ENERGÍA EÓLICA O CÓMO TRANSFORMAR EL VIENTO EN ELECTRICIDAD

ENERGÍA EÓLICA O CÓMO TRANSFORMAR EL
VIENTO EN ELECTRICIDAD
¿Qué es la energía eólica?
La energía eólica no es otra cosa que la energía cinética del viento que generan
las corrientes de aire. Se trata de un tipo de energía cinética producida por el efecto
de las corrientes de aire. Esta energía la podemos convertir en electricidad a través
de un generador eléctrico. Es una energía renovable, limpia, que no contamina y que
ayuda a reemplazar la energía producida a través de los combustibles fósiles.
Esta fuente de origen renovable se transforma en otras energías aprovechables, como
es el caso de la eléctrica.
El aprovechamiento de la fuerza del viento no es algo nuevo. Al contrario:
hace siglos que se utiliza para mover barcos o moler grano en los antiguos molinos
de viento. Transformar esa energía en electricidad no era más que una mera cuestión
de tiempo y así fue como surgieron las primeras instalaciones de turbinas eólicas con
este fin en el siglo XX.
Todos nosotros nos maravillamos con la idea de generar nuestra propia energía de
manera ecológica y claro con la menor inversión posible, escuchamos noticias y
vemos y leemos artículos sobre las grandes empresas que producen energía con el
poder del viento y si nos animamos intentaremos aplicarlo en menor escala con una
TURBINA EÓLICA para uso residencial las cuales son de capacidades que van desde
los 300w hasta los 10kw y son fáciles de conseguir comprándolas por Internet, sin
embargo no siempre sera la mejor alternativa para generar electricidad en nuestra
casa ya que finalmente depende de un factor que aun nadie logra controlar o predecir
a voluntad: "LA VELOCIDAD DEL VIENTO".
A diferencia de los molinos de viento de bombeo de agua que los inspiraron, los
aerogeneradores modernos generan electricidad. Pero varios rompecabezas de
ingeniería aún deben resolverse para que la energía eólica esté disponible en todas
las comunidades.
Los Países Bajos están «sembrados» de
molinos. Son uno de los rasgos de identidad
de un país que desde hace siglos lucha
contra el agua. De hecho, el uso tradicional
de estos ingenios, era drenar el agua desde
las tierras que están bajo el nivel del mar
hasta los ríos al otro lado de los diques, para
así poder cultivar la tierra.
No solo para crear nuevas tierras de cultivo. Los molinos de viento holandeses
también tenían otros usos, como moler el grano o serrar madera. Hoy son solo un
recuerdo del pasado del país, pero algunos forman parte del Patrimonio
Mundial, como es el caso de Kinderjik, un grupo de 19 molinos ubicados en una de
las zonas más hermosas de los Países Bajos.
https://windpower.org/composite-188.htm
¿CÓMO FUNCIONA UN GENERADOR
EÓLICO?
Después de tanto hablar sobre la energía eólica, me pareció buena idea explicar a
grandes rasgos su funcionamiento y los componentes principales que lo hacen
posibile.
La energía del viento
hace mover las paletas
de los generadores.
Debido a la forma que
tienen las paletas
(mismo concepto del
ala de un avión), se
genera una diferencia
de presiones que
produce la fuerza
necesaria
para
desencadenar
el
movimiento rotatorio
en el eje principal del
generador eólico (ver
esquema
a
continuación).
El eje principal se acopla a una multiplicadora (que es un juego de engranajes) para
que la rotación del eje a la salida de la multiplicadora sea apta para la generacion
eléctrica en el generador.
En el generador es donde se produce la electricidad, y su principio de
funcionamiento es básicamente el de un motor eléctrico conectado de manera
inversa. Si a un motor eléctrico se le entrega electricidad, este entregará energía de
rotación. Si a un generador se le entrega energía de rotación, éste, entrega energía
eléctrica.
Esta energía eléctrica va a un transformador, el cual convierte la energía eléctrica
para transportar la energía por los cables de la manera más eficiente posible.
Veamos en más detalle sus componentes:
Sistema hidráulico para la rotación de las paletas: este sistema se encuentra
en los generadores eólicos más modernos. Es un sistema que hace girar las paletas
en su propio eje en función de la velocidad del viento. Este sistema aumenta
notablemente la eficiencia del generador eólico.
Rodamiento principal: este gran rodamiento es el punto de apoyo para el eje
principal.
Multiplicadora: adentro se encuentra un juego de engranajes para hacer que el
movimiento rotatorio del eje principal, se multiplique a una velocidad de giro mayor,
más cercana a la velocidad de giro de sincronización del generador. Se necesita llegar
a esta velocidad de sincronización para que el generador produzca la energía
eléctrica con la frecuencia adecuada para la red eléctrica. La multiplicadora ayuda
en parte a que los generadores sean más silenciosos. En parte porque las
multiplicadoras son las que generan una buena parte del ruido molesto de los
generadores, pero con este sistema se logra que las paletas de los molinos giren a una
velocidad mucho menor generando así mucho menor ruido entre paleta y el aire y
además aumenta notablemente la durabilidad y seguridad de las paletas.
Motores para rotación de la torre: Los molinos cuentan con un sistema de giro
de la torre para que el viento llegue al molino lo más de frente posible. Los sensores
metereológicos registran de donde viene el viento y le mandan la señal a los motores
eléctricos para mover al lugar indicado.
Freno: El generador eólico es frenado cuando se detectan vientos muy fuertes que
comprometen la seguridad. También es aplicado en las paradas de emergencia o en
paradas de mantenimiento.
Sistema de enfriamiento: El constante movimiento de rotación y a velocidades
del rango de los 1500rpm, se genera energía calórica debido a la fricción entre los
engranajes. La temperatura del aceite debe ser controlada con este sistema de
enfriamiento para acondicionar la temperatura a la temperatura de funcionamiento
de la multiplicadora.
Generador: Convierte la energia de rotación en energía eléctrica. Cuenta con un
sistema de control para conectar y desconectar de la red eléctrica.
Instrumentos metereológicos: Estos sensores miden la velocidad, la aceleración
y la dirección del viento. Toda esta información va a un sistema que controla la
rotacion de las paletas, la rotacion de la torre, el acople del generador con la red, las
paradas de emergencia, entre otras funciones.
PARTES DE UN AEROGENERADOR
Los elementos de que consta una máquina eólica se dividen en los siguientes
sistemas:
Soportes (torres o tirantes)
Sistema de captación (rotor)
Sistema de orientación
Sistema de regulación (controlan la velocidad de rotación)
Sistema de transmisión (ejes y multiplicador)
Sistema de generación (generador)

