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Turbina Eólica: Qué Son Y Como Producen Electricidad

Las turbinas de viento son la evolución de los clásicos molinos que pueden ser vistos en las áreas más rurales del mundo.  Su propósito es reducir la dependencia en combustibles fósiles para crear energía y también crear energía de una manera menos contaminante.

Funcionan utilizando la energía cinética del viento, esta empuja las aspas de la turbina y hace girar un motor que convierte en energía cinética en energía eléctrica para que las personas puedan usarla

Las turbinas de viento son máquinas giratorias que pueden ser usadas directamente para moler granos como en los molinos o pueden ser usadas para generar electricidad a partir de la energía cinética del viento.  Provee suficiente energía limpia y renovable para trabajar en el hogar y la oficina.

Las turbinas eólicas son una gran manera de ahorrar dinero y hacer el medio ambiente más limpio y verde

Este proceso ha sido adaptado para usar en muchas aplicaciones y puede ser visto en botes señales de tráfico o por comunidades enteras que utilizan en granjas eólicas para obtener energía.  El desarrollo de turbinas eólicas es un gran paso hacia dominar las maneras en las que producimos nuestra energía

Básicamente hay dos tipos de generadores eólicos:  aquellos con eje vertical y aquellos con eje horizontal.  Ambos pueden ser utilizados para generar electricidad en las zonas costeras o tierra adentro.  Las turbinas eólicas pueden ser combinadas para formar grupos llamados granjas eólicas, que son usadas por grandes compañías como una manera de obtener energía gratuita y renovable.  Además de generar electricidad también pueden ser utilizadas para moler granos bombear agua y cargar baterías.

Históricamente las turbinas eólicas fueron usadas para navegar, para el riego de cultivos, en la molienda de granos como el trigo. No fue sino hasta el siglo XX que fueron utilizadas para generar energía eléctrica.  Actualmente grandes turbinas eólicas pueden ser vistas en las áreas rurales o en las zonas costeras donde la velocidad del viento es muy alta a lo largo del día. Para estimar la velocidad del viento se utiliza un anemómetro.

Componentes de una turbina eólica

Las turbinas eólicas están hechas de muchas piezas distintas, cuyo propósito es entregar la energía a donde se requiere.  De todas esas piezas distintas la lista más abajo sirve como una guía general para los componentes principales que usualmente son encontrados en las turbinas eólicas de cualquier tipo.


Rotor
–  el rotor está hecho de aspas unidas a una pieza central las aspas tienen una forma tal que cuando el viento empuja a través de ellas, estas giran.

Regulador de ángulo –  su función es modificar el ángulo de las aspas según la velocidad del viento.

Góndola –  el rotor está unido a una carcasa llamada góndola, la cual protege este y todos los demás componentes necesarios para la operación de la turbina.

Freno –  necesario para bajar la velocidad del rotor en caso necesario.

Eje de baja velocidad –  está directamente unido al rotor y gira a la misma velocidad que este, es decir, a una proporción 1:1

Caja de cambios – muy similar a la de un coche, el rotor gira lentamente, pero con mucha fuerza con el empuje del viento, y la caja de cambios se encarga de incrementar la velocidad del giro para que el generador pueda funcionar.

Eje de alta velocidad –  conecta la caja de cambios con el generador   y gira a mayor velocidad que el rotor y el eje de baja velocidad.

Generador –  es el mecanismo encargado de convertir la energía cinética rotacional en energía eléctrica.

Anemómetro –  detecta la dirección y velocidad del viento y ajusta a los reguladores y a la góndola para una mayor eficiencia.

Eje rotatorio –  mantiene a la turbina en dirección hacia el viento automáticamente.

Torre –  eleva todos los componentes anteriores de manera que puedan aprovechar las corrientes rápidas de aire que corren a esa altura.

¿Cómo funcionan las turbinas eólicas?

Las turbinas eólicas operan en un sistema que comprende muchos componentes críticos que permiten que la energía cinética sea transformada en energía eléctrica.

Sin importar el tipo de turbina todas funcionan con el mismo principio que permite que el generador produzca electricidad.  Este principio es que, si imanes se mueven alrededor de una bobina de alambre o por el contrario una bobina de cables se mueve dentro de un campo magnético con la suficiente velocidad, una corriente eléctrica es inducida en el cable.

El ensamblaje de los imanes y de los conductores tiene como resultado el generador.  Usar el viento para hacer girar las aspas crea la fuerza necesaria para hacer que los imanes o la bobina giren, a su vez creando una corriente eléctrica.

A continuación, listamos paso por paso el proceso necesario para que una turbina eléctrica pueda producir electricidad.

1.-  Una torre es construida que ponga la turbina eólica a la altura correcta, donde el viento pasa a una mayor velocidad.

