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Noel A Hernández G
Publicado por:
Noel Hernández
Índice
Prologo…………………………………………………………………………………3
La electricidad………………………………………………..……………………….5
Los aerogeneradores……………………………………………………………....12
Historia………………………………………………………………………...12
Ingeniería de los aerogeneradores……………………………………...16
Componentes de un aerogenerador……………………………………….16
La góndola…………………………………………………………………….16
Palas del rotor………………………………………………………………..16
El buje…………………………………………………………………………19
El eje de baja velocidad……………………………………………………..20
El multiplicador……………………………………………………………….20
El eje de alta velocidad………………………………………………………22
El generador eléctrico.............................................................................23
El controlador electrónico…………………………………………………...26
La torre………………………………………………………………………...26
El mecanismo de orientación……………………………………………….28
El anemómetro y la veleta…………………………………………………..29
Funcionamiento de un aerogenerador………………………………………….32
Ventajas y desventajas de la energía eólica…………………………………...33
Otras alternativas de energía renovable………………………………………..35
Energía solar.........................................................................................35
Historia………………………………………………………………………...35
Funcionamiento de una planta fotovoltaica………………………………..37
Energía mareomotriz……………………………………………………….38
Conclusiones….…………………………………………………………………….40
Prologo
La energía eléctrica es una fuente vital para la vida en la tierra ya que de
ella depende que funcione la mayoría de las centrales industriales, los hogares
donde vivimos y muchos de los artefactos que son imprescindibles para
nosotros en el acontecer diario, ya que desde hace décadas atrás nos hemos
hecho dependiente de ellos por consiguiente de la electricidad. En el trascurrir
del tiempo el hombre ha venido realizando mejoras en la producción pero en la
actualidad se ha llegado a un punto que el consumo se a elevado de manera
descontrolada en muchas zonas del mundo y se están viendo en la necesidad
de promover nuevas maneras de producción distintas a las actuales.
Muchos de los sistemas utilizados en la actualidad para la generación de
energía eléctrica utilizan recursos no renovables y que además ocasionan
daños al ambiente. Estos sistemas son movidos en la mayoría de los casos por
combustibles, derivados del petróleo, por lo cual pensando en un futuro no muy
lejano se debe tomar en cuenta que este valioso mineral no es eterno en la
tierra, son estos los principales motivos que dan lugar al nacimientote la
energía eléctrica con el uso de recursos renovables.
Recursos como el agua, el viento, la energía solar son, por decirlo de
una manera, dones con los que contamos en nuestro maravilloso planeta que
son inagotables y actualmente están siendo utilizados en vista de una crisis
energética para la creación d plantas capaces de generar electricidad en
proporciones tan elevadas como los sistemas existentes en la actualidad,
muchos de estos sistemas se han puesto en marcha en muchos países y han
dado excelentes resultados.
Estos recursos renovables con los que cuenta nuestro planeta han sido
usados para la generación de energía eólica utilizando el viento, la energía
solar o fotovoltaica con el uso de los rayos solares, la energía mareomotriz en
la que se aprovechan las mareas del océano para la generación de energía
eléctrica, lo cual nos pone a la vista la gran solución para el déficit energético
que se tiene en la tierra en la actualidad.
En esta obra bibliográfica se muestra un pequeño abreboca a lo que son
estas maravillas de la ingeniería, el texto permitirá al lector conocer estas
invenciones, además de cómo están involucradas en nuestro día a día, los
puntos de vistas ingenieriles son los que tienen mayor peso en la obra.
El tema de la energía renovable este muy escuchado actualmente es por
ello que debemos estar al tanto de que se trata dicho término y buscar la
manera de involucrarnos con el mismo ya que el problema de la energía nos
compete a todos los que la consumimos.
A los lectores les doy las gracias por interesarse en el tema y la obra
será de su agrado ya que el tema que se esta tratando es de gran importancia
y es algo que aunque tiene muchos años de estudios, esta siendo sacado a la
luz actualmente con mayor potencialidad.
La electricidad:
Para dar inicio a esta obra bibliografiílla seria de gran relevancia dar a
conocer de una forma las historias que están involucradas con el tema que se
abarcara en dicha obra.
La electricidad desde el punto de vista de la física comenzó sus
apariciones desde haces muchos siglos atrás, incluso siendo utilizada para
fines medicinales con la utilización de peces eléctricos para dolores de cabezas
entre otras, pero fue sino hasta que Tales Mileto tuvo su primer encuentro con
este fenómeno cuando al frotar una pequeña barra de ámbar en un paño se dio
cuenta que podía atraer pequeños objetos, pero para estos tiempos la
electricidad era considerada no mas que una atracción o un espectáculo. Fue
para fines del siglo XVII y comienzos del siglo XVIII cuando se comenzaron a
realizar investigaciones con una mayor seriedad de este tema, cuando grandes
científicos de la época se dedicaron a realizar investigaciones relacionadas
sobre este tema, entre estos los mas conocidos son : Gilbert, von Guericke,
Henry Cavendish, Du Fay, van Musschenbroek y Watson, pero estos los
podemos ver como los precursores que dieron inicio a tal maravilla ya que fue
cuando científicos como Galvani, Volta, Coulomb y Franklin, y para comienzos
del siglo XIX con Ampère, Faraday y Ohm, estos estudios fueron de gran
utilidad para que otros investigadores los tomaran como referencia para la
creación de otras ramas tales como el magnetismo, las comunicaciones, entre
otros, que son aliados directos de la electricidad y que llevan una relación muy
estrecha en cuanto a su estudio.
Los primeros usos de gran relevancia que se le dieron a la energía
eléctrica fue con un gran invento que data del año 1833 que es llamado el
telégrafo eléctrico cuyo creador fue Samuel Morse.
La generación masiva de electricidad fue para fines del siglo XIX cuando
se comenzaron a extender redes de iluminación en calles y casas de diferentes
localidades, esto a su vez dio fruto a una gran cantidad de inventos, ya que los
grandes científicos se dieron cuenta de los tantos usos y privilegios que podían
obtener con dicha invención. Esto a su vez trajo como consecuencia que el
consumo fuese aumentando de manera progresiva junto con el desarrollo
tecnológico y la revolución industrial por lo que se tuvieron que buscar caminos
para abastecer dicho consumo.
Haciendo un salto bastante amplio en la historia nos venimos al siglo XXI
donde la gran cantidad de electricidad consumida ha sido motivo de que se
creen nuevas formas de generación que las convencionales, o dicho de una
mejor manera que las mayormente utilizadas ya que se han ganado la fama de
que son las que proporcionan una mayor eficiencia, podemos nombrar entre
estas las grandes plantas eléctricas que hacen uso de el agua para accionar
grande turbinas y mediante generadores poder suministrar dicho producto a las
diferentes poblaciones. En muchos de los casos se esta haciendo uso de
combustibles los cuales son derivados del petróleo el cual es un recurso no
renovable para el funcionamiento de estas plantas, entre estas es valido
mencionar las turbinas a gas, estas como su nombre lo indica funcionan con el
uso del gas natural como combustible, este derivado del petróleo es
considerado como ecológico, pero si observamos hacia el futuro este sistema
no es de gran factibilidad ya que dicho mineral aunque durara por muchos años
no es eterno ya que como se ha dicho anteriormente es un recurso no
renovable. En la actualidad este sistema de generación es muy utilizado ya que
su producción es bastante alta y permiten un alto abastecimiento.
