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Aprendiendo sobre la energía eólica: el aerogenerador y la central eólica, Apuntes de Tecnología Industrial

Una introducción detallada a la energía eólica, su aprovechamiento y la central eólica. Se explica el funcionamiento del aerogenerador, sus partes fundamentales y los diferentes tipos de aerogeneradores. Además, se aborda la ubicación ideal para estas instalaciones y las ventajas de utilizar energía eólica en lugar de otras fuentes de energía convencionales.

Tipo: Apuntes

2023/2024

A la venta desde 27/05/2024

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Unidad 1: Fuentes de Energía Renovables
APROVECHAMIENTO DE LAS ENERGÍAS HIDRÁULICA Y EÓLICA
La situación energética nacional y mundial transcurre por un momento muy complejo y existe coincidencia
en que para superarlo debe recurrirse al uso racional de la energía, a la instalación de nuevas centrales, al
reemplazo de las más antiguas y a la diversificación de las fuentes, dándole una adecuada prioridad a las
energías renovables y no convencionales. La solución incluye un conjunto de tecnologías donde la nuclear y
la eólica tendrán un rol importante, formando parte de la matriz energética más adecuada a las necesidades
de cada país, teniendo en cuenta las capacidades y los recursos disponibles.
Por esta razón nos abocamos a estudiar una de las centrales que más a crecido a nivel mundial, y que de a
poco también se está consolidando en la estructura energética de nuestro país.
Energía eólica es la energía obtenida a partir del viento, es decir, la energía cinética generada por efecto de
las turbinas de aire, conectadas a un generador para ser convertida en electricidad, aunque también podría
producir otras formas útiles de energía para las actividades humanas.
La Central Eólica, es un complejo eléctrico cuyo componente principal consiste en un conjunto de
aerogeneradores distribuidos para aprovechar al máximo las corrientes de aire.
Se denomina parque eólico o granja eólica al conjunto de aerogeneradores que trabajan en red para
satisfacer las necesidades eléctricas de una población, o sumar la producción a la generada por sistemas
convencionales.
Los aerogeneradores son eficaces principalmente en zonas concretas de viento habitual, en las cuales
existen corrientes de aire casi a diario por razones térmicas, tormentas, etc. Para poder utilizar la energía
del viento, es necesario que este alcance una velocidad mínima que depende del aerogenerador que se
vaya a utilizar pero que suele empezar entre los 3 m/s (10 km/h) y los 4 m/s (14,4 km/h), velocidad llamada
"cut-in speed", y que no supere los 25 m/s (90 km/h), velocidad llamada cut-out speed..
Para la ubicación del aerogenerador se tiene que tener en cuenta que no se encuentren próximos a edificios
altos, árboles, montañas, etc. pues el viento entraría roto y a ráfagas. Por eso lo ideal son lugares elevados,
a orillas del mar, o en el mar.
Educación Tecnológica 2
CENTRALES
EÓLICAS
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Unidad 1: Fuentes de Energía Renovables

APROVECHAMIENTO DE LAS ENERGÍAS HIDRÁULICA Y EÓLICA La situación energética nacional y mundial transcurre por un momento muy complejo y existe coincidencia en que para superarlo debe recurrirse al uso racional de la energía, a la instalación de nuevas centrales, al reemplazo de las más antiguas y a la diversificación de las fuentes, dándole una adecuada prioridad a las energías renovables y no convencionales. La solución incluye un conjunto de tecnologías donde la nuclear y la eólica tendrán un rol importante, formando parte de la matriz energética más adecuada a las necesidades de cada país, teniendo en cuenta las capacidades y los recursos disponibles. Por esta razón nos abocamos a estudiar una de las centrales que más a crecido a nivel mundial, y que de a poco también se está consolidando en la estructura energética de nuestro país. Energía eólica es la energía obtenida a partir del viento, es decir, la energía cinética generada por efecto de las turbinas de aire, conectadas a un generador para ser convertida en electricidad, aunque también podría producir otras formas útiles de energía para las actividades humanas.

La Central Eólica , es un complejo eléctrico cuyo componente principal consiste en un conjunto de

aerogeneradores distribuidos para aprovechar al máximo las corrientes de aire. Se denomina parque eólico o granja eólica al conjunto de aerogeneradores que trabajan en red para satisfacer las necesidades eléctricas de una población, o sumar la producción a la generada por sistemas convencionales. Los aerogeneradores son eficaces principalmente en zonas concretas de viento habitual, en las cuales existen corrientes de aire casi a diario por razones térmicas, tormentas, etc. Para poder utilizar la energía del viento, es necesario que este alcance una velocidad mínima que depende del aerogenerador que se vaya a utilizar pero que suele empezar entre los 3 m/s (10 km/h) y los 4 m/s (14,4 km/h), velocidad llamada "cut-in speed", y que no supere los 25 m/s (90 km/h), velocidad llamada cut-out speed .. Para la ubicación del aerogenerador se tiene que tener en cuenta que no se encuentren próximos a edificios altos, árboles, montañas, etc. pues el viento entraría roto y a ráfagas. Por eso lo ideal son lugares elevados, a orillas del mar, o en el mar.

