Historia aerogeneradores

La energía eólica está basada en los desplazamientos de masas de aire como consecuencia de las alteraciones de temperatura. Su aprovechamiento para obtener energía requiere un proceso indirecto de conversión, a diferencia del directo que se produce en el de la energía fotovoltaica.La energía eólica para obtener trabajo y con él energía eléctrica, es el recurso más antiguo de los tres que configuran actualmente las energías renovables de uso doméstico basadas en los rayos del sol. Quizá inspirados en los molinos que durante siglos facilitaron la molienda del grano e identificaban los lugares elevados por los que circulaban el aire a velocidades más altas, las que después serían definidas como zonas con propiedades eólicas, los aerogeneradores aprovechan las corrientes de aire para obtener energía eléctrica con fines muy distintos.En el siglo V después de Cristo, se encuentran los primeros aeromotores en Asia, que son básicamente máquinas de eje vertical, también se encuentran en ciertas islas griegas, cuyo diseño no es muy distinto al de hoy en día.Un poco después, en la misma época los egipcios usaron los motores de viento de eje horizontal, todos con distinta tecnología, pero tenían el mismo principio: transformar la energía del aire en energía mecánica para bombear el agua, moler el grano, etc.En Europa comienzan a aparecer los llamados molinos de viento a principio del siglo VII, cuya tecnología hizo famosos a los molinos holandeses, por la sofisticada tecnología mecánica que usaban.En Estados Unidos, en 1870, apareció la llamada “rueda eólica”, para bombeo de agua.Fue en el año 1802, que se usó en viento por primera vez para obtener energía eléctrica, Lord Kevin ensayó asociar un generador eléctrico con un motor eólico, pero fue hasta 1850 con la aparición del dínamo que formalmente aparecieron los Aerogeneradores.A finales de siglo XIX, el francés Paul La Cour construyó un primitivo aerogenerador siguiendo los pasos de Lord Kevin y ofreció las primeras ecuaciones que demostraban su funcionamiento físico, dando lugar con ello al surgimiento de una nueva tecnología en el diseño de aerogeneradores. La respuesta de la industria no se hizo esperar; a principios de siglo XX, Dinamarca era ya el primer productor europeo en electricidad de este origen, con 30MW instalados, los que representaba el 25% de sus necesidades de energía, empleando para ello miles de aerogeneradores industriales y domésticos. En los años veinte, en Francia, ya se construían aerogeneradores de 8 KW.Durante la década de los 1960’s con los bajos costos del petróleo, se privilegió a la generación de vapor, usando energía térmica, y como los costos de la energía eólica resultaban poco competitivos, se descuidó el desarrollo. A partir de 1973,

con el alza en los costos del petróleo, se dio el proceso inverso, y poco a poco se le fue dando relevancia a la realización de aerogeneradores, creándose lo que se conoce actualmente como “parques eólicos”, que se pueden conectar a las redes de distribución o a las líneas de transmisión con máquinas de 300 KW a 3000 KW, agrupados en sectores de 3 a 10 máquinas, aunque también hay aplicaciones en zonas aisladas, con una máquina que se puede dar en forma combinada con otras tecnologías, como la solar y la diesel.En la actualidad se construyen grandes aerogeneradores con potencias superiores a 1MW y diámetro de pala de 65 metros o más. Son los modernos molinos que están poblando extensas franjas del territorio, por las que circulan vientos con velocidad suficiente para mover sus palas y transmitir su movimiento a un generador eléctrico.

Fundamentos de la energía del viento

Un sistema de energía del viento, es un sistema de conversión que transforma la energía del viento en energía mecánica o eléctrica. Esta energía se puede usar en distintas formas, como para bombeo de agua, molino de granos, para proporcionar potencia eléctrica a hogares o pequeñas comunidades que incluyen algunos negocios.Estos sistemas usan turbinas de viento que convierten la energía cinética de viento en energía mecánica, con la ayuda de propulsores, como son: las palas o hélices. La energía mecánica es convertida en energía eléctrica con la ayuda de un generador.

El recurso del viento

La superficie de la tierra está formada de desiertos, océanos, terrenos montañosos que absorben la energía solar en distintas magnitudes, debido a esto, la superficie de la tierra se calienta en forma irregular. Las regiones alrededor del Ecuador, a la latitud 0°, se calientan más por el sol que el resto del planeta, debido también a que el aire caliente es más ligero que el aire frío, se eleva a una altura de aproximadamente 10 Km y se comienza a dispersar a través del Norte y del Sur. Si la Tierra no girara; este aire caliente pasaría a la los polos Norte y Sur, y gradualmente retornaría al Ecuador; sin embargo, debido a la rotación de la Tierra, el viento es desviado hacia la derecha en el Hemisferio Norte y hacia la izquierda en el Hemisferio Sur, esta fuerza de curvatura de conoce como “La fuerza Corioli”.

Los efectos locales sobre el flujo del viento

Los distintos tipos de terreno tienen diferentes efectos sobre la velocidad y dirección del viento. A continuación, se estudiarán brevemente las características de diferentes tipos de terreno y sus efectos sobre el viento.