Turbina a gas
Las turbinas a vapor son también muy utilizadas actualmente su
funcionamiento es de la siguiente manera: el primer paso es introducir vapor a
una temperatura y presión determinadas y este vapor hace girar unos álabes
unidos a un eje rotor; a la salida de la turbina, el vapor que se introdujo tiene
una presión y una temperatura inferior. Parte de la energía perdida por el vapor
se emplea en mover el rotor. Las turbinas a vapor para poder funcionar
necesitan porsupuesto de equipos auxiliares muy sencillos, como un sistema
de lubricación, de refrigeración, cojinetes de fricción, un sistema de regulación
y control, entre otros.
Es importante resaltar que las turbinas a vapor son equipos muy robustos los
cuales se mantienen en perfecto funcionamiento por muchos años siempre que
no se abuse en cuanto a la operación de la misma, es decir, si se realizan
operaciones de mantenimientos al día y operan en ambientes que estén en
condiciones que abarquen los parámetros entre los cuales fueron diseñada
podrán permanecer sin paradas por largos periodos. Entre estos patrones de
funcionamientos son validos nombrar algunos de mucha importancia:
1. Utilizar un vapor que posea características físico-químicas apropiadas
2. Efectuar operación en arranques siendo cuidadosos al realizarlas de que
se estén respetando las instrucciones del manual de operaciones, al
igual durante la marcha y durante las paradas del equipo.
3. Respetar las señalizaciones de protección del equipo, y si se observan
indicios de mal funcionamiento (vibraciones, temperaturas elevadas,
falta de potencia, etc.) parar y revisar el equipo.
4. Por ultimo también se deben realizar las rutinas de mantenimiento en el
periodo que han sido planificadas.
Turbina a vapor
En Venezuela la fuente de generación eléctrica que proporciona el
mayor abastecimiento es la “Central hidroeléctrica Simon Bolívar”, esta Obra de
ingeniería cuenta con una capacidad de 10 millones de kilowatios/hora en sus
dos salas de máquinas`, para producir este nivel de energía se necesitaría una
producción petrolera de 300.000 barriles diarios, lo cual la hace la segunda
central hidroeléctrica mas grande del mundo, después de la central de Itaipú
(Entre Brasil y Paraguay) la cual tiene una potencia instalada en la represa de
14000 MW (megawatts). El funcionamiento de estas centrales consisten en la
concentración de grandes cantidades de agua en represas, las cuales se dejan
fluir por medios de canales que permiten que esta sea conducida a gran
velocidad hasta los alabes de las turbinas instaladas al producirse el choque
del agua con estas se produce el movimiento de las turbinas y que están
instaladas a los generadores. Estas plantas en temporadas de sequía
disminuyen su rendimiento debido a que el nivel de las represas desciende en
niveles bastante considerables lo que a su vez ocasiona que en algunos
momentos la producción sea muy baja y se produzcan fallas en el suministro.
En vista de estos inconvenientes en Venezuela se están haciendo
proyecto e incluso construcciones de nuevas plantas hidroeléctricas para poder
abastecer los altos consumos.
Estas son algunas imágenes de lo que es el aliviadero de la represa del
Guri:
Claramente se observa la gran cantidad de agua que maneja dicha
represa, además de esto podemos observar una de las de las de maquina de
esta central hidroeléctrica:
Esta central hidroeléctrica es de gran complejidad ya que como se dijo
anteriormente es su misión abastecer de energía eléctrica a casi el porcentaje
total del territorio nacional.
Como hemos venido observando existen múltiples sistemas los cuales
trabajan sobre principios muy parecidos, hasta el momento hemos visto
turbinas que son accionadas mediante gas natural, otras trabajan con vapor, y
las que se ven a mayor escala son las que operan mediante el uso de este
gran mineral el cual existe en grandes cantidades en nuestro planeta que es el
agua, pero además de estas en la actualidad existen otros sistemas
innovadores que también tiene una gran efectividad pero que muchos países
no los han puesto en practica, bien sea porque no tienen la necesidad o por
que posean un campo de visión de futuro muy reducido, digo esto por que no
piensan en el crecimiento poblacional y en fuentes renovables de energía que
pueden ser su salvamento en un futuro. Otros países que poseen ciertas
limitaciones se han visto en la necesidad de crear fuentes distintas a las
nombradas anteriormente para poder tener suministro eléctrico, es importante
resaltar que cuando se habla de que son diferentes es en cuanto al recurso del
cual se aprovechan pero el principio físico en la mayoría de los casos es igual,
este punto quedara claro mas adelante cuando se expliquen de forma detallada
el funcionamiento de estos sistemas.
Países que han sido precursores de estas innovaciones son por ejemplo
Egipto con la energía eólica, que también ha sido llevada a países europeos
que le han dado mucha utilidad, otros países que le han dado uso a las celdas
solares se puede citar como ejemplo a Guatemala el cual utiliza las celdas
solares para abastecer de electricidad a muchas zonas rurales. Otros países
como Canadá e Inglaterra que están impulsando la energía mareomotriz en la
cual se hace uso de las mareas de los océanos para generar electricidad, es
llamada la energía del futuro, aunque países como Francia y la Unión Soviética
ya tienen experiencia practica en esta forma de generación. Todas estas
invenciones que hemos venido nombrando se han producido debido a que
desde el año 1973 aproximadamente, muchos países del mundo han tomado
conciencia de la finitud de los combustibles y se han dedicado a buscar
soluciones viables a dicho problema. Pero el aprovechamiento de las fuentes
renovables de energía no se logrará automáticamente, sino que será el fruto de
una feroz acción conjunta de todos con la ayuda de un gran impulso que será
provocado por un amplio movimiento científico, tecnológico y cultural.
Los aerogeneradores:
Historia:
Charles F. Brush y el primer aerogenerador: Charles F. Brush fue un
inventor e industrial norteamericano, considerado uno de los padres de la
industria eléctrica norteamericana. Entre sus logros está el haber creado la
primera luz de arco comercial y un eficaz sistema de fabricación de baterías de
plomo-ácido.
Fue durante el año 1887 cuando creó el primer aerogenerador conocido, se
trataba de una turbina eólica de 12 kW, cuya energía se almacenaba en 12
baterías. Esta turbina funcionó durante 20 años, y era un gigante de 17 metros
de altura y 144 palas.
Llegar a los aerogeneradores actuales ha sido un camino largo y
escabroso. No es posible indicar en que parte del mundo se construyeron los
primeros molinos de viento. Existen multiples versiones sobre el principio de la
evolución de estos aparatos, existen razones para creer que fue en Egipto y los
cruzados fueron quienes llevaron consigo la idea desde el Cercano Oriente a
Europa.