PARTES
Los elementos de que consta una máquina eólica se dividen en los siguientes
sistemas:
Soportes (torres o tirantes)

Sistema de captación (rotor)

Sistema de orientación

Sistema de regulación (controlan
velocidad de rotación)

Sistema
de
transmisión
(ejes
multiplicador)

Sistema de generación (generador)

la
y
TORRE
Es el elemento de sujeción y el que sitúa el rotor
y los mecanismos que lo acompañan a la altura
idónea. Está construida sobre una base de
hormigón armado (cimentación) y fijado a ésta
con pernos. La torre tiene forma tubular y debe
ser suficientemente resistente para aguantar todo el peso y los esfuerzos del viento,
la nieve, etc. En su base está generalmente el armario eléctrico, a través del cual se
actúa sobre los elementos de generación y que alberga todo el sistema de cableado
que proviene de la góndola, así como el transformador que eleva la tensión. Dispone
de escalas para acceder a la parte superior.
ROTOR
Es el elemento que capta la energía del viento y la transforma en energía mecánica.
A su vez, el rotor se compone de tres partes fundamentales: las palas (que capturan
la energía contenida en el viento), el eje (que transmite el movimiento giratorio de
las palas al aerogenerador) y el buje (que fija las palas al eje de baja velocidad).
Las palas son los elementos más importantes, pues son las que reciben la fuerza del
viento y se mueven gracias a su diseño aerodinámico. Están fabricadas con plástico
(resina de poliéster) reforzado con fibra de vidrio, sobre una estructura resistente, y
su tamaño depende de la tecnología empleada y de la velocidad del viento. También
podemos encontrar palas que usen fibra de carbono o aramidas (Kevlar) como
material de refuerzo, pero normalmente estas palas son antieconómicas para
grandes aerogeneradores.
Según la orientación de las palas respecto al viento, tenemos aerogeneradores a
barlovento o a sotavento. Las palas están en configuración de barlovento cuando se
enfrentan al viento y sotavento cuando se mueven con el viento que sale tras la
góndola. La gran mayoría de los grandes aerogeneradores son de eje horizontal y
barlovento, mientras que los aerogeneradores de pequeño tamaño son de tipo
sotavento y orientación por veleta.
Como vimos anteriormente, la potencia obtenida depende, entre otros factores de la
superficie de captación, es decir, del tamaño del rotor.
GÓNDOLA
Es la estructura en la que se resguardan los elementos básicos de transformación de
la energía, es decir: multiplicador, eje del rotor, generador y sistemas auxiliares.
MULTIPLICADOR
Es un elemento conectado al rotor que multiplica la velocidad de rotación del eje
(unas 50 veces) para alcanzar el elevado número de revoluciones que necesitan las
dinamos y los alternadores.
Dentro de los multiplicadores se distinguen dos tipos: los de poleas dentadas y los
de engranaje.
 Multiplicadores de poleas dentadas. Se utilizan para rotores de baja potencia
 Multiplicadores de engranaje.
En este tipo de multiplicadores los engranajes están
protegidos en cajas blindadas para evitar su desajuste y desengrasado.
Aunque la mayoría de los aerogeneradores tienen multiplicador, existen algunos
rotores que no lo necesitan.
SISTEMA HIDRÁULICO
Utilizado para restaurar los frenos aerodinámicos del aerogenerador.
EJE DE ALTA VELOCIDAD
Gira aproximadamente a 1.500 revoluciones por minuto (r.p.m.), lo que permite el
funcionamiento del generador eléctrico. Está equipado con un freno de disco
mecánico de emergencia. El freno mecánico se utiliza en caso de fallo del freno
