La figura 1 muestra los principales componentes de un aerogenerador: multiplicadora, 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 parte de la turbina formada por el buje y las palas. Todos los componentes se alojan juntos en una estructura denominada góndola.
La cantidad de superficie disponible para el viento entrante es clave para aumentar las fuerzas aerodinámicas sobre 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 qué 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 relación de velocidad de punta, se calcula mediante la ecuación 1.
Generador eólico
El viento se utiliza para producir electricidad convirtiendo la energía cinética del aire en movimiento en electricidad. En los aerogeneradores modernos, el viento hace girar las palas del rotor, que convierten la energía cinética en energía rotacional. Esta energía rotacional se transfiere mediante un eje que al generador, produciendo así energía eléctrica.
A medida que la tecnología ha ido mejorando y ampliándose, los costes han disminuido y los factores de capacidad han aumentado. Entre 2010 y 2020, el coste medio ponderado de la electricidad (LCOE) de la energía eólica terrestre se redujo un 56%, de 0,089 USD/kWh a 0,039 USD/kWh. En el mismo periodo, el LCOE de los nuevos proyectos eólicos marinos se redujo aproximadamente a la mitad (48%).
La capacidad de las turbinas eólicas ha aumentado con el tiempo. En 1985, las turbinas típicas tenían una capacidad nominal de 0,05 MW y un diámetro de rotor de 15 metros. En la actualidad, los nuevos proyectos eólicos tienen una capacidad de 3-4 MW en tierra y de 8-12 MW en el mar.
La cantidad de energía que puede obtenerse del viento depende del tamaño de la turbina y de la longitud de sus palas. La producción es proporcional a las dimensiones del rotor y al cubo de la velocidad del viento. En teoría, cuando la velocidad del viento se duplica, el potencial eólico se multiplica por ocho.
Aerogenerador para el hogar
El 9 de noviembre, Día Internacional de los Inventores, se rinde homenaje a todos aquellos que han contribuido a mejorar nuestras vidas. El día se institucionalizó coincidiendo con el nacimiento de Hedy Lamarr (1914-2000), la inventora del espectro ensanchado, a quien debemos la tecnología que se encuentra en dispositivos tan cotidianos como el GPS, el Wi-Fi y el Bluetooth.
Lamarr revolucionó el progreso en el campo de las telecomunicaciones, del mismo modo que Charles F. Brush, Poul la Cour, Albert Betz y Palmer Cosslet Putnam contribuyeron a la tecnología actual de la energía eólica. La preocupación por el uso de energías limpias contribuye actualmente a reducir los niveles de contaminación y los efectos del cambio climático, y los avances tecnológicos en los aerogeneradores han contribuido a situar la energía eólica a la vanguardia de las energías renovables.
En la actualidad, los aerogeneradores se han instalado en todo el mundo, tanto en tierra como en el mar, gracias a Charles F. Brush (1849-1929), un científico estadounidense que, en 1887, construyó la que se dice que fue la primera turbina eólica automática para generar electricidad. Posteriormente, en 1899, el científico danés Poul la Cour (1846-1908) mejoró la turbina eólica al descubrir que construirla con un número reducido de palas del rotor daba mejores resultados y aumentaba la producción de electricidad. Su diseño se considera el primer generador eólico moderno.
Central eólica
Las centrales eólicas producen electricidad instalando 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 red eléctrica y otras consideraciones. En una central eólica a escala comercial, cada turbina genera electricidad que se transmite a una subestación, desde donde se transfiere a la red que alimenta a nuestras comunidades.
Los transformadores reciben CA (corriente alterna) a un voltaje determinado y lo aumentan o disminuyen para suministrar la electricidad necesaria. 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 viviendas 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 luego pueden suministrarse de forma segura a los consumidores de electricidad.
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