2.-  Las aspas del rotor son expuestas al viento, lo que las fuerza a empezar a girar.

3.- Con el giro del rotor el eje de baja velocidad que está conectado a la caja de cambios, gira a la misma velocidad.

4.-  La caja de cambios toma este movimiento rotacional de baja velocidad y mediante engranes lo convierte en un movimiento más rápido.

5.-   El eje de alta velocidad, que se acopla a la salida de la caja de cambios y al generador, gira a una alta velocidad.

6.- El generador se mueve a esta alta velocidad, lo que hace girar imanes alrededor de una bobina de cable.  Esto es lo que produce la energía eléctrica.

7.- La electricidad viaja del generador mediante cables hasta dónde será usada, como una máquina, o bien puede ser almacenada en baterías.

Aquí puedes encontrar una infografía acerca de cómo funcionan las turbinas eólicas que te ayudará a entender los componentes de una turbina.

Tipos de turbinas eólicas.

Hay dos tipos principales de turbinas eólicas que pueden ser vistas en la industria de la energía eólica actualmente.  El primer tipo y el más común es el de eje horizontal, que funciona mediante un eje horizontal que corre perpendicularmente a las aspas, las cuales giran verticalmente.  Estos sistemas de turbinas pueden ser usados en la mayoría de las grandes granjas eólicas tanto como individualmente.

El segundo tipo es mucho menos común en la industria de la energía y es la turbina de eje vertical.  Como podrás adivinar la turbina de eje vertical tiene un eje vertical al que las aspas están conectadas y giran horizontalmente. Hay muchas variantes de la turbina de eje vertical pero el mayor beneficio es que el mantenimiento es mucho más sencillo porque la caja de cambios y el generador son mucho más accesibles.

Turbina de eje horizontal

Es el tipo estándar de turbina eólica donde el eje de baja velocidad que conecta al rotor es horizontal. Hay muchas formas para construir este tipo de turbina, pero todos tienen el mismo principio tal como lo describimos anteriormente.  El rotor gira con el viento y esta energía cinética es convertida en electricidad

Turbina eólica de eje vertical

Este tipo de turbina es menos común, pero tiene la ventaja de que el rotor no necesita estar orientado hacia el viento el eje que conecta las aspas al rotor es vertical, y la caja de cambios y el generador usualmente se ubican en la base de la torre

Hay muchos tipos de turbinas de eje vertical, todos ellos siguen el mismo concepto de aplicar fuerza a través del eje x (paralelo al suelo) a diferencia de las turbinas de eje horizontal, que usan la fuerza aplicada en el eje y (perpendicular al suelo)

A continuación, hay diferentes variaciones de las turbinas de eje vertical, muchas de estas fueron diseñadas hace décadas y ya no se usan actualmente, sin embargo, estos diseños han sido adaptados y modificados de manera que los nuevos modelos sean más eficientes y tengan menos problemas que los anteriores.

Tipos de turbinas de eje vertical

Turbina eólica de Darrieus

Esta turbina de eje vertical utiliza aspas curvas que rotan y crean una fuerza interna de viento que permite que el rotor gire a alta velocidad independientemente de la velocidad del viento, la desventaja de esto es que está turbina generalmente requiere un motor externo para comenzar a funcionar

Molino rotatorio (giromill)

Esta es una variación del anterior que utiliza un rotor en forma de h, la diferencia entre las dos es que esté utiliza aspas rectas paralelas al eje, fuera de eso funcionan casi igual.

Cicloturbina

Un tipo de molino rotatorio que no sólo tiene aspas rectas verticales, sino que también las aspas pueden rotar alrededor de su eje, la ventaja en ese tipo de turbina es que genera la mayor cantidad de energía y puede comenzar a operar sin ninguna ayuda externa.

Turbina eólica de savonius

Esta turbina eólica utiliza los principios de arrastre y resistencia del aire para funcionar, las aspas tienen forma de “s”, con las dos partes curvas de la s moviéndose con el viento.  La parte curva crea menor arrastre y por ello el rotor puede girar.  Estas turbinas no generan mucha energía.

Turbina eólica vortexis

Es el desarrollo más reciente de turbinas de eje vertical, ha sido usada en Afganistán y en Irak por las fuerzas especiales que necesitan energía para sus dispositivos.  Esta turbina tiene dos juegos de aspas: uno más pequeño colocado en un círculo, y uno más grande que rodea al juego más pequeño y se coloca en un círculo más grande, de manera que recuerda a una caja de cambios.  Las aspas más grandes utilizan el viento para girar y estas mismas aspas fuerzan al aire hacer girar al juego más pequeño a gran velocidad, son esas aspas las que están conectadas al eje qué se encarga de hacer girar el generador

 

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