aerodinámico, o durante las labores de mantenimiento de la turbina.
GENERADOR
La función del generador es transformar la energía mecánica en energía eléctrica. En
función de la potencia del aerogenerador se utilizan dinamos (son generadores
de corriente continua y se usan en aerogeneradores de pequeña potencia, que
almacenan la energía eléctrica en baterías) o alternadores (son generadores
de corriente alterna). La potencia máxima suele estar entre 500 y 4000 kilovatios
(kW).
MECANISMO DE ORIENTACIÓN
Activado por el controlador electrónico, que vigila la dirección del viento utilizando
la veleta. Normalmente, la turbina sólo se orientará unos pocos grados cada vez,
cuando el viento cambia de dirección.
CONTROLADOR ELECTRÓNICO
Tiene un ordenador que continuamente monitoriza las condiciones del
aerogenerador y que controla el mecanismo de orientación. En caso de cualquier
disfunción (por ejemplo, un sobrecalentamiento en el multiplicador o en el
generador), automáticamente detiene el aerogenerador.
UNIDAD DE REFRIGERACIÓN
Contiene un ventilador eléctrico utilizado para enfriar el generador eléctrico.
Además, contiene una unidad de refrigeración de aceite empleada para enfriar el
aceite del multiplicador. Algunas turbinas tienen generadores enfriados por agua.
SISTEMA DE FRENADO
El sistema de frenado es un sistema de seguridad que cuenta con discos que
ayudan en situaciones de emergencia o de mantenimiento parar el molino y evitar
daños en las estructuras.
SISTEMA DE CONTROL
El molino eólico está totalmente controlado y automatizado por el sistema de
control. Este sistema está formado por ordenadores que manejan la información
que suministran la veleta y el anemómetro colocados encima de la góndola. De esta
forma, conociendo las condiciones meteorológicas, se puede orientar mejor al
molino y las palas para optimizar la generación de energía con el viento que sopla.
Toda la información que reciben sobre el estado de la turbina se puede enviar de
forma remota a un servidor central y tenerlo todo controlado. En caso de que las
velocidades del viento o las condiciones meteorológicas puedan dañar la estructura
del aerogenerador, con el sistema de control se puede conocer rápido la situación y
activar el sistema de frenado, evitando así daños.
Gracias a todas estas partes del aerogenerador se puede generar energía
eléctrica a partir del viento de una forma renovable y no contaminante para el
medioambiente.
TIPOS DE AEROGENERADORES
A) Aerogeneradores eólicos de Eje Horizontal (AEH)
La hélice del rotor está
montada sobre un eje
horizontal.
El
aerogenerador se orienta en
la dirección del viento por
medio
de
una
cola
direccional que puede ser
pasiva (tipo veleta) o activa
(motorizada). Los AEH son
sensibles a los cambios en la
dirección del viento y a la
turbulencia, lo cual tiene un
efecto negativo en el
rendimiento debido a que desvían la turbina y ello requiere el reposicionamiento de
la misma en la dirección del flujo del viento. Los mejores lugares para AEH son áreas
abiertas con flujo de aire suave y pocos obstáculos.
B) Aerogeneradores eólicos de Eje Vertical (AEV)
Las turbinas de eje vertical (AEV) generalmente se desarrollan sólo para el entorno
urbano. Los cambios en la dirección del viento tienen menos efectos negativos en
este tipo de turbina, ya que no necesita ser colocada en la dirección del viento. Sin
embargo, la eficacia global de estas turbinas para producir electricidad es más baja
que en las AEH.
Estas turbinas se clasifican según el principio utilizado para capturar el flujo del
viento como:


