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¿Qué es la energía eólica y cómo funciona?

Tabla de contenidos

Guía para entender qué es la energía eólica: definición, funcionamiento y tipos

1. ¿Qué es la energía eólica?​

Si queremos entender qué es la energía eólica debemos saber que se obtiene del viento y podemos definirla como el aprovechamiento de la energía cinética de las masas de aire para convertirse en energía mecánica y ésta en electricidad. La energía del viento, que se aprovecha mediante el uso de aerogeneradores, está relacionada con el movimiento de las masas de aire desde zonas de alta presión atmosférica a zonas de menor presión. Estas zonas de distinta presión se deben al calentamiento desigual de la superficie terrestre por la radiación solar. De este modo, el sol es también responsable de la generación de energía eólica. ​

2. ¿Cómo funciona? ​

La energía eólica se obtiene mediante el uso de aerogeneradores que mueven una turbina transformando la energía cinética del viento en mecánica y después en energía eléctrica. ​Según el tipo de aerogenerador utilizado puede ser necesario que el viento alcance una velocidad mínima que suele empezar entre los 3m/s (10km/h) y los 4m/s (14,4km/h). Esta velocidad es conocida como cut-in speed, y no puede superar los 25m/s (90km/h), esta última sería la velocidad máxima o cut-out speed.​

Para conocer mejor qué es la energía eólica y cómo se produce, explicaremos tanto el funcionamiento de los aerogeneradores.

  • ¿Cuales son las partes de las que consta un aerogenerador?

Un aerogenerador está formado por una turbina eólica situada en una torre y un generador eléctrico que funciona de manera similar a los molinos de viento. ​Para comprender su mecánica es preciso tener claro las piezas que conforman un aerogenerador estándar de eje horizontal:

1. Una torre tubular de acero que puede llegar hasta los 110 metros de actitud.

2. Palas o aspas con longitudes hasta unos 100 metros.

3. Un rotor o turbina eólica, formado por las palas y el eje al que van unidas y dotada de equipos de evaluación de viento.

4. Nacelle o carcasa dentro de la cual se encuentra todo el mecanismo de la turbina, el eje, caja de cambios, el multiplicador, el buje, el generador eléctrico, los sistemas de control, orientación y freno, y el refrigerador para el generador.

5. Un transformador situado en la base de la torre.

  • ¿Cómo funciona un aerogenerador?

El proceso de transformación de la energía eólica en electricidad comienza cuando las aspas de los aerogeneradores son movidas por el viento, transmitendo energía cinética al eje al que están ancladas. Este eje, a su vez, se encuentra conectado al multiplicador, cuya función es aumentar hasta 60 veces más la velocidad del eje rotor. A continuación, éste transmite su movimiento al generador que produce la electricidad que se llevará hasta el transformador. A su vez, el transformador ajusta el voltaje para pasar esta electricidad a la red eléctrica. ​El potencial eólico es la capacidad real que tiene un aerogenerador de absorber la energía del viento. Debido a la desaceleración que sufre el viento a través del aerogenerador, solo el 59% de la energía cinética se puede convertir en energía mecánica.

  • ¿Cuáles son los distintos tipos de aerogeneradores?

Asimismo, existen diferentes tipos de aerogeneradores, dependiendo de su potencia, la disposición de su eje de rotación, el tipo de generador, etc. ​A la hora de definir qué es la energía eólica podemos distinguir dos principales tipos de aerogeneradores, los de eje horizontal y los de eje vertical; pero también son destacables los nuevos aerogeneradores sin aspas y los aerogeneradores offshore.​

Aerogeneradores de eje horizontal

Son el tipo predominante de aerogeneradores, su eje de rotación es paralelo al suelo y suelen usarse en los parques eólicos. También pueden denominarse HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine). Su eje de rotación principal  se encuentra en la parte superior de la torre y se orienta al viento. Los aerogeneradores pequeños se orientan mediante una veleta, mientras que los más grandes utilizan un sensor de dirección orientándose por servomotores o motorreductores.

Existen dos tipologías principales de generadores eléctricos: ​con y sin caja multiplicadora. Los aerogeneradores que no requieren multiplicador se conocen como «direct-drive» y sus generadores se llaman multipolo.​ Estos están diseñados para trabajar con velocidades de viento que varían entre un promedio de 3m/s (velocidad de conexión) y 25m/s (velocidad de corte). Cuando la velocidad del viento supera la velocidad de conexión el aerogenerador comienza a producir energía eléctrica. A medida que la velocidad del viento aumenta, también se genera más potencia, siguiendo la curva.

Principales desventajas

  • Toda la maquinaria y el control del aerogenerador deben estar situados a gran altura y soportados por una estructura que resista el peso.​
  • Es necesario cableado para conducir la corriente generada y las señales enviadas al sistema de control
  • Cuando se produce alguna avería es necesario subir a la Nacelle.

Tipos de aerogeneradores de eje horizontal

Aerogeneradores de eje horizontal lentos

Cuentan con muchas palas o aspas. Suelen contar con un timón-veleta como sistema de orientación cuya función es situar el plano de la hélice siempre perpendicular a la dirección del viento.​

Aerogeneradores de eje horizontal rápidos

Presentan pocas palas y su potencia por unidad de peso es mucho mayor con respeto a los aerogeneradores lentos. De esta manera cuentan con ventajas como la capacidad de aprovechar el efecto del aumento de la velocidad del viento con la altura.​

​Aerogeneradores de eje vertical

Los generadores de eje vertical cuentan con un eje de rotación perpendicular al suelo. También se denominan VAWT ​ (Vertical Axis Wind Turbine), en contraposición a los de eje horizontal o HAWT. Sus ventajas son las siguientes:​

  • Ocupan menos superficie ya que se pueden situar más cerca unos de otros, debido a que no producen el efecto de frenado de aire propio de los HAWT.​
  • Sus palas son omnidireccionales, por lo que no necesitan un mecanismo de orientación respecto al viento.​
  • Se pueden colocar más cerca del suelo y cuentan con un mantenimiento más sencillo, ya que funcionan con una menor velocidad del viento.​
  • Son mucho más silenciosos que los HAWT.​
  • Son idóneos para instalaciones pequeñas (de menos de 10 kW) debido a la facilidad de instalación y el menor tamaño.

