarga de medir la velocidad del mismo. De manera que si es de 5 metros por segundo, se
desfrena y gira; si supera los 25 m por segundo se frena y para.
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Para anclar el eje de alta
velocidad, el sistema de frenado, utiliza un freno de disco mecánico. Este se activará en caso de fallo del freno aerodinámico o
para realizar operaciones
de mantenimiento.
El generador eléctrico es
refrigerado mediante un ventilador y la multiplicadora usa generalmente una unidad refrigeradora para enfriar el aceite.
Todos los
aerogeneradores están optimizados para producir energía con bajas
velocidades de viento, 15 metros/segundo, que son los más comunes. Por este motivo,
están dotados
de alguno de los sistemas existentes para controlar la potencia generada y
evitar daños
en el aerogenerador.
Podemos
controlar la potencia mediante dos sistemas:
Regulación por cambio del
ángulo de paso ("pitch controlled")
Regulación por pérdida
aerodinámica ("stall controlled")
El
generador eléctrico usado en estos aparatos es muy especial debido a que
la potencia entregada varía mucho dependiendo de la velocidad del
viento.
En grandes
aerogeneradores, 100/150 Kw, la tensión entregada es de unos
690 voltios (corriente alterna trifásica). Más adelante pasará por un
transformador elevador alcanzando la tensión típica de la red que puede estar entre
10.000 y
30.000 voltios; igualmente, los fabricantes suministran aparatos para
funcionar
con 50 o 60 Herzios.
Los
generadores pueden ser síncronos o asíncromos y pueden conectarse a la
red de
forma directa o indirecta.
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TORRE
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La torre soporta la barquilla y las aspas.
Tiene forma tubular y son de hormigón o de acero.
Para pequeños aerogeneradores se utilizan también torres de celosía y
tubulares tensadas.
Las más abundantes son de acero, construidas en tramos de 20-30
metros.
Se unen entre sí con pernos, haciendo el montaje más práctico, al no
requerir de soldadura.
Tienen forma tronco-cónica, es decir, son más anchas en la base que
arriba.
De esta manera se aumenta su resistencia y se ahorra material.
Un generador de 600 Kw puede tener una torre de 35-40-45-50 ó 55
metros
de altura, y un diámetro de 39-42 ó 44 metros.
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Datos
interesantes
Los parques eólicos que se instalan actualmente tienen
una potencia comprendida entre 10 y 50 megavatios.
Cada parque posee además con una central de control
encargada de controlar la puesta en marcha y paro de los aerogeneradores, recibe partes meteorológicos,
controla la energía generada en todo momento, etc.
La
góndola tiene unos 5 metros de largo y un peso de
18 toneladas.
Las
aspas con el rotor pesa unas 8 toneladas.
El
aerogenerador completo pesará entre 52 y
62 toneladas.
El coste
medio de cada torre en un parque de 24 megavatios,
ronda los 486.820 euros (81 millones de pesetas). Incluida
la instalación y la subestación.
Los
costes de inversión en un parque eólico los podemos
distribuir de la siguiente manera:
El 75 % se lo llevan los aerogeneradores.
Un 10 % en obra civil.
Otro 10 % los sistemas eléctricos
El 5 % restante en dirección e ingeniería
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Índice
de Energía Renovables
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