Educación Tecnológica 2

CENTRALES EÓLICAS

El Aerogenerador, llamado también Turbina Eólica es el dispositivo tecnológico que consiste en un aerogenerador eléctrico que funciona convirtiendo la energía cinética del viento en energía mecánica a través de una hélice y en energía eléctrica gracias al alternador (generador de corriente eléctrica). La energía eólica proporciona energía mecánica a un rotor hélice que, a través de un sistema de transmisión mecánico, hace girar el rotor de un generador, que convierte la energía mecánica rotacional en energía eléctrica.

Existen diferentes tipos de aerogeneradores, dependiendo de su tamaño, potencia, la disposición del eje

de rotación (horizontal o vertical), el tipo de generador, etc. También la variedad está dada por la cantidad de palas que posee, si bien es muy común observar los aerogeneradores con 3 aspas, denominados tripalas, de acuerdo a las necesidades existen variedades dentro de los dispositivos de eje horizontal, también existen los bipala utilizados en aquellos que son de uso más doméstico o inclusive los monopala con la misma finalidad, son más económicos (se ahorra una pala) aunque necesitan de un contrapeso en el lado del buje opuesto a la pala para equilibrar el rotor. También están aquellos multipala utilizados en lugares donde el viento escasea, o con más barreras como en la ciudad. Los aerogeneradores pueden trabajar de manera aislada o agrupados en parques eólicos o plantas de generación eólica, distanciados unos de otros, en función del impacto ambiental y de las turbulencias generadas por el movimiento de las palas.

EL AEROGENERADOR

 El multiplicador: Recibe el movimiento giratorio del eje de baja velocidad para aumentar las

revoluciones y devolver una velocidad mucho mayor a través del eje de alta velocidad (eje pequeño), dado que el generador necesita altas revoluciones para generar la suficiente energía eléctrica. Dependiendo de las características del sistema transforma la velocidad de 22 revoluciones por minuto (rpm) a 1500 rpm. Utiliza un sistema de engranajes de distintos tamaños semejante a la caja de cambios de un vehículo, pero con un sistema fijo.

 Frenos: Cuando los vientos son superiores a los 90 km/h es necesario controlar la velocidad de giro

del eje para que no aumenten las revoluciones y así mantener la integridad del generador (hay casos en que el alternador o generador literalmente se queman). Para esto el eje está equipado con un freno de disco mecánico de emergencia. Este freno se complementa al denominado freno aerodinámico que consiste en inclinar el perfil de las palas para evitar que gire a muchas revoluciones. También el freno mecánico se utiliza en caso de fallo del freno aerodinámico, o durante las labores de mantenimiento de la turbina.

 El generador eléctrico (alternador): Ubicado en el extremo opuesto al rotor, conectado al eje

de alta velocidad (eje pequeño). Suele ser un generador asíncrono o de inducción. En los aerogeneradores modernos la potencia máxima suele estar entre 500 y 3000 kW. Los generadores necesitan refrigeración durante su funcionamiento. En la mayoría de turbinas la refrigeración se lleva a cabo mediante encapsulamiento del generador en un conducto, utilizando un gran ventilador para la refrigeración por aire, aunque algunos fabricantes usan generadores refrigerados por agua.

 El controlador electrónico: Es un ordenador que continuamente monitoriza las condiciones del

aerogenerador y que controla el mecanismo de orientación. Trabaja en forma complementada con el

anemómetro y veleta. El primero mide la velocidad del viento y el segundo la dirección. Estos datos

los envía al controlador electrónico que actúa en consecuencia. Por ejemplo manda el dato de la

dirección del viento al motor de orientación para girar la góndola a la dirección correcta o recibe el

dato del anemómetro para frenar la velocidad del rotor en forma aerodinámica o mecánica con el freno. Inclusive en caso de cualquier sobrecalentamiento en el multiplicador o en el generador, automáticamente para el aerogenerador y llama al ordenador del operario encargado de la turbina a través de un enlace telefónico mediante modem.

 La torre: Soporta la góndola y el rotor. Generalmente es una ventaja disponer de una torre alta, dado

que la velocidad del viento aumenta conforme nos alejamos del nivel del suelo. Una turbina moderna de 600 kW tendrá una torre de 40 a 60 metros (la altura de un edificio de 13 a 20 plantas). Las torres pueden ser bien torres tubulares o torres de celosia (estructuras triangulares). Las torres tubulares son más seguras para el personal de mantenimiento de las turbinas ya que pueden usar una escalera interior para acceder a la parte superior de la turbina. La principal ventaja de las torres de celosia es que son más baratas.