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¿Cuál es el funcionamiento de las turbinas?

marzo 17, 2022
¿Cuál es el funcionamiento de las turbinas?

Aerogenerador

Los aerogeneradores funcionan según un principio sencillo: en lugar de utilizar la electricidad para hacer viento -como un ventilador-, los aerogeneradores utilizan el viento para hacer electricidad. El viento hace girar las palas de la turbina, parecidas a las hélices, alrededor de un rotor, que hace girar un generador que crea electricidad.

Los aerogeneradores de eje horizontal son los que la mayoría de la gente imagina cuando piensa en turbinas eólicas; suelen tener tres palas y funcionan «contra el viento», con la turbina girando en la parte superior de la torre para que las palas estén orientadas hacia el viento.

Los aerogeneradores de eje vertical existen en varias variedades, como el modelo Darrieus, de estilo batidor de huevos, que lleva el nombre de su inventor francés, y son omnidireccionales, lo que significa que no es necesario ajustarlos para que apunten hacia el viento para funcionar.

El tamaño de los aerogeneradores terrestres oscila entre los 100 kilovatios y los varios megavatios. Los aerogeneradores más grandes son más rentables y se agrupan en centrales eólicas, que suministran energía a la red eléctrica.

Muchas de las turbinas utilizadas en aplicaciones distribuidas son pequeños aerogeneradores.  Los aerogeneradores individuales pequeños -de menos de 100 kilovatios- suelen utilizarse en aplicaciones residenciales, agrícolas, comerciales e industriales.

La mayor turbina eólica

La gente ha utilizado la fuerza del viento durante miles de años. El viento ha movido barcos a lo largo del río Nilo, ha bombeado agua y molido grano, ha apoyado la producción de alimentos y mucho más. Hoy en día, la energía cinética y la potencia de las corrientes de aire naturales llamadas viento se aprovechan a gran escala para crear electricidad. Una sola turbina eólica moderna en alta mar puede generar más de 8 megavatios (MW) de energía, suficiente para abastecer limpiamente a casi seis hogares durante un año. Los parques eólicos terrestres generan cientos de megavatios, lo que convierte a la energía eólica en una de las fuentes de energía más rentables, limpias y disponibles del planeta.

La energía eólica es la fuente de energía renovable a gran escala de menor coste y es la mayor fuente de energía renovable en Estados Unidos en la actualidad. Hay casi 60.000 aerogeneradores con una capacidad combinada de 105.583 megavatios (MW). Eso es suficiente para suministrar energía a más de 32 millones de hogares.

El proyecto Frontier Windpower I, en el condado de Kay (Oklahoma), lleva funcionando desde 2016 y se está ampliando con el proyecto Frontier Windpower II. Una vez completados, Frontier I y II generarán un total de 550 megavatios de energía eólica, suficiente para alimentar 193.000 hogares.

Planta de energía eólica

El uso de turbinas eólicas para la generación de electricidad es relativamente nuevo: la industria existe desde los años 80 y 90). Sin embargo, estas máquinas llevan realizando tareas para los humanos desde hace mucho, mucho más tiempo.

Volvamos, muy atrás, a la Edad Media. Si necesitabas moler algunos granos o drenar el agua de una zona, un molino de viento haría el trabajo por ti. Aunque el tamaño y el aspecto general pueden parecer diferentes, básicamente eran simples turbinas de viento, que funcionaban bajo los mismos principios.

El viento, que es básicamente una corriente de aire que fluye alrededor de una zona determinada, transporta una cantidad de energía cinética. Cuando el viento fluye a través de una pala eólica, se divide en dos, fluyendo ahora por encima y por debajo de la pala.

El diseño aerodinámico de la pala hace que el viento sople a diferentes velocidades en cada lado de la pala. Esto genera una diferencia de presión, creando fuerzas de «elevación y arrastre». De este modo, la energía cinética del viento eleva efectivamente la pala eólica.

Los aerogeneradores vienen con «convertidores». Estos convertidores ayudan a adaptar las características de tensión y frecuencia de la energía generada a las de la red eléctrica. Ahora nuestra energía está lista para ser transmitida y distribuida para su uso.

Cómo funciona un aerogenerador

La mayor parte de la electricidad de Estados Unidos se produce con la ayuda de motores de turbina de vapor: según el Departamento de Energía de Estados Unidos, más del 88% de la energía de este país se produce a través de generadores de turbina de vapor en centrales eléctricas como las termosolares, las de carbón y las nucleares. Al ofrecer mayores eficiencias y bajos costes, las turbinas de vapor se han convertido en una parte integral de muchas industrias estadounidenses de producción de energía.

La primera turbina de vapor moderna fue desarrollada por Sir Charles A. Parsons en 1884. Esta turbina se utilizó para iluminar una exposición en Newcastle (Inglaterra) y sólo producía 7,5 KW de energía. Ahora, los generadores de turbina de vapor pueden producir más de 1.000 MW de energía en centrales eléctricas a gran escala. Aunque la capacidad de generación ha aumentado enormemente desde Parsons, el diseño sigue siendo el mismo. Pero, por muy intuitivo que sea el diseño de Parsons, no es tan sencillo como que el vapor se mueva por las palas. Se basó en la Segunda Ley de la Termodinámica y en el Teorema de Carnot (), que afirma que a mayor temperatura del vapor mayor eficiencia de la central. Veamos cómo el vapor ayuda a alimentar la mayoría de las centrales eléctricas del país.

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