Un aerogenerador es un molino de viento que convierte la energía cinética del viento en un movimiento giratorio para generar electricidad. Estas turbinas eólicas son un elemento esencial para la generación de energía eólica.
La energía eólica es una fuente de energía renovable que produce energía eléctrica gracias a la fuerza del viento. Los aerogeneradores están diseñados de una forma aerodinámica para convertir la fuerza del viento en energía mecánica y posteriormente en electricidad en un alternador.
Los parques eólicos están compuestos por varios aerogeneradores. El propósito de los parques eólicos es la producción de energía eléctrica para poder suministrarla a la red eléctrica.
La frecuencia alimentada a la conexión de red debe ser constante a 50 Hz en Europa y 60 Hz en América. La electricidad producida se envía a una serie de convertidores antes de alimentar la energía a la red.
La vida útil de los aerogeneradores que se instalan actualmente es cercana a los 25 años.
¿Cómo funciona un aerogenerador?
El funcionamiento de un aerogenerador se basa en una serie de pasos ingeniosamente diseñados que convergen para aprovechar la fuerza del viento y convertirla en electricidad.
En primer lugar, las palas del aerogenerador están diseñadas aerodinámicamente para capturar el impulso del viento a medida que este sopla. El viento choca contra ellas, generando una fuerza que las hace girar. Este movimiento giratorio se transmite al rotor, que está conectado a un eje principal situado en el corazón del aerogenerador.
Este eje principal se convierte en el punto focal de la transformación de la energía. A medida que las palas giran y el rotor se mueve, la energía cinética del viento se canaliza hacia una caja de cambios. En este paso, la caja de cambios realiza una hazaña mecánica ingeniosa: transforma el movimiento lento pero poderoso del rotor en un movimiento rápido y de menor fuerza en el eje de la generación.
Este eje de generación conectado a la caja de cambios, a su vez, está vinculado a un generador eléctrico. El generador contiene imanes y bobinas de alambre que interactúan de manera sorprendente para generar corriente eléctrica alterna (CA). Esta corriente eléctrica recién creada es el producto tangible de la energía cinética del viento.
Tipos de aerogeneradores
Existen dos tipos de aerogeneradores según la posición del eje del rotor:
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Aerogeneradores de eje horizontal : en los que el rotor se orienta, activa o pasivamente, paralelo a la dirección de origen del viento.
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Aerogeneradores de eje vertical : cuya orientación es independiente de la dirección de origen del viento.
Generador eólico de eje horizontal
Un generador de viento de eje horizontal de rotación en el suelo está formado por una torre de acero con alturas entre 60 y 100 metros. En la parte superior de la torre hay una góndola dónde se sitúan los elementos más importantes de la máquina:
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Las palas que capturan la energía del viento. Las palas tienen una longitud de entre 20 y 60 metros de largo.
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El rotor convierte la energía del viento en energía mecánica.
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Una caja de engranajes para cambiar la relación de velocidad angular y potencia para poder tener unos valores óptimos para el funcionamiento del generador eléctrico. Sin embargo, algunos aerogeneradores utilizan otras técnicas para realizar esta operación.
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El generador eléctrico impulsado por por el rotor que es el que transforma la energía mecánica en electricidad.
Este tipo de aerogenerador puede generar una potencia muy variable, que puede ir desde unos pocos kW hasta 5-6 MW, dependiendo del viento del lugar y la climatología.
Los aerogeneradores tradicionales tienen, casi sin excepción, el eje de rotación horizontal.
Las palas de este tipo de aerogeneradores están hechas de madera o poliéster o epoxy reforzado con fibra de vidrio.
Generador eólico de eje vertical
Este tipo de molino de viento se caracteriza por tener menos partes móviles en su estructura. Esta simplicidad le confiere una alta resistencia a fuertes ráfagas de viento y la capacidad de aprovechar cualquier dirección del viento sin tener que orientarse constantemente.
Los aerogeneradores de eje vertical son máquinas muy versátiles. Estas máquinas se pueden utilizar tanto para uso doméstico como para producción centralizada de electricidad del orden de los megavatios. Una sola turbina satisface las necesidades eléctricas de unas 1000 viviendas en promedio.
La diferencia sustancial en comparación con las turbinas de eje horizontal es la fuerte variación de par en las palas durante la rotación. Esta variación provoca una gran fatiga y riesgo de rotura.
Velocidad máxima y mínima de funcionamiento
El rango de velocidades de viento se encuentra en una mediana de 4 a 22 m/s.
Todos los aerogeneradores requieren una velocidad mínima del viento ( corte ) de 3 a 5 m/s para girar. Cuando la velocidad llega a los 12 a 14 m/s ya puede entregar potencia eléctrica.
Por otro lado, con vientos muy fuertes 20–25 m/s, el sistema de frenado bloquea el aerogenerador por razones de seguridad. El bloqueo se puede realizar con frenos que bloquean el rotor o mediante el giro de las palas para modificar la aerodinámica y el viento no las pueda impulsar.