¿Cómo funciona un aerogenerador o molino de viento?

Pero como se convierte el viento en electricidad? El antecedente directo de los actuales aerogeneradores son los viejos molinos, que incluso hoy en día se siguen utilizando, para tareas diversas como extraer agua o moler grano. Un molino de viento es una máquina posee aspas o palas unidas a un eje común, que comienza a girar cuando el viento sopla.

Este eje giratorio esta unido a distintos tipos de maquinaria, por ejemplo maquinaria para moler grano, bombear agua o producir electricidad.

Para obtener electricidad, el movimiento de las aspas acciona un generador eléctrico (un alternador o un dinamo) que convierte la energía mecánica de la rotación en energía eléctrica. La electricidad puede almacenarse en baterías o enviarla directamente a la red. El funcionamiento es bastante simple, lo que se va complicando es la investigación y construcción de aerogeneradores cada vez más eficientes.

Tipos de Aerogeneradores

Un molino de viento pueden ser de eje horizontal, que son los más comunes hoy en día, o también los hay de eje vertical.

Desde Wikipedia se recoge la definición de aerogeneradores verticales u horizontales como un generador eléctrico que funciona convirtiendo la energía cinética del viento en energía mecánica y a través de una turbina eólica en energía eléctrica.

Los de eje vertical destacan por no necesitar el mecanismo de orientación y lo que es el generador eléctrico puede ir dispuesto en el suelo. En cambio, los de eje horizontal, permiten cubrir un amplio rango de aplicaciones aisladas de pequeña potencia hasta instalaciones en grandes parques eólicos.

Aerogeneradores verticales

Como se ha mencionado, los aerogeneradores verticales o de eje vertical no necesitan mecanismo de orientación, y lo que sería el generador eléctrico se puede encontrar situado en el suelo.

Su producción energética es menor y tiene algunos pequeños hándicaps como que necesita ser motorizado para que se le pueda poner en marcha.

Existen tres tipos de aerogeneradores verticales como son Savonius, Giromill y Darrrieus.

Inconvenientes

Uno de los problemas más común que tienen los aerogeneradores es su inmenso tamaño, además de las vibraciones y ruido que provocan. Por esta razón suelen ubicarse en zonas alejadas de viviendas. Sin embargo empresas y científicos de todo el mundo siguen trabajando para construir turbinas más pequeños (podéis consulatar un articulo hecho anteriormente sobre minieólica), o silenciosos que puedan ubicarse en zonas urbanas.

Pero uno de los problemas que más preocupa en el campo de la generación de la energía eólica es la variabilidad de la fuente, es decir del viento. Las turbinas en general, están preparados para funcionar en forma óptima cuando el viento sopla dentro de un determinado rango de velocidades. Por un lado se requiere cierta velocidad mínima para mover las aspas, por el otro lado existe también un límite máximo.

Por ejemplo lo más común es que esos límites sean con vientos de velocidades de entre 3 y 24 metros por segundo. Al mínimo se lo llama velocidad de conexión, o sea lo mínimo para generar algo de electricidad, y al máximo se lo llama velocidad de corte, o sea cuando ya es contraproducente, ya que podría romper el mecanismo.

Un molino de viento puede estar solo o en parques eólicos, sobre tierra formando los parques eólicos terrestres, sobre la costa del mar o incluso pueden ser instalados sobre las aguas a cierta distancia de la costa en lo que se llama parque eólico marina u offshore.

Constitución de un aerogenerador o turbina eólica

Son miles los parques eólicos plagados de modelos TEEH (turbinas eólicas de eje horizontal). Estas máquinas se componen de los siguientes segmentos.

Torre y cimiento: Los cimientos de la torre pueden ser planos o profundos, garantizando en ambos casos la estabilidad de la turbina eólica, la sujeción de la góndola y los álabes del motor. Los cimientos también deben absorber los empujes causados por la variación y potencia del viento.

Las torres pueden ser de diferentes tipos dependiendo de sus características:

• Tubulares de acero: La mayoría de las turbinas eólicas se construyen con torres tubulares de acero.
• Torres de concreto: Se construyen en el mismo lugar, permitiendo calcular la altura necesaria.
• Torres de concreto prefabricado: Se montan por piezas ya hechas y sus segmentos son colocados en el mismo lugar.
• Estructuras de celosía: Son fabricadas utilizando perfiles de acero.
• Híbridas: Pueden poseer características y materiales de varios tipos de torre.
• Torres de mástil tensado con vientos: Se caracterizan por ser aerogeneradores de dimensiones más pequeñas.

