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¿Qué materiales se utilizan para hacer un aerogenerador?

marzo 17, 2022
¿Qué materiales se utilizan para hacer un aerogenerador?

Función de los aerogeneradores

La energía eólica representa en la actualidad aproximadamente el 10% del suministro mundial de energía, y se prevé que su presencia en el sector de las energías renovables aumente a medida que se aproveche su potencial. Para seguir siendo competitivos con las tecnologías existentes, la optimización de la eficiencia de los aerogeneradores es crucial y viene dictada por un diseño de ingeniería complementado con una elección juiciosa de los materiales. Además, los materiales deben ser duraderos, idealmente reciclables, y de bajo coste de fabricación para no contrarrestar el impacto medioambiental positivo y las ventajas económicas de la energía eólica.

La torre proporciona el soporte estructural sobre el que se apoyan la góndola y las palas del rotor y está hecha de acero tubular, hormigón o celosía de acero. Naturalmente, los materiales deben ser fuertes y robustos para soportar las duras condiciones ambientales y los fuertes vientos.

La góndola alberga la maquinaria interna, incluido el generador, que convierte la energía mecánica en energía eléctrica. Como la góndola contiene la mayor parte de las partes mecánicas del funcionamiento del aerogenerador, los materiales no están especialmente sujetos a muchas desviaciones y variaciones.

De qué están hechos los aerogeneradores

Las características que hacen que los materiales compuestos, especialmente los reforzados con fibra de vidrio y los compuestos de madera/epoxi, sean adecuados para las palas de los aerogeneradores son la baja densidad, las buenas propiedades mecánicas, la excelente resistencia a la corrosión, la posibilidad de adaptar las propiedades del material y la versatilidad de los métodos de fabricación. Aunque los materiales compuestos de vidrio/viniléster y de vidrio/polivinilo basados en el laminado manual han sido los más utilizados hasta ahora, últimamente se dispone de muchos más tipos de fibras y resinas. Las nuevas fibras de carbono son más fuertes y rígidas, mientras que las nuevas resinas proporcionan una mayor tenacidad y un tiempo de ciclo de proceso más corto. Los diseñadores de materiales compuestos disponen ahora de varios manuales (Lubin, 1982; Engineered Materials Handbook, 1987; Composites & Laminates, 1987).

  ¿Cómo funciona un aerogenerador y qué partes pone en funcionamiento?

La fibra más utilizada y de menor precio es la fibra de vidrio E. Sin embargo, en los últimos años han aparecido muchas fibras nuevas. En la Tabla 3-1 se enumeran las fibras disponibles en el mercado y sus propiedades típicas.

Mientras que la fibra de vidrio E es la más utilizada en las palas de los rotores de las turbinas eólicas, principalmente por su bajo coste, las fibras de carbono son las preferidas en muchas aplicaciones aeroespaciales. Aunque son más caras, proporcionan un módulo específico y una resistencia específica mayores que las fibras de vidrio. La ventaja de las fibras de carbono es aún mayor en la fatiga. Sin embargo, las fibras de carbono son conductoras de la electricidad y su contacto con los metales puede provocar la corrosión de estos últimos. Las fibras poliméricas, como la aramida y el polietileno de alta densidad, son las más resistentes de todas las fibras disponibles y, por lo tanto, pueden utilizarse cuando se requiere una gran resistencia al impacto y dureza. Sin embargo, estas fibras poliméricas son débiles a la compresión debido a la naturaleza fibrilar de su microestructura. Recientemente, han surgido diversas fibras cerámicas, como la alúmina y el carburo de silicio, principalmente como refuerzos para matrices metálicas y cerámicas. Estas fibras cerámicas tienen mayor resistencia a la oxidación en aplicaciones de alta temperatura que las fibras de carbono. Sin embargo, siguen siendo más caras que la mayoría de las fibras de carbono. Las propiedades mecánicas de los materiales compuestos de matriz epoxi fabricados con las cuatro fibras más utilizadas -aramida, carbono, vidrio E y vidrio S- se muestran en la Tabla 3-2. En la Figura 3-1 se comparan los comportamientos a la fatiga por tracción de los tres primeros materiales compuestos.

Producción de aerogeneradores

Las centrales eólicas producen electricidad mediante un conjunto de turbinas eólicas en el mismo lugar. La ubicación de una central eólica depende de factores como las condiciones del viento, el terreno circundante, el acceso a la transmisión eléctrica y otras consideraciones sobre el emplazamiento. En una planta eólica a escala de servicio público, cada turbina genera electricidad que va a una subestación donde se transfiere a la red que alimenta a nuestras comunidades.

  ¿Cuáles son los lugares donde se instalan principalmente los aerogeneradores?

Los transformadores reciben la electricidad de CA (corriente alterna) a un voltaje y aumentan o disminuyen el voltaje para suministrar la electricidad según sea necesario. Una central eólica utiliza un transformador elevador para aumentar la tensión (reduciendo así la corriente necesaria), lo que disminuye las pérdidas de energía que se producen al transmitir grandes cantidades de corriente a través de largas distancias con líneas de transmisión. Cuando la electricidad llega a una comunidad, los transformadores reducen la tensión para hacerla segura y utilizable por los edificios y hogares de esa comunidad.

Una subestación conecta el sistema de transmisión con el sistema de distribución que suministra electricidad a la comunidad. Dentro de la subestación, los transformadores convierten la electricidad de alto voltaje a voltajes más bajos que pueden ser entregados de forma segura a los consumidores de electricidad.

Peso del aerogenerador

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.

  ¿Cómo usamos la energía eólica en nuestra vida cotidiana?

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].

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