Aunque el aprovechamiento de al energía eólica data de las épocas
más remotas de la humanidad (los egipcios ya navegaban a vela en el año
4.500 a. c.) la primera noticia que se tiene se refiere a un molino que Heron de
Alejandría construyó en el siglo II a. c. para proporcionar aire a su órgano.
Se plantea que en el siglo V antes de Cristo se encuentran los primeros
aerogeneradores en Asia: son máquinas de eje vertical iguales a las
denominadas panemonas en algunas islas griegas que aún hoy se pueden
contemplar. Alrededor de este mismo periodo Guy Cunty, Araus M; plantean
que en Egipto se utilizaban molinos de eje horizontal aunque lo único
demostrable es que en el siglo VI d. de C. Se utilizaban aeromotores de eje
vertical en la zona de Sijistán (entre Irán y Afganistán).
Aún siendo distintos desde el punto de vista tecnológico, los molinos
tenían el mismo principio, ser capaces de transformar la energía eólica en
energía para el bombeo de agua, la moledura de granos, etc. Lo cual limitó el
aprovechamiento del viento durante siglos solo a estas aplicaciones.
Aunque desde Egipto se llevó rápidamente la idea de los molinos de
viento hacia Europa, no es hasta el siglo VII después de Cristo cuando
aparecen los primeros molinos, la tecnología de los mismos evolucionó hasta
nuestros días, dando lugar a los clásicos molinos holandeses mecánicamente
sofisticados, o los aeromotores para el bombeo de agua que progresan con la
invención de la rueda multipala en el año 1870 por los americanos.
Fue en el año 1802 cuando se pensó, por primera ves, en la
transformación de la energía eólica en energía eléctrica. Lord Kelvin trató de
asociar un generador eléctrico a un aeromotor, pero hubo que esperar hasta
1850 al acontecimiento de la Dinamo, para que existiese lo que hoy conocemos
como "aerogenerador", en la producción de energía eléctrica. El faro de la
Hebe fue la primera instalación de balizamiento marítimo equipada con una
fuente de energía eléctrica autónoma mediante un aerogenerador.
Esta nueva aplicación de la energía eólica tuvo cierto éxito, de forma que
en el año 1920 existían unos trescientos constructores de estos aparatos. El
estudio en los campos de la aerodinámica permitió alcanzar grandes progresos
en los aeromotores, muchos de estos conllevaron incluso a la realización de
grandes máquinas, cuya potencia está comprendida entre 100 y 1000 kW, lo
cual demuestra que la producción de energía eléctrica a partir de la del viento
es factible, ello ocurrió hasta el año 1961. Desgraciadamente en ese año el
precio del petróleo bajó, poniendo al kilowatt "eólico" a precios inaccesibles.
Todas las máquinas fueron desmontadas y vendidas a precio de chatarra.
Desde el año 1973, poco a poco, ocurre el proceso inverso, impulsando
programas de estudio y realización de aerogeneradores. No obstante, en 1978
eran pocas las instalaciones eólicas. La demanda de aerogeneradores de
potencia pequeña y mediana en países industrializados permanece limitada a
aplicaciones muy concretas. No obstante su demanda en países
tercermundistas aumentó, esto se debe al bajo costo de producción e
instalación de estos equipos en comparación con las ganancias retribuidas.
A partir de las diversas experiencias internacionales de operación de
grandes conjuntos de aerogeneradores modernos, constituyendo centrales
eoloeléctricas, de 1980 a 1995 se evolucionó de la máquina de 50 kW a la de
500 kW, estando para el 1998 en proceso de introducción las unidades de 750
y 1000 kW, las que se consideraban el tope para este tipo de arquitectura y
tecnologías actuales de grandes aerogeneradores.
La tecnología de materiales alrededor de los materiales compuestos,
que permitan estructuras más esbeltas y ligeras, más resistentes a la oxidación
y la corrosión, y más fuertes a la vez, así como de súper magnetos en los
generadores, permitirán desarrollar nuevos conceptos más confiables y
económicos, desde unidades de decenas de Watts hasta grandes
aerogeneradores de potencia, trabajando en régimen de velocidad variable,
aprovechando mejor la energía del viento y constituyendo junto con la energía
hidroeléctrica, el soporte principal de la generación eléctrica en los sistemas
nacionales. Para fines del año 2000 se han instalado en el mundo, más de
14,000 MW. En Europa, Alemania, Dinamarca, el Reino Unido, España y
Grecia tienen los programas más ambiciosos. En España, la empresa eléctrica
de la Provincia de Navarra ha instalado 54 Centrales eoloeléctricas y espera
producir más del 50% de la energía que distribuye. La empresa eléctrica de la
Provincia de Euskadi (País Vasco) también prevé un desarrollo importante, lo
que ha ocasionado, paradójicamente, que grupos ecologistas protesten por lo
que consideran excesivo.
Para el año 2020, la Asociación Europea de Energía Eólica, estima tener
más de 20,000 MW instalados de potencia eólica para generación de
electricidad. China y la India son dos países que han decidido dar un impulso
grande a esta forma de generación eléctrica, para lo cual se han asociado con
empresas europeas para fabricar en esos países el equipamiento requerido. En
América Latina, Costa Rica y Argentina llevan la delantera, con 20 y 9 MW
respectivamente. En Argentina son las empresas eléctricas cooperativas de la
Patagonia las que han dado el impulso, amen de que las leyes estatales de la
Provincia de Chubut, obligan a un 10% de la generación eléctrica con energía
eólica. México tiene una central de 1,575 kW en la Venta, Oaxaca, con planes
de ampliarla a 54 MW. Nicaragua también tiene planes de instalar una central
eólica de al menos 30 MW. En el Caribe, la empresa eléctrica de Curazao
opera desde marzo de 1994 una centralita de 4 MW que fue la primera
eoloeléctrica en América Latina y el Caribe.
Ingeniería de los aerogeneradores:
Ya que conocemos sobre la manera en fueron evolucionando los
aerogeneradores en el tiempo podemos pasar a conocerlos de una manera
mas interna e ingenieril.
Componentes de un aerogenerador:
1) La góndola: Este componente contiene las partes esenciales del
aerogenerador las cuales son el generador eléctrico y el multiplicador, es el
habitáculo que alberga toda la mecánica y control del aerogenerador, su
tamaño es tal que los operadores de mantenimiento pueden estar de pie dentro
de ella y recorrerla de un lado a otro para la perfecta manipulación y reparación
de la maquinaria.
Góndola de un aerogenerador
2) Palas del rotor: la función de esta parte del aerogenerador es capturar el
viento y transmitir la potencia al buje, el diseño de estas es de gran similitud al
de las alas de un avión, incluso los diseñadores toman en muchos casos los
perfiles clásicos de alas de avión como sección transversal de la parte más
exterior de la pala, Sin embargo, los perfiles gruesos de la parte más interior de
la pala suelen estar específicamente diseñados para turbinas eólicas. La
elección de los perfiles de las palas del rotor lleva directamente a una solución
q es de gran compromiso entre unas características adecuadas para su
sustentación o en caso contrario no adecuadas, además de la habilidad del
perfil para funcionar bien incluso si hay algo de suciedad en su superficie (lo
cual puede ser un problema en áreas en las que llueve poco), cada pala puede
medir hasta 32 m de longitud o mas.
