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Aire, energía, erogeneradores
Introducción
Históricamente las primeras
aplicaciones de la energía
eólica fueron la impulsión de
navíos, la molienda de granos y
el bombeo de agua, y sólo hasta
finales del siglo pasado la
generación de energía eléctrica.
Actualmente las turbinas eólicas
convierten la energía cinética
del viento en electricidad por
medio aspas o hélices que hacen
girar un eje central conectado,
a través de una serie de
engranajes (la transmisión) a un
generador eléctrico. Existen
varias ventajas competitivas de
la energía eólica con respecto a
otras opciones, como son: Se
reduce la dependencia de
combustibles fósiles.
Los niveles de emisiones
contaminantes, asociados al
consumo de combustibles fósiles
se reducen en forma proporcional
a la generación con energía
eólica. Las tecnologías de la
energía eólica se encuentran
desarrolladas para competir con
otras fuentes energéticas.
El tiempo de construcción es
menor con respecto a otras
opciones energéticas. Al ser
plantas modulares, son
convenientes cuando se requiere
tiempo de respuesta de
crecimiento rápido. La
investigación y desarrollo de
nuevos diseños y materiales para
aplicaciones en aerogeneradores
eólicos, hacen de esta
tecnología una de las más
dinámicas.
Sistemas Eólicos: Descripción
Un sistema conversor de energía
eólica se compone de dos partes
principales: (i) el rotor, que
convierte la energía cinética
del viento en un movimiento
rotatorio en la flecha principal
del sistema; (ii) un sistema de
transmisión, que acopla esta
potencia mecánica de rotación de
acuerdo con el tipo de
aplicación. Aplicación para cada
caso, es decir, si se trata de
bombeo de agua el sistema se
denomina aerobomba, si acciona
un dispositivo mecánico se
denomina aeromotor y si se trata
de un generador eléctrico se
denomina aerogenerador.
El rotor puede ser de eje
horizontal o vertical, éste
recupera, como máximo teórico,
el 60% de la energía cinética
del flujo de viento que lo
acciona. Esta formado por las
aspas y la maza central en donde
se fijan éstas y se unen a la
flecha principal; el rotor puede
tener una o más aspas. Un rotor
pequeño, de dos aspas, trabaja a
900 revoluciones por minuto (rpm),
en tanto que uno grande, de tres
aspas y 56 metros de diámetro,
lo hace a 32 rpm. El rotor
horizontal de tres aspas es el
más usado en los aerogeneradores
de potencia, para producir
electricidad trifásica conectada
a los sistemas eléctricos de las
empresas suministradoras.
La transmisión puede consistir
en un mecanismo para convertir
el movimiento rotatorio de la
flecha en un movimiento
reciprocante para accionar las
bombas de émbolo de las
aerobombas, que en el campo se
utilizan para suministrar agua a
los abrevaderos del ganado o a
las viviendas. Para la
generación de electricidad
normalmente se utiliza una caja
de engranes para aumentar las
revoluciones a 900, 1,200 ó
1,800 rpm, para obtener
corriente alterna trifásica de
60 ciclos por segundo.
Un sistema conversor de energía
eólica es tan bueno como su
sistema de control. La fuerza
que ejerce el viento sobre la
superficie en que incide es
función del cuadrado de la
velocidad de éste. Rachas de más
de 20 metros por segundo, que
equivalen a más de 70 km/hora,
pueden derribar una barda o un
anuncio espectacular, e incluso
dañar un aerogenerador si éste
no está bien diseñado o su
sistema de control esta
fallando.
En los aerogeneradores de
potencia, el sistema de control
lo constituye un microprocesador
que analiza y evalúa las
condiciones de operación
considerando rumbo y velocidad
del viento; turbulencia y
rachas; temperaturas en el
generador, en la caja de
transmisión y en los baleros de
la flecha principal. Además,
muestrea la presión y la
temperatura de los sistemas
hidráulicos de los frenos
mecánicos de disco en la flecha;
sus rpm, así como los voltajes y
corrientes de salida del
generador. Detecta vibraciones
indebidas en el sistema, optando
por las mejores condiciones para
arrancar, parar, orientar el
sistema al viento y enviar
señales al operador de la
central eoloeléctrica sobre la
operación del mismo.
