¿Qué es una turbina eólica y cómo producen electricidad las turbinas eólicas?

Los aerogeneradores son la evolución de los clásicos molinos de viento que se pueden ver en las zonas más rurales del mundo. Su propósito es reducir la dependencia de los combustibles fósiles para crear energía y también crear energía de una manera menos derrochadora. Funcionan utilizando la energía cinética del viento, que empuja las aspas de la turbina y hace girar un motor que convierte la energía cinética en energía eléctrica para uso del consumidor.

Las turbinas eólicas son máquinas rotativas que se pueden usar directamente para moler o se pueden usar para generar electricidad a partir de la energía cinética del viento. Proporcionan la energía limpia y renovable para nosotros tanto en el hogar como en la oficina. Las turbinas eólicas son una excelente manera de ahorrar dinero y hacer que el medio ambiente sea más limpio y verde.

Este proceso se ha adaptado para su uso en diversas aplicaciones y puede verse en uso por barcos, señales de tráfico o comunidades enteras que utilizan un parque eólico para obtener energía. El desarrollo de turbinas eólicas es un paso importante hacia la revisión de la forma en que producimos nuestra energía.

Básicamente existen dos tipos de aerogeneradores, los de eje vertical y los de eje horizontal. Se pueden utilizar para generar electricidad tanto en tierra como en alta mar. Las turbinas eólicas se pueden combinar para formar grupos llamados «parques eólicos» que utilizan las grandes empresas para usar esa energía como respaldo. Además de generar electricidad, también se pueden utilizar para moler granos, bombear agua y cargar baterías.

Históricamente, las turbinas eólicas se usaban para navegar, regar y moler granos. Fue a principios del siglo XX cuando se utilizó para generar energía. Hoy en día, se pueden ver grandes aerogeneradores en las zonas rurales o cerca de la costa del mar, donde la velocidad del viento es generalmente durante todo el día. El dispositivo llamado evaluación del recurso eólico se utiliza para estimar la velocidad del viento.

Componentes de aerogeneradores

Los sistemas de turbinas eólicas se componen de muchas piezas diferentes de equipos que cumplen un propósito en el suministro de electricidad donde se pretende que vaya. De esas muchas piezas diferentes, la siguiente lista sirve como modelo general para los componentes principales que pueden y muchas veces se encontrarán en los sistemas de turbinas eólicas, independientemente del tipo de diseño.

  • Rotor: el rotor está hecho de cuchillas que están unidas a una pieza central. Las aspas tienen una forma tal que cuando el viento empuja contra ellas, giran
  • Pitch Drive: se utiliza para girar las palas para adaptarse al viento de alta velocidad
  • Góndola: el rotor está unido a una unidad de alojamiento llamada góndola, que protege varios otros componentes necesarios para el funcionamiento de la turbina eólica.
  • Freno: necesario para reducir la velocidad del rotor.
  • Eje de baja velocidad: se conecta al rotor y gira cuando el rotor gira en una proporción de 1:1
  • Caja de cambios: cumple la misma función que un automóvil, el rotor gira lentamente a medida que el viento lo empuja y la caja de cambios o transmisión aumenta la velocidad de rotación del generador.
  • Eje de alta velocidad: se conecta a la caja de cambios y al generador y gira a una velocidad más alta que el rotor o el eje de baja velocidad
  • Generador: mecanismo real que convierte la energía cinética de rotación en electricidad.
  • Veleta: detecta la dirección del viento y ajusta el rotor y la góndola para compensar
  • Yaw Drive: mantiene el rotor y, por lo tanto, las turbinas frente al viento
  • Torre: eleva los componentes antes mencionados a una altitud que optimiza la exposición al viento

¿Cómo funcionan las turbinas eólicas?

Las turbinas eólicas operan en un sistema compuesto por muchos componentes críticos que permiten que la energía cinética del viento se transforme en energía eléctrica. No importa el tipo de sistema de turbina eólica, todos funcionan con el mismo principio que permite que un generador produzca electricidad. Este principio es que si los imanes giran alrededor de una bobina de alambre, o una bobina de alambre gira dentro de un campo magnético, se produce electricidad lo suficientemente rápido.

El artilugio total de imanes y conductores conforman el generador. Usar el viento para hacer girar las aspas crea la fuerza necesaria para hacer girar los imanes o la bobina del conductor, que a su vez genera electricidad. A continuación se muestra un proceso paso a paso que destaca los métodos por los cuales una turbina eólica realmente llega a producir electricidad.

1. La construcción de la torre coloca el sistema de turbinas eólicas en la altitud correcta donde el viento viaja a un ritmo más alto y más constante

2. Las palas del rotor están expuestas al viento, lo que las obliga a comenzar a girar.

3. A medida que gira el rotor, el eje de baja velocidad, que está conectado a una caja de cambios, gira a la misma velocidad

4. La caja de cambios toma esta velocidad de rotación lenta y, mediante el engranaje correcto, la convierte en una velocidad de rotación más rápida.