La mayoría de las modernas palas de rotor de grandes aerogeneradores
están fabricadas con plástico reforzado o con fibra de vidrio ("GRP"), es decir,
poliéster o epoxy reforzado con fibra de vidrio.
Utilizar fibra de carbono o aramidas (Kevlar) como material de refuerzo
es otra posibilidad, pero normalmente estas palas son antieconómicas para
grandes aerogeneradores.
Los materiales compuestos de madera, madera-epoxy, o madera-fibra-
epoxy aún no han penetrado en el mercado de las palas de rotor, aunque
existe un desarrollo continuado en ese área. Las aleaciones de acero y de
aluminio tienen problemas de peso y de fatiga del metal, respectivamente.
Actualmente sólo son utilizados en aerogeneradores muy pequeños.
Con respecto al funcionamiento de la pala se puede decir que el ángulo de
ataque del viento cambia mucho más bruscamente en la base de la pala, que
en el extremo de la pala cuando el viento cambia. Si el viento llega a ser lo
suficientemente fuerte como para que haya una pérdida de sustentación, este
fenómeno empezará en la base de la pala. Para observar mejor la dirección de
sustentación se le realiza u corte a la pala veamos:
En el siguiente dibujo la flecha gris muestra la dirección de la
sustentación en ese punto. La sustentación es perpendicular a la dirección del
viento. Tal y como se puede observar, la sustentación empuja la pala
parcialmente en la dirección que se quiere, es decir, hacia la izquierda. Sin
embargo, también la dobla otro tanto.
Para poder tener plena seguridad de que el la palas funcionaran de
manera optima se le realizan pruebas de fatiga, estas son sometidas a
flexiones cíclicas en las cuales se llega lo mas cerca que se pueda a la
frecuencia natural de la pala, La frecuencia natural es la frecuencia con la que
la pala oscilará de una parte a otra, si la empuja una vez en una determinada
dirección y luego la suelta. Las frecuencias naturales son diferentes en la
dirección de flap y en la dirección periférica: la pala tiende a ser mucho más
rígida en la dirección periférica, por lo que tiene una frecuencia natural más alta
para la flexión periférica. Cada pala es puesta en movimiento por un motor
eléctrico montado sobre la pala que balancea un peso hacia arriba y hacia
abajo. Las cimentaciones que soportan el casquillo de la pala deben ser muy
sólidas, la cimentación de un gran casquillo de pala se compone de 2.000
toneladas de hormigón. La finalidad de los ensayos en las palas de rotor es la
de verificar que las laminaciones en la pala son seguras, es decir, que las
capas de la pala no se separarán (delaminación). De la misma manera, los
ensayos verifican que las fibras no se romperán bajo esfuerzos repetidos.
Además se utilizan galgas extensometricas para medir la flexión o alargamiento
a lo largo de la pala del rotor, estas variaciones se registran de manera que se
puedan observar ciertas variaciones que puedan ocasionar daños en la
estructura.
Se utilizan también cámaras de infrarrojo con el fin de revelar un
aumento de calor local en la pala. Esto puede indicar, bien un área con
humedecimiento estructural, es decir, un área donde el diseñador de la pala ha
dispuesto, de forma deliberada, fibras que convierten la energía de flexión en
calor con el fin de estabilizar la pala, o bien puede indicar un área de
delaminación o un área que se está moviendo hacia el punto de rotura de las
fibras.
A continuación se muestran las palas del rotor de un aerogenerador:
Palas del rotor
3) El buje: este componente esta acoplado al eje de baja velocidad del
generador. El eje de baja velocidad de la turbina conecta al buje del rotor al
multiplicador. El eje posee conductos del sistema hidráulico para permitir el
funcionamiento de los frenos aerodinámicos, este se encuentra ubicado en la
parte frontal del aerogenerador, En su interior se encuentran los elementos que
permiten el cambio de paso (ángulo de incidencia del viento sobre la pala), en
cuyas versiones más modernas se encuentran los cilindros hidráulico o
motores eléctricos que son elementos físicos que permiten el giro entre 0º
(cuando la velocidad del viento está entre 0 m/s y 15 m/s) y 90º o posición de
bandera (situación en parada de emergencia o cuando no se quiere que el buje
gire), por eso, en muchos casos cuando un aerogenerador está detenido y se
mira de frente las palas dibujan una fina línea recta y cuando está en
movimiento vemos su silueta al completo. A este elemento se le une mediante
pernos traccionados los llamados rodamientos de pala, los cuales minimizan el
rozamiento de las palas al girar sobre su propio eje y les proporciona una
mayor libertad de movimiento. La mayoría de fabricantes de aerogeneradores
utilizan acero en diversas aleaciones tomando en consideración distintas
variables (temperatura, tipo de viento, grado de humedad, etc.) proveniente de
fundición para realizar este elemento de una manera que pueda garantizarse
que cumplirá la función para la cual fue diseñado.
Buje del aerogenerador
4) El eje de baja velocidad: este elemento se encarga de conectar el buje del
rotor al multiplicador. En un aerogenerador moderno de 600 Kw. El rotor gira
muy lento, a unas 19 a 30 revoluciones por minuto (rpm.) El eje contiene
conductos del sistema hidráulico para permitir el funcionamiento de los frenos
aerodinámicos. El movimiento del eje de baja velocidad es amplificado
mediante un sistema de engranaje que permite que las revoluciones a las
cuales esta girando dicho eje sean aumentadas de manera significativa.
5) El multiplicador: este componente cuenta a su izquierda con el eje de baja
velocidad, su función principal es permitir que el eje de alta velocidad que está
a su derecha gire 50 veces más rápido que el eje de baja velocidad.
La potencia de la rotación del rotor de la turbina eólica es transferida al
generador a través de un tren de potencia, es decir, a través del eje principal
(eje de baja velocidad), la caja multiplicadora y el eje de alta velocidad, esto se
hace debido a que el generador no se puede utilizar directamente acoplado al
eje principal esto es debido a que si usásemos un generador ordinario,
directamente conectado a una red trifásica de CA ( corriente alterna ) a 50 Hz,
con dos, cuatro o seis polos, deberíamos tener una turbina de velocidad
extremadamente alta, de entre 1000 y 3000 revoluciones por minuto (rpm.).
Con un rotor de 43 metros de diámetro, esto implicaría una velocidad en el
extremo del rotor de mucho más de dos veces la velocidad del sonido, así es
que deberíamos abandonar esta opción.
Otra posibilidad es construir un generador de CA lento con muchos
polos. Pero si quisiera conectar el generador directamente a la red, acabaría
con un generador de 200 polos (es decir, 300 imanes) para conseguir una
velocidad de rotación razonable de 30 rpm.