La torre que soporta al
aerogenerador de eje horizontal
es importante, ya que la
potencia del viento es función
del cubo de su velocidad y el
viento sopla más fuerte entre
mayor es la distancia más alto
del suelo; por ello, el eje del
rotor se sitúa por lo menos a 10
metros en aerogeneradores
pequeños y hasta 50 o 60 metros
del suelo, en las máquinas de
1000 kW. En un aerogenerador de
500 kW son típicas las torres de
40 metros, y estas pueden ser de
dos tipos: La tubular,
recomendada en áreas costeras,
húmedas y salinas, y la
estructural o reticular, propia
de regiones secas y poca
contaminación atmosférica, por
ser más baratas y fáciles de
levantar.
Sistemas Eólicos: Tecnologías
A partir de las diversas
experiencias internacionales de
operación de grandes conjuntos
de aerogeneradores modernos,
constituyendo centrales
eoloeléctricas, se ha
evoluciononado de la máquina de
50 kW a la de 500 kW, estando
actualmente en proceso de
introducción las unidades de 750
y 1000 kW, las que se consideran
el tope para este tipo de
arquitectura y tecnologías
actuales de grandes
aerogeneradores.
La tecnología de materiales
alrededor de los materiales
compuestos, que permitan
estructuras más esbeltas y
ligeras, más resistentes a la
oxidación y la corrosión, y más
fuertes a la vez, así como de
supermagnetos en los
generadores, permitirán
desarrollar nuevos conceptos más
confiables y económicos, desde
unidades de decenas de Watts
hasta grandes aerogeneradores de
potencia, trabajando en régimen
de velocidad variable,
aprovechando mejor la energía
del viento y constituyendo junto
con la energía hidroeléctrica,
el soporte principal de la
generación eléctrica en los
sistemas nacionales.
Las características de los
aerogeneradores y su desarrollo
se describen a continuación
Un aerogenerador de 1.5 kW con
rotor horizontal de tres aspas
de lámina de Aluminio, que
tenían control del ángulo de
ataque para regular la potencia
entregada. Después de las
pruebas de caracterización, que
resultaron satisfactorias y
corroboraban las expectativas de
diseño, estando parado, frenado
y con las aspas amarradas a la
torre, un gran remolino lo
impactó, arrancándole dos aspas
y destruyéndolas. Los exámenes
posteriores evidenciaron un
error en los procedimientos de
soldadura en atmósfera inerte,
en el soporte rotatorio del
mango del aspa. Dicho prototipo
no fue reconstruido al
evidenciarse problemas de
suministro de componentes y
materiales, así como del control
de calidad en los procesos de
fabricación.
Con la experiencia adquirida, se
inició el diseño y desarrollo de
un aerogenerador de 2 kW
denominado Fénix -por el ave que
resurge de sus propias cenizas-
de tres aspas fijas de lámina de
hierro, el que sometido a
pruebas y mejoras, evolucionó a
tres aspas de fibra de vidrio de
alta eficiencia aerodinámica,
generador trifásico de imanes
permanentes y sistema de control
a base de timón de cola
plegable, que lo mismo limita la
potencia que lo inhabilita para
condiciones de vientos extremos.
Este pequeño aerogenerador es
capaz de proporcionar del orden
de 250 kWh por mes, lo que
permitiría energizar una
vivienda rural con todos los
servicios eléctricos usados
responsablemente. Este
aerogenerador es también objeto
de trámites de patentes y su
transferencia a la industria
está disponible.
Los Investigadores Eléctricos,
han sido la únicos que por años
ha mantenido una ruta
consistente de desarrollo de
sistemas conversores de energía
eólica, lo que se complementó
con el desarrollo de
anemocinemógrafos electrónicos,
sistemas de prueba y adquisición
de datos, un túnel de viento con
un sistema de adquisición de
datos en tiempo real, un
laboratorio móvil de
meteorología eólica, un taller
móvil y la una estación
Experimental.
http://fuentesrenovables.blogspot.com/
Gentileza: Johan Benard [
johan_solar@yahoo.com ]
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