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¿Qué partes del aerogenerador leen la velocidad y la dirección del viento?

marzo 18, 2022
¿Qué partes del aerogenerador leen la velocidad y la dirección del viento?

Cómo funciona un aerogenerador

La figura 1 muestra los principales componentes de un aerogenerador: caja de engranajes, generador, buje, rotor, eje de baja velocidad, eje de alta velocidad y cojinete principal.    La función del buje es conectar los servos de las palas que ajustan su dirección al eje de baja velocidad. El rotor es la zona de la turbina que está formada por el buje y las palas. Los componentes se alojan todos juntos en una estructura llamada góndola.

La cantidad de superficie disponible para el viento entrante es clave para aumentar las fuerzas aerodinámicas en las palas del rotor. El ángulo al que se ajusta la pala se denomina ángulo de ataque, α. Este ángulo se mide con respecto a la dirección del viento entrante y la línea de cuerda de la pala. También existe un ángulo de ataque crítico, αcrítico, en el que el aire deja de fluir suavemente sobre la superficie superior de la pala. La figura 2 muestra el ángulo de ataque crítico con respecto a la pala.

En esta sección se explica lo que afecta a la potencia extraída del viento y a la eficiencia de este proceso.      Consideremos la figura 3 como un modelo de la interacción de la turbina con el viento. Este diagrama indica que el viento existe a ambos lados de la turbina, y el equilibrio adecuado entre la velocidad de rotación y la velocidad del viento son fundamentales para regular el rendimiento.    El equilibrio entre la velocidad de rotación y la velocidad del viento, denominado ratio de velocidad de punta, se calcula mediante la ecuación 1.

Turbina eólica vertical

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 de 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.

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.

Pequeña turbina eólica

El control activo, al complementar las tecnologías primarias de los aerogeneradores, puede ayudar de forma significativa a alcanzar -quizá incluso a mejorar- los objetivos del sector de producir energía de forma segura y rentable. Por ejemplo, aunque la necesidad de comprender y mejorar las propiedades de los materiales continuará, el control activo puede aliviar los requisitos de los materiales en cualquier fase de la tecnología. A continuación se exponen los requisitos de control de los aerogeneradores, junto con los medios de control y los sensores que suelen emplearse en las turbinas eólicas modernas. Esto proporcionará los antecedentes y servirá como punto focal para la discusión posterior de la aplicabilidad de la teoría de control moderna a las turbinas eólicas.

La discusión de la teoría de control se centrará en una turbina eólica de velocidad variable y controlada por el paso. La discusión es general en el sentido de que la combinación de sensores y medios de control está pensada para abarcar el espacio de las técnicas de control prácticas actuales. Reconocemos que los aerogeneradores con control de pérdida y otros aerogeneradores pueden no requerir todos los sensores y medios de control que se comentan. En la medida en que esto sea cierto, estas arquitecturas representan casos más sencillos. Sin embargo, para todas las arquitecturas de aerogeneradores, la investigación puede revelar otras técnicas análogas de control que sean funcionalmente equivalentes a las técnicas particulares aquí enumeradas. En cualquier caso, seguirán existiendo los requisitos generales de control del par y la potencia en el tren de transmisión, la minimización de la extracción de la vida útil por fatiga y la maximización de la producción de energía.

Pala de aerogenerador

La energía eólica es la generación de electricidad a partir del viento. La energía eólica aprovecha el flujo de energía primaria de la atmósfera generado por el calentamiento desigual de la superficie terrestre por el Sol. Por tanto, la energía eólica es una forma indirecta de aprovechar la energía solar. La energía eólica se convierte en energía eléctrica mediante turbinas eólicas[2].

Varios factores diferentes influyen en el recurso eólico potencial de una zona. Los tres principales factores que influyen en la producción de energía son: la velocidad del viento, la densidad del aire y el radio de las palas[3] Los aerogeneradores tienen que estar en zonas con mucho viento de forma regular, lo que es más importante que tener vientos fuertes ocasionales.

La velocidad del viento determina en gran medida la cantidad de electricidad generada por una turbina. Una mayor velocidad del viento genera más energía porque los vientos más fuertes permiten que las palas giren más rápido[3] Una rotación más rápida se traduce en más potencia mecánica y más energía eléctrica del generador. En la figura 2 se muestra la relación entre la velocidad del viento y la potencia de una turbina eólica típica.

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