Otro problema es que la masa del rotor del generador tiene que ser
aproximadamente proporcional a la cantidad de par torsor (momento, o fuerza
de giro) que tiene que manejar. Así que, en cualquier caso, un generador
accionado directamente será muy pesado y extremadamente costoso.
La solución práctica, utilizada en dirección contraria en muchas
máquinas industriales, y que guarda relación con los motores de automóviles,
es la de utilizar un multiplicador.
El multiplicador hace la conversión entre la potencia de alto par torsor,
que obtiene del rotor de la turbina eólica girando lentamente, y la potencia de
bajo par torsor, a alta velocidad, que utiliza en el generador.
Es importante resaltar que la caja multiplicadora de la turbina eólica no
"cambia las velocidades". Normalmente, suele tener una única relación de
multiplicación entre la rotación del rotor y el generador.
Para una máquina de 600 ó 750 kW, la relación de multiplicación suele
ser aproximadamente de 1:50. El generador de una turbina eólica típicamente necesita una velocidad
de giro de 25 revoluciones por segundo.
Al colocar el multiplicador no quiere decir que se esta amentando la
velocidad de giro para obtener una mayor cantidad de energía o potencia, ya
que aquí rige el principio de conservación de la energía, realmente parte de la
energía es transferida al entorno, las partes giratorias del multiplicador rozan
unas con las otras, y parte de la energía rotacional se convierte en energía
calorífica en las partes del multiplicador y de los rodamientos y en los
engranajes del multiplicador.
Aquí abajo se puede observar una caja multiplicador que tiene
capacidad para acoplar dos generadores de 1.5 MW cada uno, en la parte
inferior de los pernos donde se sujetan los generadores se encuentran dos
accesorios de color naranja, estos son frenos que se accionan hidráulicamente
y en el fondo se puede observar también la parte inferior de una góndola para
una turbina de 1.5 MW:
Multiplicador para dos generadores
Copyright 1997-2003 Asociación danesa de la industria eólica.
6) El eje de alta velocidad: Este eje se encuentra en el extremo contrario al que
se encuentra el eje de baja velocidad en el multiplicador, este gira
aproximadamente a 1.500 rpm. lo que permite el funcionamiento del generador
eléctrico. El eje se encuentra equipado con un freno de disco mecánico de
emergencia el cual se utiliza en caso de fallo del freno aerodinámico, o durante
las labores de mantenimiento de la turbina.
El eje de alta velocidad es esencialmente el que acciona el generador
eléctrico ya que este es el que va acoplado directamente a el, y recibe toda la
potencia que es transmitida por la caja multiplicadora.
7) El generador eléctrico: El utilizado en estos sistemas suele ser un
generador asíncrono o de inducción. En los aerogeneradores modernos la
potencia máxima suele estar entre 500 y 1.500 Kw.
El aerogenerador convierte la energía mecánica en energía eléctrica., si
se comparan los aerogeneradores con los otros equipos generadores que
suelen encontrarse conectados a la red eléctrica se puede ver que son algo
inusuales. Una de las razones es que el generador debe trabajar con una
fuente de potencia que es el rotor de la turbina eólica que suministra una
potencia mecánica muy variable (momento torsor).
En grandes aerogeneradores la turbina puede generar una tension de
hasta 690V de corriente alterna trifásica. Posteriormente, la corriente es
enviada a través de un transformador anexo a la turbina (o dentro de la torre),
para aumentar su voltaje entre 10.000 y 30.000 V, esto depende del estándar
de la red eléctrica local. Los grandes fabricantes proporcionan modelos de
aerogeneradores tanto de 50 Hz (para las redes eléctricas de la mayor parte
del mundo) y de 60 Hz (para la red eléctrica de América).
El generador durante su funcionamiento necesita refrigeración, en la
mayoría de las turbinas la refrigeración se lleva a cabo mediante
encapsulamiento del generador en un conducto, utilizando un gran ventilador
para la refrigeración por aire, aunque algunos fabricantes usan generadores
refrigerados por agua. Los generadores refrigerados por agua pueden ser
construidos de forma más compacta, lo que también les proporciona algunas
ventajas en cuanto a rendimiento eléctrico se refiere, aunque precisan de un
radiador en la góndola para eliminar el calor del sistema de refrigeración por
líquido.
En cuanto al arranque y parada del generador se puede decir que si
conecta (o desconecta) un gran generador de turbina eólica a la red
simplemente accionando un interruptor corriente, muy probablemente dañará el
generador, el multiplicador y la corriente de red del vecindario. La mayoría de
controladores electrónicos de aerogeneradores están programados para que la
turbina funcione en vacío a bajas velocidades de viento. Una vez que el viento
se hace lo suficientemente potente como para hacer girar el rotor y el
generador a su velocidad nominal, es importante que el generador de la turbina
sea conectado a la red eléctrica en el momento oportuno si esto no es así tan
solo estarán la resistencia mecánica del multiplicador y del generador para
evitar que el rotor se acelere, y que finalmente se embale (existen diversos
dispositivos de seguridad, incluyendo frenos de protección contra fallos, en el
caso de que el modo de arranque correcto falle.
Los componentes de un aerogenerador están diseñados para durar 20
años. Esto significa que tendrán que resistir más de 120.000 horas de
funcionamiento, a menudo bajo condiciones climáticas tormentosas. Si se
compara con un motor de automóvil ordinario, éste sólo funcionará durante
unas 5.000 horas a lo largo de su vida útil. Los grandes aerogeneradores están
equipados de diversos dispositivos de seguridad que garantizan un
funcionamiento seguro durante su vida útil, entre los dispositivos más usuales
están:
a) Sensores: Uno de los más clásicos y simples dispositivos de
seguridad en un aerogenerador es el sensor de vibraciones, este consiste
simplemente en una bola que reposa sobre un anillo. La bola está conectada a
un interruptor a través de una cadena. Si la turbina empieza a vibrar, la bola se
caerá del anillo sobre el que reposa y desconectará la turbina.
Hay muchos otros sensores en la góndola, como termómetros
electrónicos que controlan la temperatura del aceite en el multiplicador y la
temperatura del generador.
b) Palas de rotor: De un país a otro varían las condiciones de seguridad
en los aerogeneradores. Dinamarca es el único país en el que la ley exige que
todas las palas de rotor nuevas sean ensayadas tanto estáticamente, aplicando
cargas para curvar las palas, como dinámicamente, probando la habilidad de
las palas para resistir la fatiga de repetidas flexiones más de cinco millones de
veces.
c) Protección contra el embalamiento: Es fundamental que un
aerogenerador se pare automáticamente en caso de un mal funcionamiento de
alguno de los componentes críticos. Por ejemplo, si hay un sobrecalentamiento
del generador o se desconecta de la red eléctrica dejará de frenar al rotor y, en
cuestión de segundos, el rotor empezaría a acelerarse rápidamente.