Savonius (utilizan la resistencia aerodinámica para extraer la energía a partir del
viento)
Darrieus y Rotor H(utilizan fuerza de elevación del aire por sustentación).
Eje vertical tipo Darrieus
Eje vertical tipo Rotor H
Para el tipo Savonius, el viento empuja las palas, lo que implica que la velocidad de
rotación es siempre menor que la velocidad del viento. Por el contrario, la forma del
rotor del tipo Darrieus y el tipo Rotor H hace posible al rotor girar más rápido que
la velocidad del viento.
La diferencia entre el tipo de Daerrieus y Rotor H es que el primero tiene las palas
curvas y el segundo las palas rectas.
ANEMÓMETRO Y VELETA
Se utilizan para medir la velocidad y la dirección del viento. Las señales electrónicas
del anemómetro son utilizadas por el controlador electrónico del aerogenerador para
conectar el aerogenerador cuando el viento alcanza aproximadamente 5 m/s (18
km/h). El ordenador parará el aerogenerador automáticamente si la velocidad del
viento excede de 25 m/s (90 km/h), con el fin de proteger a la turbina y sus
alrededores. Las señales de la veleta son utilizadas por el controlador electrónico del
aerogenerador para girar al aerogenerador en contra del viento, utilizando el
mecanismo de orientación.
¿QUÉ ES UN ANEMÓMETRO?
Los anemómetros son instrumentos creados con el objetivo principal de calcular
de manera instantánea la fuerza del viento y la velocidad del mismo. Estos son
equipos imprescindibles en eventos deportivos en donde el viento juegue un
papel importante en el desempeño del evento. Este calcula a pesar de marcar de
manera inmediata la velocidad del viento, se suele medir con intervalos de 10
minutos y se toma un aproximado de todas las medidas arrojadas por el dispositivo
debido a que las ráfagas del aire evitan arrojar un número exacto.
El anemómetro es un aparato que juega un rol
importante dentro del área de la meteorología,
permitiendo medir la intensidad del viento. Los
más comunes se componen de un sistema de
pequeñas aspas y en sus extremos pequeñas
cuencas las cuales se les permite oscilar, cuando el
viento sopla esta gira y de esta forma arroja los
resultados en el dispositivo.
VELETA es un instrumento utilizado para medir la dirección del flujo del viento.
Para construir el anemómetro, hay diferentes tipos y diseños basados en la forma y
estructura.
Pero para la construcción de una veleta, el diseño y la forma son casi iguales.
Concepto básico de la veleta es un lado debe ser muy plano y otra parte debe ser
redondos y pequeños.
MATERIALES NECESARIOS:
1. Delgadas (3 a 4 mm) Arcylic / hoja de policarbonato
2. 4wire 6 alambre de aro http://www.ebay.in/itm/12-5mm-300Rpm-6-WiresCIRC...
3. magnetómetro de 3 ejes (HMC5883L)
4. Rodamiento de bolitas (625)
5. tubo de pvc de 1/2 pulgada
6. Espesor relleno
7. Feviquik/Anabond
Paso 8:
Tomar un tubo de pcv de línea de agua de 1/2 pulgada y pegar un anillo de
deslizamiento en la parte superior de la tubería.
Tomar un relleno grueso como hicimos para anemómetro, fijar sobre la parte
superior del aro.
Introduzca los 4 cables de deslizamiento del anillo dentro de la recarga.
https://www.imn.ac.cr/mapa
https://www.imn.ac.cr/web/imn/reporte-pronostico-regional
https://goo.gl/maps/TWFgzyNvNwZwJmQv5
EL CLIMA EN COSTA RICA
Vientos que afectan a Costa Rica
En la zona entre los trópicos de Cáncer y de Capricornio existen dos zonas de
