¿Cómo arranca un molino eólico?

Molinos de viento

Componentes del aerogenerador : 1-Cimientos, 2-Conexión a la red eléctrica, 3-Torre, 4-Escalera de acceso, 5-Control de la orientación del viento (control de guiñada), 6-Nacelle, 7-Generador, 8-Anemómetro, 9-Freno eléctrico o mecánico, 10-Caja de engranajes, 11-Pala del rotor, 12-Control del paso de la pala, 13-Cubo del rotor

El diseño de un aerogenerador es el proceso de definir la forma y la configuración de una turbina eólica para extraer energía del viento[1]. Una instalación consta de los sistemas necesarios para captar la energía del viento, orientar la turbina hacia el viento, convertir la rotación mecánica en energía eléctrica y otros sistemas para arrancar, parar y controlar la turbina.

En 1919, el físico alemán Albert Betz demostró que para una hipotética máquina ideal de extracción de energía eólica, las leyes fundamentales de conservación de la masa y la energía no permitían capturar más de 16/27 (59,3%) de la energía cinética del viento. A este límite de la ley de Betz se pueden acercar los diseños modernos de turbinas, que alcanzan entre el 70 y el 80% de este límite teórico.

Además de las palas, el diseño de un sistema eólico completo debe tener en cuenta el buje, los controles, el generador, la estructura de soporte y los cimientos. Las turbinas también deben integrarse en las redes eléctricas.

Aerogeneradores

Antes de responder a estas dos importantes preguntas, echemos un vistazo a la historia de la humanidad en el aprovechamiento de la fuerza gratuita del viento para obtener energía mecánica y, a continuación, pasemos a definir claramente algunos términos que necesitaremos para procesar las respuestas.

La humanidad lleva mucho tiempo aprovechando la energía del viento para obtener energía mecánica. La energía eólica se utilizaba para propulsar barcos desde los primeros tiempos de los egipcios. Durante siglos hemos utilizado molinos de viento de todo tipo para moler grano, bombear agua, serrar madera o incluso cortar piedra. Puede que nuestros aerogeneradores actuales sean más elegantes, pero el principio sigue siendo el mismo: convertir la energía cinética en energía mecánica utilizable. Modernamente, esta ecuación se ha convertido en convertir la energía eólica en electricidad limpia y renovable.

En este blog, analizaremos estos gigantes y veremos cómo funcionan y a qué velocidad giran, y luego pasaremos a explorar las turbinas eólicas y los sistemas generadores de uso doméstico y cómo funcionan – que, alerta de spoiler, los generadores eólicos de uso doméstico utilizan básicamente los mismos principios que estas turbinas eólicas industriales gigantes con algunas ligeras diferencias. A continuación, exploraremos cómo la energía limpia y renovable de la energía eólica puede ayudarnos a salvar el planeta.

Parques eólicos

La energía eólica, que transforma en electricidad la fuerza de un recurso inagotable como el viento, es una inversión sostenible y valiosa para el futuro. El aprovechamiento del viento requiere la construcción de parques eólicos, en tierra o en alta mar, con decenas de aerogeneradores. Estos gigantes han pasado a formar parte del paisaje en los últimos años, pero ¿sabemos cómo funcionan?

¿Cómo se genera el viento? La radiación solar no afecta por igual a la superficie terrestre: algunas zonas son más cálidas que otras, y en ellas el aire, que pesa menos, tiende a ascender, creando zonas de baja presión, mientras que en las zonas más frías el aire desciende y pesa más, creando zonas de alta presión. La diferencia de presión hace que el aire se mueva y crea el viento, un elemento tan poderoso que puede utilizarse para generar energía.

La energía eólica es la que se obtiene de la fuerza del viento. ¿Cómo? A través de un aerogenerador que transforma la energía cinética de las corrientes de aire en energía eléctrica. La energía se extrae principalmente con el rotor, que transforma la energía cinética en energía mecánica, y con el generador, que transforma esta energía mecánica en energía eléctrica. Hablamos de una energía renovable, eficiente, madura y segura, clave para la transición energética y la descarbonización de la economía.

Energía eólica

Los aerogeneradores funcionan según un principio muy sencillo: en lugar de utilizar electricidad para generar viento -como un ventilador-, los aerogeneradores utilizan el viento para generar electricidad. El viento hace girar las palas de la turbina alrededor de un rotor, que a su vez hace girar un generador que genera electricidad.

Los aerogeneradores de eje horizontal son los que la mayoría de la gente imagina cuando piensa en turbinas eólicas: suelen tener tres palas y funcionan «contra el viento», con la turbina pivotando en la parte superior de la torre para que las palas miren hacia el viento.

Los aerogeneradores de eje vertical existen en varias variedades, como el modelo Darrieus, que lleva el nombre de su inventor francés y es omnidireccional, lo que significa que no es necesario ajustarlos para que apunten hacia el viento.

El tamaño de los aerogeneradores terrestres oscila entre los 100 kilovatios y los varios megavatios. Los aerogeneradores de mayor tamaño son más rentables y se agrupan en centrales eólicas que suministran energía a la red eléctrica.

Muchas de las turbinas utilizadas en aplicaciones distribuidas son pequeños aerogeneradores.  Los pequeños aerogeneradores individuales -de menos de 100 kilovatios- suelen utilizarse en aplicaciones residenciales, agrícolas, comerciales e industriales.