En un caso así es esencial disponer de un sistema de protección contra
el embalamiento. Por ley, los aerogeneradores daneses están obligados a
llevar dos mecanismos de freno independientes a prueba de fallos para detener
la turbina.
d) Sistema de freno mecánico: El freno mecánico es utiliza como
sistema de apoyo para el sistema de freno aerodinámico, como freno de
estacionamiento, una vez que la turbina ha sido parada, en el caso de una
turbina de regulación por pérdida aerodinámica.
Las turbinas de regulación por cambio del ángulo de paso no suelen
necesitar activar el freno mecánico (excepto en trabajos de mantenimiento),
dado que el rotor apenas si puede moverse cuando las palas del rotor están
giradas 90 grados.
Generador eléctrico
8) El controlador electrónico: es un dispositivo que se encarga de un monitoreo
constante de las condiciones de funcionamiento del aerogenerador y además
controla el mecanismo de orientación en caso de alguna falla o alteración de
los valores óptimos de funcionamiento automáticamente para el aerogenerador
y llama mediante un enlace telefónico directo al operario encargado de la
turbina.
9) La torre: Esta Soporta la góndola y el rotor. En la mayoría de los casos es
una ventaja disponer de una torre alta, dado que la velocidad del viento
aumenta conforme nos alejamos del nivel del suelo. Una turbina moderna de
600 Kw. Tendrá una torre de 40 a 60 metros (la altura de un edificio de 13 a 20
plantas).
Las torres pueden ser de dos formas, torres tubulares o torres de
celosía. Las torres tubulares son más seguras para el personal de
mantenimiento de las turbinas ya que pueden usar una escalera interior para
acceder a la parte superior de la turbina. La única ventaja de las torres de
celosía es que su costo es menor a las anteriores, puesto que una torre de
celosía requiere sólo la mitad de material que una torre tubular sin sustentación
adicional con la misma rigidez. La principal desventaja de este tipo de torres es
su apariencia visual. En cualquier caso, por razones estéticas, las torres de
celosía han desaparecido prácticamente en los grandes aerogeneradores
modernos.
Torre de celosía
En los grandes aerogeneradores las torres tubulares pueden ser de
varios materiales: acero, de celosía o de hormigón. Las torres tubulares
tensadas con vientos sólo se utilizan en aerogeneradores pequeños
(cargadores de baterías, etc.).
La mayoría de los grandes aerogeneradores se montan con torres
tubulares de acero, fabricadas en secciones de 20-30 metros con bridas en
cada uno de los extremos, y son unidos con pernos. Las torres son tronco-
cónicas (es decir, con un diámetro creciente hacia la base), con el fin de
aumentar su resistencia y al mismo tiempo ahorrar material.
Torres tubulares
También existen las torres de mástil tensado con vientos, son torres que
están sostenidas mediante cables tensores mayormente son utilizadas para
aerogeneradores pequeños. La ventaja es el ahorro de peso y, por lo tanto, de
coste. Las desventajas son el difícil acceso a las zonas alrededor de la torre, lo
que las hace menos apropiadas para zonas agrícolas, además este tipo de
torres es más propensa a sufrir actos vandálicos, lo que compromete la
seguridad del conjunto.
Torre de mástil
10) El mecanismo de orientación: La función del mecanismo de orientación es
girar el rotor de la turbina en contra del viento. Se dice que la turbina eólica
tiene un error de orientación si el rotor no está perpendicular al viento. Un error
de orientación implica que una menor proporción de la energía del viento
pasará a través del área del rotor.
Si esto fuera lo único que ocurre, el mecanismo de orientación sería una
excelente forma de controlar la potencia de entrada al rotor del aerogenerador.
Sin embargo, la parte del rotor más próxima a la dirección de la fuente de
viento estará sometida a un mayor esfuerzo (par flector) que el resto del rotor.
Esto implica que el rotor tendrá una tendencia natural a orientarse en contra del
viento, independientemente de si se trata de una turbina corriente abajo o
corriente arriba. Por otro lado, esto significa que las palas serán torsionadas
hacia ambos lados en la dirección de "flap" (dirección perpendicular al plano del
rotor) a cada vuelta del rotor. Por tanto, las turbinas eólicas que estén
funcionando con un error de orientación estarán sujetas a mayores cargas de
fatiga que las orientadas en una dirección perpendicular al viento.
Las turbinas que trabajan corriente arriba tienen la ventaja que evitan el
abrigo del viento tras la torre. La gran mayoría de los aerogeneradores tienen
este diseño. Por otro lado, también hay algo de abrigo enfrente de la torre, es
decir, el viento empieza a desviarse de la torre antes de alcanzarla, incluso si la
torre es redonda y lisa. Así pues, cada vez que el rotor pasa por la torre, la
potencia del aerogenerador cae ligeramente.
El principal inconveniente de los diseños corriente arriba es que el rotor
necesita ser bastante inflexible, y estar situado a una cierta distancia de la
torre, además de que necesitan un mecanismo de orientación para mantener el
rotor de cara a viento, estos son denominados mecanismos a barlovento.
También existen los mecanismos a sotavento, las cuales tienen el rotor
situado en la cara a sotavento de la torre, estos tienen la ventaja de que
pueden ser construidos sin un mecanismo de orientación, si el rotor y la
góndola tienen un diseño apropiado que hace que la góndola siga al viento
pasivamente. Sin embargo, en grandes máquinas ésta es una ventaja algo
dudosa, pues se necesitan cables para conducir la corriente fuera del
generador, otra ventaja de mayor relevancia es que el rotor puede hacerse más
flexible. Esto supone una ventaja tanto en cuestión de peso como de dinámica
estructural de la máquina, es decir, las palas se curvarán a altas velocidades
del viento, con lo que le quitarán parte de la carga a la torre.
El inconveniente principal es la fluctuación de la potencia eólica, debida
al paso del rotor a través del abrigo de la torre. Esto puede crear más cargas
de fatiga en la turbina que con un diseño corriente arriba.
El mecanismo de orientación está activado por el controlador electrónico,
que vigila la dirección del viento utilizando la veleta.
Mecanismo de orientación
11) El anemómetro y la veleta: el anemómetro es utilizado para medir la
velocidad el viento, en estos sistemas se utiliza el anemómetro de cazoleta, el
mismo cuenta con un eje vertical y tres cazoletas que capturan el viento,
además de cazoletas el anemómetro podría estar equipado con hélices pero no
es muy usual. El número de revoluciones por segundo son registradas
electrónicamente.
Normalmente, el anemómetro está provisto de una veleta para detectar la
dirección del viento.
Además de estos tipos de anemómetros que han sido nombrados
también existen otras clases, como algunos que incluyen ultrasonidos o
anemómetros provistos de láser que detectan el desfase del sonido o la luz
coherente reflejada por las moléculas de aire.
Los anemómetros de hilo electrocalentado detectan la velocidad del
viento mediante pequeñas diferencias de temperatura entre los cables situados
en el viento y en la sombra del viento (cara a sotavento).