convergencia intertropical: una hacia el Norte y otra hacia el Sur, respectivamente.
Costa Rica se encuentra influida por la ubicada hacia el Norte. Al localizarse Costa
Rica más cerca del ecuador que el resto de América Central provoca la estación
seca predominante en la vertiente del Pacífico; de mayo a noviembre, esta zona se
localiza sobre América Central provocando la estación lluviosa en el país. En la
siguiente animación se observa el origen y desplazamientos a los vientos que
afectan a Costa Rica en algunos períodos del año.
Vientos que afectan a Costa Rica
Durante el movimiento de la zona de convergencia intertropical (ZCIT), en estación
seca, se presentan en el país los vientos del Este y Noreste (de noviembre a mayo),
mientras que en la estación lluviosa están los vientos del Sur, Sureste y Suroeste (de
mayo a noviembre).
El clima de Costa Rica se encuentra definido por los vientos alisios, así como por la
influencia de las montañas, las cuales tienen una dirección de Noroeste a Sureste;
por lo tanto, se definen tres grandes áreas climáticas:
 Vertiente del Caribe y zona Norte, con una estación lluviosa casi permanente
durante el año y una alta humedad relativa. En la zona del Caribe, se encuentra el
Parque Nacional Tortuguero. Es considerado el área de mayor humedad de Costa
Rica y con un alto régimen pluvial: alcanza hasta los 6 000 mm de lluvia anuales.
 Vertiente del Pacífico, con dos estaciones: una seca y otra lluviosa. En esta
vertiente, se encuentran tres secciones: Pacífico Sur, Pacífico Central y Pacífico
Norte. Todas cuentan con características climáticas distintas producto del régimen
pluvial, el cual disminuye considerablemente hacia el Norte; de manera tal que el
Pacífico Sur es la región de mayor humedad en la zona, con un alto régimen pluvial.
Zona montañosa. Atraviesa el país de Noroeste a Sureste, y modifica el clima de
Costa Rica. Las temperaturas disminuyen con un gradiente vertical de 0,6 °C por
cada 100 m. Presenta dos vertientes: Pacífica y Caribe; la Caribe es la más húmeda
por su posición en sotavento; caso contrario del Pacífico (Vargas, 2006, p. 150).
Regímenes climáticos
Como se describió, los vientos alisios y la presencia del sistema montañoso principal
de Costa Rica determinan las características climáticas. Las dos condiciones influyen
en la variedad y distribución de las temperaturas, así como en el régimen pluvial de
las diferentes zonas del país.
Cabe destacar que Costa Rica cuenta con una temperatura media que fluctúa entre
los 22°C y 27°C anuales; sin embargo, localmente, la diferencia altitudinal permite
que se presenten temperaturas inferiores a los 14°C en las partes altas o montañosas.
Por ejemplo, es el caso de la cima del Volcán Irazú; o Villa Mills, en el Cerro de la
Muerte.
Tal diferencia de temperaturas influye, por lo tanto, en que el país cuente con zonas
de altas temperaturas como las cercanas a las costas; v.g., la ciudad de Puntarenas
que cuenta con temperaturas superiores a los 32°C. Hay zonas de temperaturas
medias, como el caso del Valle Central con temperaturas medias de 22°C; y zonas de
bajas temperaturas, como el Cerro del Muerte, donde se han presentado
temperaturas inferiores a los 0°C.
https://multimedia.uned.ac.cr/pem/climatologia/5climas/52clima.html
https://ecoinventos.com/suecia-primer-pais-producir-comercialmente-energia-olas/
https://ecoinventos.com/como-calcular-tamano-instalacion-domestica-energia-solar/