Escrito por Las turbinas eólicas varían en tamaño y diseño, donde la orientación del eje, horizontal o vertical, marca la diferencia central. Evidentemente, en un aerogenerador de eje horizontal una hélice vertical gira de cara al viento horizontalmente, mientras que en un aerogenerador de eje vertical las palas giran alrededor de un eje vertical de cara al viento de forma vertical.
A través de años de explotación, quedó claro que las turbinas eólicas de eje horizontal, o HAWT, funcionan bien en áreas abiertas, mientras que las VAWT tienen muchas menos restricciones y, por lo tanto, se pueden montar en colinas y tejados en áreas urbanas.
Descripción general de VAWT y HAWT
Para los HAWT, la dirección del viento es importante ya que las palas son más productivas cuando el viento fluye en el ángulo correcto. Además, suelen tener un mecanismo de giro para ajustar las palas a la dirección del viento.
Por el contrario, un aerogenerador de eje vertical no depende tanto del ángulo del viento y puede funcionar a una velocidad del viento inferior a la de un HAWT medio. Sin embargo, hay algunos diseños de turbinas eólicas de eje horizontal, como una turbina eólica de TBHAWT Manufacturing, que logran escapar de la pérdida de eficiencia al estar diseñadas para mantenerse efectivas incluso a una velocidad del viento de 8 m/seg o menos.
Las turbinas eólicas de eje vertical se colocan de forma vertical o perpendicular al suelo y convierten el viento en 360 grados a su alrededor. Como ajuste perfecto para áreas urbanas, los VAWT se pueden usar en lugares con vientos inconsistentes o áreas rurales complejas.
A pesar de estos hechos, los VAWT parecen menos productivos que los HAWT debido a la menor velocidad operativa y la productividad posterior, pero definitivamente son una opción perfecta para un hogar individual con vientos de alta turbulencia.
Los HAWT y VAWT que producen electricidad de menos de 100 kW se consideran pequeños y se utilizan principalmente localmente para las necesidades del hogar. Sin embargo, hay algunos diseños de HAWT con una producción de más de 50 kW que demostraron ser rentables debido a una buena combinación de rentabilidad y alcance al cliente.
Las turbinas eólicas pequeñas tienden a ser más populares ya que requieren menos terreno e inversión que las grandes. Los WT pequeños son especialmente aptos para áreas remotas y fuera de la red, y se pueden conectar o desconectar a las líneas eléctricas nacionales.
Aerogenerador de eje horizontal
Los aerogeneradores de eje horizontal utilizan la energía del viento a través de palas dirigidas sobre un eje horizontal paralelo al suelo. HAWT se enfrenta al viento de forma perpendicular, de modo que las palas de los aerogeneradores giran siguiendo una sustentación aerodinámica.
Los WT de eje horizontal prevalecen en el mercado de la energía eólica ya que su diseño de construcción permite obtener más energía a través de la rotación completa de las palas en términos de flujo de viento constante. Además, los aerogeneradores de eje horizontal son resistentes al retroceso, lo que también es beneficioso en este tipo de generación de energía.
Para alcanzar la máxima eficiencia, los aerogeneradores de eje horizontal deben colocarse en la dirección del viento. Si la dirección del viento es versátil, la eficiencia de generación de energía puede caer significativamente en ocasiones.
Sin embargo, este inconveniente se elimina cuando un parque de turbinas eólicas de eje horizontal se ubica en un área seleccionada adecuadamente con un flujo de viento constante en la misma dirección.
Una turbina eólica pequeña a menudo tiene una veleta para alinearse con la dirección del viento, mientras que las turbinas eólicas grandes incluyen un medidor de guiñada para corregir la posición de la turbina eólica y mantenerla alineada con la corriente de viento. Es importante tener un flujo de viento constante y estable cuando un operador busca una solución rentable.
Aerogenerador de eje vertical
Las palas de la turbina eólica de eje vertical giran perpendicularmente al suelo y alrededor del eje vertical mediante el uso de efectos de arrastre y elevación para la operación. A pesar de la falta de popularidad en comparación con HAWT, los VAWT pueden recibir y procesar el viento desde cualquier dirección para que se adapte perfectamente a las áreas urbanas y suburbanas con vientos turbulentos e inconsistentes.