La ventaja de los anemómetros no mecánicos es que son menos
sensibles a la formación de hielo. Sin embargo en la práctica los anemómetros
de cazoletas son ampliamente utilizados, y modelos especiales con ejes y
cazoletas eléctricamente calentados pueden ser usados en las zonas árticas.
En la industria eólica no son de gran utilidad anemómetros baratos o de
baja calidad, ya que estos en la mayoría de los casos se utilizan para
actividades que no ameritan de una gran precisión en las medidas que se
toman, estos no suelen ser muy precisos y pueden estar pobremente
calibrados, con errores en la medición de quizás el 5 por ciento, e incluso del
10 por ciento.
En un parque eólico puede resultar un desastre económico si se dispone
de un anemómetro que mide las velocidades de viento con un error del 10%.
En ese caso, se expone a contar con un contenido energético del viento que es
1,1 3 -1=33% más elevado de lo que es en realidad. Si lo que tiene que hacer
es recalcular sus mediciones para una altura de buje del aerogenerador distinta
(digamos de 10 a 50 metros de altura), ese error podrá incluso multiplicarse por
un factor del 1,3, con lo que sus cálculos de energía acabarán con un error del
75%.
Se puede comprar un anemómetro profesional y bien calibrado, con un
error de medición alrededor del 1%, por unos 700-900 dólares americanos, lo
que no es nada comparado con el riesgo de cometer un error económico
potencialmente desastroso. Naturalmente, el precio puede no resultar siempre
un indicador fiable de la calidad, por lo que deberá informarse de cuáles son los
institutos de investigación en energía eólica bien reputados y pedirles consejo
en la compra de anemómetros.
El anemómetro de un aerogenerador realmente sólo se utiliza para
determinar si sopla viento suficiente como para que valga la pena orientar el
rotor del aerogenerador en contra del viento y ponerlo en marcha.
Anemómetro de cazoletas
La veleta es utilizada para determinar la dirección del viento, esta señal
es transmitida hasta el controlador electrónico el cual al obtenerla mueve el
aerogenerador de manera que su dirección este en contra del viento utilizando
el mecanismo de orientación. El ordenador parará el aerogenerador
automáticamente si la velocidad del viento excede de 25 m/s, con el fin de
proteger a la turbina y sus alrededores.
Fig. 1: Veleta
La imagen que se muestra acontinuación es la de un aerogenerador
ensamblado completamente, en esta se observa con mayor claridad la manera
como están distribuidos cada uno de los componentes dentro del
aerogenerador:
Funcionamiento de un aerogenerador:
Luego de observar cada uno de los componentes que conforman un
aerogenerador se puede ver de manera mas clara el funcionamiento del
mismo.
Los aerogeneradores aprovechan la energía del viento para producir
electricidad. Lo consiguen gracias a sus palas, que capturan el viento y giran.
Cuando no hay viento, las palas forman un ángulo de 45º, de modo que el
aerogenerador pueda extraer el máximo de energía de los vientos suaves, este
movimiento es gracias a que cuentan con una veleta y un anemómetro que
permiten conocer la velocidad y dirección del viento. Los aerogeneradores
empiezan a producir energía cuando el viento alcanza velocidades cercanas a
los cuatro metros por segundo. La pala gira gradualmente hasta formar un
ángulo de 0º, con la superficie más ancha de cara al viento. Cuando el viento
entra en contacto con la pala, crea una presión positiva en la parte delantera y
una presión negativa en la parte trasera. En otras palabras, el viento empuja el
extremo delantero y crea un efecto de succión tras la pala, que a su vez hace
girar el rotor. Con una velocidad de giro máxima, las puntas de las palas
alcanzan una velocidad de 250 Km/hora.
El generador se conecta a través del sistema de control eléctrico del
aerogenerador. La potencia de salida es conducida a través de un
transformador de alta tensión hasta la red eléctrica, que suministra electricidad
a los hogares. Como a manera de referencia es valido decir que en cuestión
de 2-3 horas, un aerogenerador V90-3,0 MW produce suficiente energía como
para cubrir las necesidades anuales de consumo eléctrico de un hogar europeo
medio.
Existen tres formas de regular la potencia de salida:
a) Passive Stall: los aerogeneradores operan a una velocidad de giro fija con
palas no regulables.
b) Active Stall: los aerogeneradores operan a una velocidad de giro fija con
palas regulables.
c) Pitch: los aerogeneradores operan a una velocidad de giro constante o con
una velocidad variable. El borde de ataque de la pala se encara en la dirección
del viento para reducir el levantamiento. El aerogenerador se detiene cuando el
viento supera los 25 metros por segundo, porque las velocidades superiores a
este nivel someten a los componentes del aerogenerador a una tensión
excesiva.
Ventajas y desventajas de la energía eólica:
La principal ventaja de la energía eólica es que no contamina, es
inagotable y frena el agotamiento de combustibles fósiles contribuyendo a
evitar el cambio climático. Es una tecnología de aprovechamiento totalmente
madura y puesta a punto.
Es una de las fuentes más baratas, puede competir en rentabilidad con
otras fuentes energéticas tradicionales como las centrales térmicas de carbón
(considerado tradicionalmente como el combustible más barato), las centrales
de combustible e incluso con la energía nuclear, si se consideran los costes de
reparar los daños medioambientales.
El generar energía eléctrica sin que exista un proceso de combustión o
una etapa de transformación térmica supone, desde el punto de vista
medioambiental, un procedimiento muy favorable por ser limpio, exento de
problemas de contaminación, etc. Se suprimen radicalmente los impactos
originados por los combustibles durante su extracción, transformación,
transporte y combustión, lo que beneficia la atmósfera, el suelo, el agua, la
fauna, la vegetación, etc.
La única desventaja de la energía eólica es la estética, ya que la energía
eólica produce un impacto visual inevitable, debido a sus características
precisa unos emplazamientos que normalmente resultan ser los que más
evidencian la presencia de las máquinas (cerros, colinas, litoral). En este
sentido, la implantación de la energía eólica a gran escala, puede producir una
alteración clara sobre el paisaje, que deberá ser evaluada en función de la
situación previa existente en cada localización.
Otras alternativas de energía renovable:
Energía solar:
Historia:
El principio de la energía solar fue descubierto por el físico francés
Edmund Becquerel en 1839 al iluminar el electrodo de una célula electrolítica
con electrolito poco conductor. Para el año 1880, las primeras células
fotovoltaicas fueron fabricadas con Selenio y solamente conseguían entre el 1-
2% de eficiencia de conversión. Los principios cuánticos desarrollados en los
años 1920 y 30, fundamentaron el presente modo de entender el fenómeno
fotovoltaico.
El método Czochralski de 1918 supuso uno de los mayores avances,
que posibilitó en la década 1940-50 la obtención de monocristales de Si con la
suficiente pureza para el desarrollo de células solares (junto con transistores y
diodos). Las células solares están basadas en los mismos mecanismos físicos
que los transistores y dispositivos cuánticos, y se desarrollan bajo el impulso de
la investigación espacial en los años 50-60 como alternativa a los generadores
de isótopos radioactivos de los satélites.
