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¿Cómo funciona un generador de viento?

marzo 17, 2022
¿Cómo funciona un generador de viento?

Turbina eólica vertical

Por: Julia LaytonYa en el año 3000 a.C. se utilizaba la energía eólica. A veces es difícil imaginar el aire como un fluido. Parece tan… invisible. Pero el aire es un fluido como cualquier otro, salvo que sus partículas están en forma de gas en lugar de líquido. Y cuando el aire se mueve rápidamente, en forma de viento, esas partículas se mueven rápidamente. El movimiento significa energía cinética, que puede ser captada, al igual que la energía del agua en movimiento puede ser captada por la turbina de una presa hidroeléctrica. En el caso de una turbina eólica, las palas de la turbina están diseñadas para capturar la energía cinética del viento. El resto es casi idéntico a una instalación hidroeléctrica: Cuando las palas de la turbina captan la energía del viento y se ponen en movimiento, hacen girar un eje que va desde el buje del rotor hasta un generador. El generador convierte esa energía rotativa en electricidad. En esencia, la generación de electricidad a partir del viento consiste en transferir energía de un medio a otro.

La energía eólica comienza con el sol. Cuando el sol calienta una determinada zona de tierra, el aire que la rodea absorbe parte de ese calor. A cierta temperatura, ese aire más caliente empieza a subir muy rápidamente porque un volumen determinado de aire caliente es más ligero que un volumen igual de aire más frío. Las partículas de aire que se mueven más rápido (más calientes) ejercen más presión que las que se mueven más despacio, por lo que se necesitan menos para mantener la presión normal del aire a una altura determinada (véase Cómo funcionan los globos de aire caliente para saber más sobre la temperatura y la presión del aire). Cuando ese aire caliente más ligero se eleva repentinamente, el aire más frío fluye rápidamente para rellenar el hueco que deja el aire caliente. Ese aire que se precipita para rellenar el hueco es el viento.

Cómo funciona una turbina

Las turbinas eólicas surgieron hace más de un siglo. Tras la invención del generador eléctrico en la década de 1830, los ingenieros empezaron a intentar aprovechar la energía del viento para producir electricidad. La generación de energía eólica tuvo lugar en el Reino Unido y Estados Unidos en 1887 y 1888, pero se considera que la energía eólica moderna se desarrolló por primera vez en Dinamarca, donde se construyeron aerogeneradores de eje horizontal en 1891 y una turbina eólica de 22,8 metros comenzó a funcionar en 1897.

El viento se utiliza para producir electricidad utilizando la energía cinética creada por el aire en movimiento. Ésta se transforma en energía eléctrica mediante turbinas eólicas o sistemas de conversión de energía eólica. El viento golpea primero las palas de un aerogenerador, haciéndolas girar y haciendo girar la turbina conectada a ellas. Esto transforma la energía cinética en energía de rotación, moviendo un eje que está conectado a un generador, y produciendo así energía eléctrica a través del electromagnetismo.

La cantidad de energía que se puede cosechar del viento depende del tamaño de la turbina y de la longitud de sus palas. La producción es proporcional a las dimensiones del rotor y al cubo de la velocidad del viento. En teoría, cuando la velocidad del viento se duplica, el potencial de energía eólica se multiplica por ocho.

Ventajas y desventajas de la energía eólica

Un aerogenerador es un dispositivo que convierte la energía cinética del viento en energía eléctrica. Cientos de miles de grandes turbinas, en instalaciones conocidas como parques eólicos, generan actualmente más de 650 gigavatios de energía, a los que se añaden 60 GW cada año[1]. Son una fuente cada vez más importante de energía renovable intermitente, y se utilizan en muchos países para reducir los costes energéticos y la dependencia de los combustibles fósiles. Un estudio afirmaba que, a partir de 2009[actualización], la eólica tenía las «menores emisiones relativas de gases de efecto invernadero, las menores demandas de consumo de agua y… los impactos sociales más favorables» en comparación con la fotovoltaica, la hidráulica, la geotérmica, el carbón y el gas[2].

Las turbinas eólicas más pequeñas se utilizan para aplicaciones como la carga de baterías para la energía auxiliar de barcos o caravanas, y para alimentar las señales de tráfico. Las turbinas más grandes pueden contribuir al suministro de energía doméstica y vender la energía no utilizada al proveedor de servicios públicos a través de la red eléctrica.

La rueda de viento de Héroe de Alejandría (10 d.C. – 70 d.C.) es uno de los primeros ejemplos registrados de máquinas accionadas por el viento en la historia[3][4]. Sin embargo, las primeras centrales eólicas prácticas conocidas se construyeron en Sistán, una provincia oriental de Persia (actual Irán), a partir del siglo VII. Estos «Panemone» eran molinos de viento de eje vertical, que contaban con largos ejes de transmisión verticales con palas rectangulares[5]. Fabricados con entre seis y doce velas cubiertas de estera de caña o material de tela, estos molinos se utilizaban para moler grano o extraer agua, y se empleaban en las industrias de la molienda y la caña de azúcar[6].

La mayor turbina eólica

Los aerogeneradores funcionan según un principio muy sencillo: en lugar de utilizar la electricidad para generar viento -como un ventilador-, los aerogeneradores utilizan el viento para generar 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.

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