5. El eje de alta velocidad, que está en el extremo saliente de la caja de engranajes y conectado a un generador, gira a mayor velocidad

6. El generador gira a esta alta velocidad que hace girar imanes alrededor de una bobina de alambre de metal y genera electricidad.

7. La electricidad viaja desde el generador a través de cables hasta las aplicaciones necesarias, ya sean electrodomésticos directos o una batería.

Aquí hay un gráfico de información sobre cómo funcionan las turbinas eólicas que lo ayudará a comprender los diversos componentes de las turbinas eólicas.

Tipos de aerogeneradores

Hay dos tipos principales de turbinas eólicas que se pueden ver en el diseño y la implementación en la industria de la energía eólica en la actualidad. El primer tipo y el más común es el aerogenerador de eje horizontal que se basa en un eje horizontal que corre perpendicular a las palas que giran verticalmente. Estos sistemas de turbinas eólicas se pueden ver en uso en los principales parques eólicos, así como en operaciones individuales.

El segundo tipo, que es menos común en la industria de la energía eólica, es el aerogenerador de eje vertical. Como se podría inferir, la turbina de eje vertical tiene un eje vertical en el que las palas o el rotor están conectados y giran horizontalmente. Hay muchas variaciones de la turbina eólica de eje vertical, pero el principal beneficio es que el mantenimiento es más fácil porque la caja de cambios y el generador son más accesibles.

  • Aerogenerador de eje horizontal – Este es el tipo estándar de aerogenerador donde el eje de baja velocidad que se conecta al rotor es horizontal. Hay varias formas de construir este aerogenerador, pero todas siguen el mismo concepto descrito anteriormente. El rotor gira con el viento y la energía cinética de rotación se convierte en energía eléctrica a través de un generador.
  • Aerogenerador de eje vertical – Este tipo de aerogenerador es menos común pero tiene la ventaja de que no es necesario que el rotor mire hacia el viento. El eje que conecta al rotor es vertical y la caja de cambios y el generador generalmente se encuentran en la parte inferior de la torre. Hay muchos tipos de aerogeneradores de eje vertical, todos los cuales siguen el mismo concepto de fuerza a lo largo del eje X (paralelo al suelo) a diferencia de los aerogeneradores de eje horizontal que utilizan la fuerza a lo largo del eje Y (perpendicular al suelo).

Parque eólico de Toora

Las siguientes son diferentes variaciones que provienen de los sistemas de turbinas eólicas de eje vertical. Muchos de estos fueron diseñados hace décadas y ya no se ven en uso en la actualidad, sin embargo, los diseños de estos se han adaptado y ajustado de modo que se puedan desarrollar modelos más nuevos que sean más eficientes con menos problemas que los más antiguos.

una. Aerogenerador Darrieus – Este aerogenerador de eje vertical utiliza palas curvas que giran y crean una fuerza interna de viento que permite que el rotor gire a altas velocidades independientemente de la velocidad del viento. La desventaja de esto es que esta turbina generalmente requiere un motor externo para comenzar a girar.

b. Giromill – Una variación de la turbina eólica Darrieus en la que utiliza un rotor en forma de H. La diferencia entre los dos es que el giromill utiliza cuchillas rectas que corren paralelas al eje. Aparte de eso, los dos operan con el mismo principio

C. cicloturbina – Un tipo de giromill que no solo tiene cuchillas rectas que se desplazan verticalmente, sino que también la cuchilla recta puede girar alrededor de su eje central. La ventaja de este tipo de turbina es que genera la mayor cantidad de energía y puede arrancar automáticamente (arrancar sin ayuda externa).

d. Aerogenerador Savonius – Este aerogenerador de eje vertical se basa en los principios de arrastre y resistencia al viento para funcionar. Las palas tienen forma de S con las dos partes curvas de la S moviéndose con el viento. La parte curva crea menos resistencia y, por lo tanto, el rotor puede girar. Estas turbinas no generan mucha energía.

mi. Aerogenerador Vortexis – Este es el desarrollo más reciente de aerogeneradores de eje vertical. Ha sido utilizado en Afganistán e Irak por fuerzas especiales que necesitan alimentar sus dispositivos. Esta turbina tiene dos conjuntos de palas, un conjunto más pequeño que se asienta en un círculo y un conjunto más grande que rodea al conjunto más pequeño en un círculo más grande, que actúan como una caja de cambios. El juego exterior de aspas usa el viento para girar y por ese juego de aspas que giran fuerzan su propio viento para girar el juego interior más pequeño de aspas. Estas palas están conectadas al eje que luego hace girar un generador.

Crédito de la imagen: David Clarke, David Clarke

Author: poweb

Diseñador web, siempre he querido poner mi granito de arena para la conservación del planeta. Lo intento con esta web y algunas otras.

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