Mientras que sus desventajas son:​

  • No aprovechan las corrientes de aire de mayor altura y mayor velocidad al estar cerca del suelo.​
  • Presentan baja eficiencia.​
  • Suponen un mayor gasto en materiales por metro cuadrado de superficie ocupada.​
  • No son de arranque automático, requieren conexión a la red para arrancar utilizando el generador como motor.​
  • Cuentan con menor estabilidad y mayores problemas de fiabilidad. Las palas del rotor tienen tendencia a doblarse o romperse con fuertes vientos.​

En los aerogeneradores de eje vertical, el rotor del eje puede ser de arrastre diferencial, con o sin pantalla (Savonius), de variación cíclica de incidencia (Darrieus), o una mezcla de ambos (Darrieus-Savonius).

Tipos de aerogeneradores ​de eje vertical:

Aerogenerador vertical Savonius​

Se denomina de arrastre diferencial, ya que su rotor se basa en la diferente fuerza que ejerce el viento sobre las aspas en forma de cazoletas semiesféricas o semicilíndricas. De esta manera, la acción del viento tiene distinta fuerza en la parte cóncava y en la convexa.​ Para eliminar el efecto nocivo de la fuerza que actúa sobre la cazoleta inferior, se puede incorporar al rotor una pantalla orientable por medio de un timón-veleta y un sistema de deflectores que facilite la canalización del flujo de aire sobre las palas activas.

Aerogenerador vertical Darrieus​

​El rotor de variación cíclica de incidencia está formado por un conjunto de álabes unidos entre sí, que pueden girar alrededor de un eje vertical y cuya sección recta tiene forma de un perfil aerodinámico. Los álabes presentan una forma arqueada, son biconvexos y pueden tener diversas formas. El giro del rotor está provocado por la acción aerodinámica del viento sobre los álabes, lo que origina fuerzas aerodinámicas que dan lugar al par de rotación.

Aerogenerador vertical Darrieus​-Savonius

En este caso el par de arranque es muy pequeño y en la práctica requiere un arranque auxiliar. Por eso, en algunos prototipos se combina un rotor Savonius para facilitar el arranque del primero, dando lugar a los rotores mixtos.​ La principal ventaja que representa el rotor Savonius frente al Darrieus, es la sencillez de su construcción y mejores valores para el par de arranque a bajas velocidades.​

Aerogenerador sin aspas Vortex Bladeless ​

​Este tipo de aerogeneradores sin aspas, eliminan los impactos ambientales que causan las aspas y son más económicos que los convencionales. El aerogenerador Vortex Bladeless desarrollado por una empresa española está fabricado en fibra de carbono y produce electricidad mediante un efecto físico que tiene lugar cuando el viento choca contra la estructura. Esto hace que se produzcan unos remolinos alrededor que hacen que éste empiece a oscilar y se genera la energía mecánica suficiente para obtener electricidad mediante su transformación.

Entre sus ventajas respecto a los otros tipos de aerogeneradores destacan:​

  • Ocupan menos superficie.​
  • Las aves no corren peligro.​
  • Se reduce el impacto paisajístico.​
  • Reducen el ruido producido y se pueden instalar más cerca de los núcleos de consumo.​
  • Su construcción es más económica siendo un 53% más barato que uno convencional.​
  • No genera ningún tipo de residuo de lubricantes por no tener engranajes.​
  • Pueden reducir la huella de carbono en un 40%.​
  • Son ideales para las plantas offshore por su facilidad de instalación y mantenimiento.​

Sin embargo, su principal desventaja es que producen un 30% menos de energía que un aerogenerador tradicional.​

3. Tipos de energía eólica para viviendas

Por otra parte, para viviendas se suelen emplear aerogeneradores de microeólica o minieólica, para llevar a cabo microgeneración o minigeneración de energía eólica.​

Microeólica

Los generadores de microeólica son para uso personal y van desde 50W hasta unos pocos KW. Estos dispositivos se colocan en un mástil sin necesidad de cables de anclaje en un lugar expuesto al viento, como por ejemplo en el tejado.​ La energía microeólica es más eficiente si se genera la electricidad cerca del lugar donde se consume, puesto que se minimizan las pérdidas en el transporte y además es posible almacenar la energía en baterías.​

Minieólica

Los miniaerogeneradores se utilizan en zonas aisladas donde existe un gran coste para llevar la energía de la red eléctrica, donde también pueden ir acompañados de paneles solares fotovoltaicos.​ También sirven para instalaciones con un alto índice de consumo eléctrico que quieren reducirlo, con el objetivo de consumir la energía que necesiten y vender la sobrante a la red.​ ​La minieólica sólo se diferencia de la microeólica en que el aerogenerador cuenta con una potencia superior que no debe superar los 100KW. Los miniaerogeneradores se utilizan en zonas aisladas donde existe un gran coste para llevar la energía de la red eléctrica.​ Éstos también sirven para instalaciones que quieren reducir su consumo y vender la energía sobrante a la red.

¿Conoces las ventajas y desventajas de este tipo de energía? Ahora que ya sabes qué es la energía eólica, descubre todas sus ventajas y desventajas aquí.

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