Superficies no lisas o irregulares

Esto se refiere a la condición de la superficie de la Tierra. Una superficie irregular es aquella que tiene obstrucciones ya sea en la forma de edificios o árboles. Estas obstrucciones interfieren con el flujo suave del aire. La velocidad del viento se reduce sustancialmente cerca de la tierra, debido a estas irregularidades del terreno, esta velocidad del viento depende de la altura de las diferentes superficies, entre mayor es la altura de las obstrucciones, mayor es la altura a la cual la velocidad del viento se reduce por la superficie; sin embargo, el efecto de la irregularidad en la superficie, se observa únicamente hasta cierta altura sobre la cual el efecto no existe.

Árboles y construcciones

Los árboles y edificios son los obstáculos más comunes al viento en la vecindad del sitio de una turbina de viento, bajan tanto a los vientos superiores como a los inferiores, provocando turbulencia. Las reglas usadas para la selección de los sitios para las turbinas de viento cuando se tienen obstáculos son las siguientes:

1. La turbina de viento se debe localizar con viento alto a una distancia de más de dos veces la altura de la obstrucción,

2. La turbina de viento se debe localizar para viento bajo a una distancia mínima de 10 veces y preferentemente 20 veces la altura de la obstrucción.

3. Si la turbina de viento está localizada inmediatamente viento abajo del obstáculo, entonces el cubo de la turbina de viento debe estar situado al menos dos veces a la altura de la obstrucción sobre el nivel del suelo.

La relación ancho/alto de la construcción o edificio determina la influencia de la velocidad del viento. Cuando esta relación es 3 ó más, la reducción en la potencia del viento es de alrededor del 10%a una distancia de 20 veces la altura del edificio viento abajo, en tanto que en edificios altos y estrechos (relación ancho/alto menos que 3) se reduce la potencia del viento menos del 10% a la distancia de sólo 5 veces la altura del edificio. La mayoría de las estructuras residenciales, tales como casas, graneros y cocheras tienen una relación ancho/alto de 1.

Protuberancias

Las protuberancias son sitios muy útiles para la instalación de sistemas de energía del viento, ya que la potencia del viento se incrementa con la altura sobre el nivel del suelo; sin embargo, el flujo de aire alrededor de las protuberancias es bastante complicado, debido a la forma de la protuberancia y del terreno circundante.

Características de un buen sitio para la generación de energía con el viento

Sobre las bases del análisis anteriormente mencionado y de su evaluación, las características del sitio para generar energía eólica se pueden resumir como las siguientes:

Una velocidad del viento anual alta Que no se tengan obstrucciones de árboles en un radio de alrededor de 3

km. Abierto y plano (aproximadamente una densidad de potencia del viento de

750 kmh/m2 por año) o bien terreno plano cerca al mar. Un espacio montañoso produce un efecto de embudo (la densidad de

potencia de viento es de aproximadamente 1699 kmh/m2 por año).

Sistemas de potencia aislada Como se muestra en el diagrama de bloques, este tipo de configuración de sistema de energía del viento consiste básicamente en una turbina, un generador, un inversor y baterías de almacenamiento. La energía producida por la turbina de viento se convierte en corriente directa (C.D.), con la ayuda de un generador. El exceso de energía generada por la turbina de viento es almacenada por baterías durante los períodos en que el viento sopla fuerte, este exceso de energía en caso que no haya viento o se tengan velocidades de viento bajas. La energía en las baterías se almacena en la forma de potencia de C.D. Si se conecta un inversor a la fuente de C.D., entonces se obtiene la potencia en corriente alterna C.A., la cual se puede usar para cargas en C.A.

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SISTEMA HÍBRIDO

La disposición de los paneles fotovoltaicos a la radiación del Sol, en el arco que diariamente describe de Este a Oeste, y la de los aerogeneradores a los vientos, da lugar a la generación de electricidad para aplicaciones tan diversas, y de tanta diferencia de potencia, como la alimentación de granjas, viviendas, bombeo de agua, o la conexión de su energía a las redes generales de distribución. Se forman

así instalaciones aisladas de red o con conexión a ellas, que son las dos tipologías reconocidas.En tales instalaciones pueden intervenir sólo uno de los dispositivos generadores de electricidad o bien ambos, dando lugar a las instalaciones denominadas híbridas. Paneles fotovoltaicos y aerogeneradores suman sus potencias o se complementan, dependiendo de las condiciones meteorológicas del lugar de ubicación, para alimentar de energía eléctrica los dispositivos asignados y acumular la sobrante. Es este un buen procedimiento para obtener el máximo rendimiento de las condiciones naturales.La energía eléctrica proporcionada por los dos medios generadores indicados puede tener forma y nivel diferente del requerido por los dispositivos destinatarios, lo que supone la incorporación de equipos complementarios para tal finalidad. El principal de los que intervienen, cuya utilización es común en todas las instalaciones, es el regulador de carga, dispositivo electrónico éste destinado a controlar la carga de corriente de las baterías en correspondencia con la energía recibida por los generadores externos y del consumo interno producido.La fuente energética de los dispositivos a alimentar en la vivienda, granja, repetidos, etc., es la batería en la que se acumula la energía recibida de los paneles fotovoltaicos o aerogeneradores. El consumo medio en el período de tiempo asignado, junto con las horas pico de sol del lugar y la velocidad y frecuencia de los vientos, si intervienen aerogeneradores, determinan el tamaño de los generadores y la batería.Si los dispositivos a alimentar requieren corriente alterna, es preciso intercalar entre la batería y éstos un inversor DC/AC, como lo muestra la siguiente figura.

ESCANEAR PAG 94. GUIA INSTALADOR