Los principios de la energía fotovoltaica datan desde hace más de un
siglo, Albert Einstein para el año 1904 publica su trabajo sobre la energía
fotovaltica y para 1921 gana el premio Nóbel por la explicación de esta teoría.
En el transcurrir del tiempo se fueron haciendo mejoras, en el año 1981 Solar
Challenger", pone en vuelo un avión abastecido por energía fotovoltaica. Se
instala en Jeddah, Arabia Saudita, una planta desalinizadora por ósmosis-
inversa abastecida por un sistema FV de 8-kW, un año mas tarde se instala en
California una planta (planta ARCO Solar Hisperia) con una producción de
1 MW.
En actualidad existen múltiples plantas de energía fotovoltaica instalada
en muchos países del mundo, entre estos el que lleva la vanguardia es España
quienes tienen plantas instaladas con una potencia de 1,2 Mw y sus paneles
una superficie de 100 metros cuadrados completamente automatizados para
seguir el sol, los costos del Kw. de esta energía irán disminuyendo a medida
que se expanda, eso es lo que estiman las empresas encargadas.
Otros países entre estos Venezuela también están promoviendo la
energía solar como alternativa de producción de electricidad, han instalado
centrales para abastecer de este servicio a zonas aisladas además se han
puesto en marcha plantas potabilizadoras quienes están abastecidas con
energía fotovoltaica.
Así como los países que se han nombrado son muchas las regiones del
mundo que están formando parte de esta forma de generación eléctrica y se
están viendo beneficiados, en la actualidad se utilizan a pequeña escala, ya
sea para abastecer comunidades aisladas con un reducido numero de
habitantes o poner en plantas pequeñas plantas de desalinización de agua o
potabilizadoras como el caso de Venezuela pero se tiene la visión de que en un
futuro se pueda ampliar la producción y sea un numero mas grande de familia
los beneficiados.
Planta fotovoltaica
Funcionamiento de una planta fotovoltaica:
Tiene como componente fundamental, uno o varios paneles fotovoltaicos
quienes cumplen el objetivo de transformar la radiación solar en electricidad. La
electricidad generada es corriente continua (CC). Dependiendo del panel o de
su método de conexión el voltaje oscila entre 5 y 900 voltios, la corriente
producida puede ser utilizada como continua o transformarse a corriente
alterna (AC) de 110 o 120v para ser utilizada en equipos eléctricos
tradicionales.
Se utilizan acumuladores o baterías dependiendo de la forma en que
trabajen los paneles, si es solo diurno no se utilizan acumuladores, los
nocturnos si lo ameritan y cuando son utilizados día y noche también requieren
de la instalación de acumuladores. Los paneles fotovoltaicos son los
encargados de la generación, el número de estos dependerá de varios
factores, el primer factor es el nivel de insolación del lugar, el tipo y régimen de
carga, y por ultimo la potencia de salida de los paneles que utilicen.
El banco de baterías usa un tipo especial de batería llamada batería
solar. Estas baterías se ofrecen en versiones desde 4V hasta 24V. Una batería
solar es una batería diseñada para soportar niveles de descarga profundos
durante muchos ciclos de carga y descarga. Un requisito principal es el uso de
un controlador de carga el cual evita la descarga de la batería durante la noche
a través de los paneles solares.
Un método eficiente de utilización de la energía generada es la
apropiada distribución de la electricidad. Cuando se utiliza la electricidad de la
red, habitualmente no se hace un equilibrado y optimizado procedimiento de
distribución. En el caso de las Plantas fotovoltaicas se debe realizar una
revisión del esquema de distribución y de esa forma minimizar sus pérdidas.
Igualmente es recomendable el uso de una distribución en Corriente Continua y
de esa forma ganar en la eficiencia del consumo.
Diariamente, el sistema deberá mantener un balance energético entre la
cantidad generada y la consumida, para que este balance sea equilibrado se
deben tomar en cuenta las perdidas que existen a lo largo del sistema de
generación.
Esquema del sistema de generación fotovoltaico
Energía mareomotriz:
La generación de energía eléctrica con la utilización de las
mareas del océano proviene de Argentina y fue planteado por el inventor
Clemente Rebich quien es oriundo de dicho país, el generador consiste en lo
siguiente:
Rebich dice que el descenso y ascenso de las mareas es un fenómeno
que ocurre dos veces al día. Las mareas pueden apreciarse como la variación
del nivel del mar, con un período de aproximadamente 12 horas 30 minutos,
con una diferencia de nivel de unos 2 metros que, conforme a la diferente
topografía costera, la diferencia entre bajamar y pleamar puede llegar en unos
pocos casos hasta los 15 metros.
Uno de los mayores inconvenientes en la utilización de esta energía
aparece precisamente debido a las características inherentes al fenómeno de
las mareas. En efecto, como el nivel del mar varía (con un período del orden de
12 hasta 30 min), a menos que se tomen las precauciones necesarias, la caída
disponible (y la potencia asociada) varían de la misma forma, y por lo tanto se
anulan dos veces por día. Además, la marea sigue el ritmo de la luna y no del
sol, de manera que hay un retardo diario de 30 min., en las horas en que
dichas energía está disponible.
En las actuales centrales mareomotrices, el sistema consiste en
aprisionar el agua en el momento de la alta marea y liberarla, obligándola a
pasar por las turbinas durante la bajamar. Cuando la marea sube, el nivel del
mar es superior al del agua del interior de la ría. Abriendo las compuertas, el
agua pasa de un lado a otro del dique, y sus movimientos hacen que también
se muevan las turbinas de unos generadores de corrientes situados junto a los
conductos por los que circula el agua. Cuando por el contrario, la marea baja,
el nivel del mar es inferior al de la ría, porque el movimiento del agua es en
sentido contrario que el anterior, pero también se aprovecha para producir
electricidad.
Alto flujo de agua Bajo flujo de agua
Conclusiones
La energía renovable es la solución para la crisis energética que esta
tacando a nuestro planeta en la actualidad ya que esta utiliza como
“combustible” recursos que no se extinguen y que además en su proceso de
producción no daña el ecosistema.
La energía renovable es limpia, barata y no se agota, lo cual es de gran
importancia por que nos beneficia desde el punto de vista económico y
ambiental.
Para lograr que estos modelos logren una masificación tal que generen
un cambio en la situación socioeconómica de los países del mundo, es
necesario primeramente lograr un cambio muy importante en la cultura de los
propietarios de las grades empresas de generación de energía y que se
integren a estas invenciones que son las que nos proporcionaran en una mayor
escala la energía eléctrica en un futuro.
Los recursos renovables están presentes en todas partes, no se
importan de otros países y estamos en contacto con ellos diariamente sin que
nos hagan daño alguno en ningún sentido, muchos países ya están haciendo
uso de ellos con excelentes resultados, ahora la misión es promover estos
sistemas para que sean los protagonistas en la generación de energía a nivel
mundial.
