La energía eólica es una de las más importantes en el mundo de las energías renovables. Cada vez se utiliza más debido a su capacidad para generar energía limpia sin producir gases de efecto invernadero. Por ello, es fundamental conocer su funcionamiento y, en particular, el de las turbinas eólicas. Aquí, abordaremos en profundidad cómo funcionan y sus características clave.
Una turbina eólica, también conocida como aerogenerador, es uno de los elementos fundamentales de este tipo de energía. Aunque en general todas las turbinas comparten aspectos similares, existen diferentes tipos dependiendo del parque eólico o de la instalación. Además, las turbinas han evolucionado desde sus primeros modelos, lo que nos permite obtener energía de manera cada vez más eficiente.
En este artículo, te contaremos todo lo que necesitas saber sobre las turbinas eólicas, sus características y su funcionamiento, además de detalles adicionales sobre la estructura de los parques eólicos.
Qué es una turbina eólica
Una turbina eólica es un dispositivo mecánico que convierte la energía del viento en energía eléctrica. Está diseñada para convertir la energía cinética del viento en energía mecánica mediante el movimiento de las palas del rotor, que posteriormente se convierte en electricidad gracias a un generador.
El principio básico de funcionamiento de una turbina eólica se basa en tres leyes fundamentales de la física:
- La energía producida por la turbina es proporcional al cuadrado de la velocidad del viento. Es decir, si la velocidad del viento se duplica, la potencia generada aumenta cuatro veces.
- La energía disponible es proporcional al área barrida por las palas, lo que significa que cuanto más grandes son las palas, mayor es la cantidad de energía captada.
- La eficiencia teórica máxima de un aerogenerador es del 59%, conocida como el límite de Betz.
A diferencia de los viejos molinos de viento, que funcionaban por empuje directo del viento, las turbinas modernas emplean principios aerodinámicos más complejos, como el efecto Venturi, para capturar la mayor cantidad de energía posible.
Interior de los generadores eólicos
En el interior de una turbina eólica, encontramos varios elementos clave que permiten convertir la energía cinética del viento en electricidad. El rotor, compuesto por las palas, es el encargado de captar la energía del viento y hacerla rotar alrededor de su eje.
Este movimiento de rotación se transmite al generador eléctrico a través de un sistema de tren de potencia, que incluye la caja de engranajes que aumenta la velocidad de rotación hasta los niveles adecuados para el generador. El generador se basa en la ley de Faraday, que establece cómo la energía mecánica rotacional se convierte en energía eléctrica.
Para ello, el sistema incluye un rotor acoplado al alternador, que transforma el movimiento mecánico en energía eléctrica. La electricidad generada puede utilizarse directamente o almacenarse en baterías para su uso posterior.
Elementos de una turbina eólica
Una turbina eólica está compuesta de diversos elementos que trabajan en conjunto para garantizar el funcionamiento óptimo de la turbina y la conversión efectiva de la energía del viento en electricidad. Estos son los componentes principales:
- Rotor: El rotor es el elemento que recoge la energía del viento. Está compuesto por las palas, que giran incluso con velocidades bajas de viento, gracias a su diseño aerodinámico.
- Sistema de acoplamiento: Es el conjunto de mecanismos que conecta las palas al rotor del generador para transferir el movimiento de rotación.
- Multiplicador o caja de cambios: Este sistema eleva la velocidad de rotación desde las aproximadamente 10-40 RPM del rotor hasta las 1.500 RPM necesarias en el generador para producir electricidad.
- Generador: El generador convierte la energía mecánica en electricidad. Dependiendo de la turbina, su potencia puede variar desde los 5kW hasta los 10 MW en los últimos modelos.
- Motor de orientación: Permite que la góndola y el rotor giren para orientarse siempre hacia la dirección predominante del viento.
- Mástil de soporte: Es la estructura que sostiene al generador y al rotor. Cuanto mayor es la turbina, mayor es la altura a la que se sitúa la góndola.
- Palas y anemómetros: Los anemómetros miden la velocidad del viento, mientras que los sensores frenan las palas cuando el viento supera ciertos umbrales, evitando daños en la turbina.
Tipos de turbinas eólicas
Existen dos tipos principales de turbinas eólicas, diferenciadas por la orientación del eje del rotor:
- Turbinas de eje horizontal: Son las tradicionales que se usan en parques eólicos, con el eje de rotación paralelo al suelo. Este tipo es el más eficiente en términos de energía capturada por la superficie barrida.
- Turbinas de eje vertical: Estas turbinas tienen la ventaja de captar vientos en cualquier dirección sin necesidad de reorientarse, aunque su eficiencia suele ser menor en comparación con las de eje horizontal.
Además, hay nuevos diseños emergentes, como los aerogeneradores sin aspas, que aprovechan las oscilaciones del viento para generar electricidad, aunque todavía están en fase de desarrollo.
Funcionamiento de un parque eólico
Un parque eólico está compuesto por varios aerogeneradores situados estratégicamente para aprovechar al máximo los vientos predominantes de la zona. El conjunto de turbinas conecta la electricidad generada a través de una red interna que la transporta hasta una subestación, donde la electricidad se convierte a un voltaje adecuado para su distribución.
Para garantizar el funcionamiento continuo y la eficiencia del parque, se utilizan sistemas de control que monitorean la velocidad del viento, la orientación de las góndolas y el estado de las turbinas. Esto permite maximizar la producción de electricidad y evitar daños en caso de vientos muy fuertes.
Además, algunas instalaciones utilizan aerogeneradores marinos (offshore) que, aunque más caros de instalar, ofrecen la posibilidad de aprovechar vientos más constantes y fuertes en alta mar.
Ventajas y desventajas de la energía eólica
Al igual que otras fuentes de energía, la energía eólica presenta ventajas y desventajas:
Ventajas:
- Es una fuente de energía renovable, inagotable y no emite gases de efecto invernadero.
- Permite reducir la dependencia de combustibles fósiles.
- Los parques eólicos pueden instalarse en diferentes ubicaciones, incluyendo áreas marítimas y terrenos agrícolas sin afectar sus usos.
- Su huella de carbono es mínima en comparación con otras tecnologías energéticas.
Desventajas:
- La eficiencia depende de la disponibilidad del viento, lo que hace que sea una fuente intermitente de energía.
- El impacto visual y sonoro de los parques eólicos puede ser una desventaja en algunas áreas.
- Las turbinas grandes pueden afectar a la fauna, especialmente a las aves, por lo que es necesario tener en cuenta estos factores al elegir las ubicaciones.
- El coste inicial de instalación es alto, aunque se amortiza a largo plazo.
La energía eólica continúa siendo una de las mejores opciones para una producción de energía más sostenible y respetuosa con el medio ambiente. Con los avances tecnológicos constantes, las turbinas eólicas no solo mejoran en términos de eficiencia, sino que también están siendo cada vez más accesibles y menos intrusivas en términos visuales y sonoros, lo que las convierte en una opción viable para el futuro de la energía mundial.