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¿Cómo funciona un molino de viento moderno?

marzo 18, 2022
¿Cómo funciona un molino de viento moderno?

Generador eólico

Los aerogeneradores están diseñados para empezar a funcionar a unos 12-25 kilómetros por hora – una brisa suave o moderada. No están diseñadas para funcionar a más de 88 km/h, un fuerte vendaval, que podría dañar la turbina.

Cuando el viento sopla hacia la turbina, se encuentra con un obstáculo: la pala de la turbina. Las palas de las turbinas han evolucionado desde las palas planas y gruesas de madera que asociamos a los molinos de viento en Holanda. Ahora son elegantes y están diseñadas ergonómicamente para lograr el mejor rendimiento. Las palas dependen en gran medida de la aerodinámica del diseño, y las pruebas en el túnel de viento permiten a los diseñadores identificar los fallos y mejorar los diseños de las palas.

La aerodinámica se refiere a las propiedades de un objeto sólido y a cómo el aire que lo rodea interactúa con él. Cuando el viento interactúa con un objeto sólido, la velocidad del viento cambia y el aire se mueve alrededor del objeto. En la actualidad, las turbinas modernas tienen diseños de palas similares a los de las alas de un avión.

Las palas de las turbinas son ligeramente curvadas por un lado y planas por el otro. La parte más gruesa de la pala es donde el viento se encuentra por primera vez con la pala. A partir de ahí, el viento puede viajar por el lado curvo de la pala o por el lado relativamente plano. El viento que viaja por el lado curvo tarda más en llegar al extremo de la pala que el que viaja por la superficie plana. Esto hace que la baja presión se acumule en el lado curvo, “tirando” de la pala hacia la región de baja presión. Este proceso se conoce como elevación.

Cómo funciona una turbina

La turbina se asienta en unos cimientos de hormigón armado, cuyas dimensiones dependen del tamaño de la turbina. La cimentación es una estructura sustancial diseñada para garantizar que la turbina resista vientos muy fuertes. Siempre está por debajo del nivel del suelo y no es visible una vez terminada la construcción.

La mayoría de las turbinas eólicas tienen tres palas o (menos comúnmente) dos palas, que giran alrededor de un cubo central en un eje horizontal. Las palas se fabrican con diversos materiales, como fibra de vidrio, fibra de carbono o laminados de madera.

Los aerogeneradores generan electricidad aprovechando la fuerza natural del viento. Las palas de un aerogenerador son como el ala de un avión: cuando el aire pasa por la pala, provoca una elevación que crea una fuerza de giro.

Las palas giran un eje dentro de la góndola, que va a la caja de engranajes. La caja de cambios aumenta esa velocidad de rotación para el generador, que utiliza campos magnéticos para convertir la energía de rotación en energía eléctrica. Algunas turbinas utilizan la tecnología de accionamiento directo, que conecta el cubo giratorio directamente con el generador. La electricidad del generador va por cables a un transformador y luego a la subestación del parque eólico, donde se convierte en el voltaje adecuado para la red eléctrica o local. La red o la red local transmite la electricidad a los hogares y las empresas.

Turbina eólica vertical

Componentes del aerogenerador: 1-Fundación, 2-Conexión a la red eléctrica, 3-Torre, 4-Escalera de acceso, 5-Control de la orientación del viento (control de guiñada), 6-Nacelle, 7-Generador, 8-Anemómetro, 9-Freno eléctrico o mecánico, 10-Caja de cambios, 11-Palas del motor, 12-Control del paso de las palas, 13-Cubo del motor

El diseño de un aerogenerador es el proceso de definir la forma y la configuración de una turbina eólica para extraer energía del viento[1]. Una instalación consta de los sistemas necesarios para captar la energía del viento, orientar la turbina hacia el viento, convertir la rotación mecánica en energía eléctrica y otros sistemas para arrancar, parar y controlar la turbina.

  ¿Por qué los aerogeneradores tienen 3 palas?

En 1919, el físico alemán Albert Betz demostró que para una hipotética máquina ideal de extracción de energía eólica, las leyes fundamentales de conservación de la masa y la energía no permitían capturar más de 16/27 (59,3%) de la energía cinética del viento. Este límite de la ley de Betz puede acercarse a los diseños modernos de turbinas que alcanzan entre el 70 y el 80% de este límite teórico.

Además de las palas, el diseño de un sistema completo de energía eólica debe tener en cuenta el buje, los controles, el generador, la estructura de soporte y los cimientos. Las turbinas también deben integrarse en las redes eléctricas.

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.

  ¿Qué aparatos generan energía eólica?

La rueda de viento de Héroe de Alejandría (10 d.C. – 70 d.C.) es uno de los primeros ejemplos registrados de máquinas alimentadas 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].

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