Rotor: El rotor es el “corazón” de todo molino de viento, ya que sostiene lapalas de la turbina, moviéndolas de manera mecánica y rotacional para transformar el empuje del viento en energía.

Góndola: Es la cabeza más visible del aerogenerador, el casco que esconde y mantiene toda la maquinaria de la turbina. La góndola se une a la torre mediante rodamientos para poder seguir la dirección del viento.

Caja multiplicadora: Además de poder soportar las variaciones del viento, la caja multiplicadora tiene la tarea de acoplar las bajas velocidades de rotación del rotor y las altas velocidades del generador. Como dice su propia palabra; consigue multiplicar los 18-50 rpm que genera el movimiento natural del rotor en aproximadamente 1.750 rpm cuando sale del generador.

Generador: Es el encargado de convertir la energía mecánica en energía eléctrica. Para turbinas de gran potencia, se emplean generadores asincrónicos doble alimentados, aunque también abundan los generadores sincrónicos y asincrónicos convencionales.

Frenos: Se emplean frenos mecánicos en el tren de fuerza, siendo necesarios en ellos un alto coeficiente de fricción en estático y gran resistencia a la compresión.

Equipamiento eléctrico de un aerogenerador o molino de viento

Los aerogeneradores actuales no sólo se componen de aspas y un generador para hacer llegar energía económica a las casas.  Las turbinas eólicas también deben poseer un sistema de alimentación individual a la red y numerosos sensores. Estos últimos consiguen monitorizar y medir la temperatura, la dirección del viento, su velocidad y otros parámetros que pueden aparecer dentro de la góndola o en los alrededores.

Ventajas de los aerogeneradores rápidos frente a los lentos

La mayor ventaja de los llamados “aerogeneradores lentos”, es que poseen más aspas que los rápidos y sus materiales suelen ser más baratos. Pero cuales son sus problemas? A pesar de sus grandes diámetros (de 40 a 90 m de altura) y de poseer unos rotores cuya cabeza alcanza los 100 m, los aerogeneradores rápidos son más ligeros que los lentos.

Esto se consigue gracias a unos generadores de gran potencia (0,5 a 3 MW) que aprovechan aun más la relación altura-potencia del viento.

Al ser más ligeras, las palas se mueven más rápidamente, por lo que el tamaño y coste de la caja multiplicadora que acciona el generador eléctrico se reduce.

Al tener menos número de palas, estas se pueden regular más fácilmente para adaptar su potencia según las características del viento. Los aerogeneradores rápidos resisten mejor los esfuerzos provocados por las ráfagas de viento. El empuje axial debido a la acción del viento sobre el rotor parado es menor en las eólicas rápidas que cuando está girando; todo lo contrario pasa en los aerogeneradores lentos.

El Molino de viento más potente del Mundo

Vestas ha presentado la actualización del aerogenerador más grande del mundo. No tengo adjetivos para describir lo descomunal que es esta turbina. La V164, un molino de viento de 220 metros con aspas de 38 toneladas y 80 metros de largo, acaba de centrar toda la atención de los interesados en renovables en Dinamarca.

La anterior turbina era capaz de entregar una potencia de 8 MW, y que gracias a las actualizaciones es ahora capaz de llegar hasta los 9 MW de salida bajo unas condiciones específica. En su primera prueba, la V164 fue capaz de generar 216.000 kWh en solo 24 horas.

No sólo es el récord absoluto en generación de energía eólica por un solo molino de viento, sino que es la demostración más clara de que los vientos oceánicos van a tener un papel clave en la transición energética que ya está en marcha.

Suficiente para alimentar un hogar durante 66 años

Según Torben Hvid Larsen, CTO de Vestas:

«Nuestro prototipo ha marcado otro récord de generación, con 216.000 kWh producidos en un periodo de 24 horas. Estamos seguros de que este aerogenerador de 9 MW ha probado que está preparado para el mercado, y creemos que jugará un papel clave en el descenso de los precios de la energía eólica offshore.»

Normalmente hablar de kilovatios es un poco difícil y abstracto. Pero según los órganos oficiales, el consumo eléctrico medio de un hogar español está en los 3.250 kWh al año. Una cantidad ligeramente superior al consumo anual medio de las viviendas urbanas de las principales ciudades de América del Sur. Teniendo esto en cuenta, en un día de producción podría abastecer de electricidad a una vivienda promedio durante más 66 años.

Con un tamaño mayor que las Torres Kio de Madrid y similar a la Torre Mayor de México, la circunferencia que tranzan es más grande que la rueda metálica del London Eye de Londres. Esta turbina es la evolución de la V164-8.0 MW, un aerogenerador que ya rompió récords en 2014 y que puede alimentar 16.000 hogares británicos.