La caja de cambios del aerogenerador y algunos de sus equipos se pueden instalar más cerca del suelo. Al hacerlo, el usuario de una turbina eólica puede reducir significativamente los gastos de mantenimiento, lo que, junto con una construcción menos ruidosa, crea mejores condiciones de convivencia.
Las turbinas eólicas de eje vertical son bastante sensibles al retroceso debido a que las palas giran en la dirección del viento mientras necesitan viajar de regreso a la corriente de viento antes de ser empujadas hacia atrás.
Al final del día, nuevas investigaciones muestran que las turbinas eólicas de eje vertical no son muy diferentes de las de eje horizontal: la eficiencia de la turbina eólica depende en gran medida de las condiciones del viento del área y del volumen de producción de generación de energía requerido.
Rotación
En la rotación, las palas HAWT obtienen efectos de fuerza de inercia variable y gravedad siempre estable. Debido a estas influencias, los álabes HAWT pasan por una carga alterna que es perjudicial para la resistencia a la fatiga del álabe.
Durante la rotación, los efectos recibidos de la turbina eólica de eje vertical son más estables debido a la fuerza de inercia y la estabilización por gravedad. En este sentido, la carga es fija, por lo que la longevidad de fatiga de VAWT es mayor que la de HAWT.
Velocidad del viento
Se ha convertido en un conocimiento común que las turbinas eólicas de eje horizontal muestran un gran rendimiento debido a una velocidad de arranque suficiente y flujos de viento constantes. Sin embargo, cabe mencionar que la eficacia de los aerogeneradores depende en gran medida del diseño de la construcción.
Para respaldar esta idea, el Centro de Investigación y Desarrollo de Aerodinámica de China llevó a cabo un experimento con una pequeña turbina eólica de eje horizontal con una velocidad inicial de alrededor de 5 m/s y una velocidad máxima recibida de 5,9 m/s.
El experimento demostró que esta velocidad inicial es insuficiente para superar el consumo de energía de la turbina eólica y, por lo tanto, no es satisfactoria. Al mismo tiempo, otras turbinas eólicas, con un mayor rango de velocidad del viento, como la mencionada WTW-55 de TBHAWT Manufacturing mencionada anteriormente, son una turbina eólica más prometedora en términos de uso comercial.
Los aerogeneradores de eje vertical arrancan a una velocidad del viento más baja, lo que se traduce en un rendimiento menos productivo. Para proporcionar una producción rentable, se deben seleccionar turbinas eólicas de eje vertical con estructura en H; en este caso, un operador debe asegurarse de que se respeten con precisión el perfil aerodinámico y el ángulo de instalación óptimo. Al hacerlo, un aerogenerador con estructura H comenzará a los imbatibles 2 m/s.
Eficiencia
Los aerogeneradores de eje horizontal prevalecen en el mercado de la energía eólica debido a su eficiencia mucho mayor en comparación con VAWT. A su vez, los HAWT se dividen en aerogeneradores grandes y pequeños, donde los grandes WT necesitan áreas abiertas espaciosas, idealmente con acceso a la costa para recibir más viento.
Los aerogeneradores pequeños tienen menos limitaciones y se pueden utilizar tanto para hogares domésticos pequeños como para la adquisición de una comunidad o un pueblo. Seguramente, todo depende en gran medida del tamaño del parque eólico: cuanto más grande sea, más hogares podrá atender.
Cuando se trata de uso comercial, las turbinas eólicas de eje horizontal dejan muy atrás a VAWT en términos de mejora y productividad. Al ser más grandes en tamaño, el mantenimiento de los HAWT cuesta más, pero al mismo tiempo producen diez veces más electricidad que un aerogenerador de eje vertical promedio.
Debe recordarse que las turbinas eólicas de eje vertical son notablemente ineficientes en los flujos de viento de alta velocidad debido a sus pares de arranque bajos y problemas de estabilidad dinámica.
Tanto los tipos de aerogeneradores de eje horizontal como los de eje vertical tienen ventajas e inconvenientes. Para aprovecharlo al máximo, un desarrollador primero debe decidir si quiere una turbina eólica para autoadquirir o monetizar la energía eólica, convirtiendo las turbinas eólicas en un ingreso estable a largo plazo.
