Aprovechamiento del viento y aspectos técnicos

El potencial de generación de energía eólica en el mundo es gigantesco. Se ha planteado que con las condiciones actuales, con el viento se podría generar más de 40 veces la energía eléctrica que se consume en el mundo, y más de 5 veces el consumo de todo tipo de energía. 

Chile tiene un potencial eólico interesante en el sur y en las zonas más altas del norte . Sin embargo, muchos de los mejores lugares están retirados de los centros más poblados, donde se consume la energía eléctrica, lo que aumenta el costo de transporte de esta energía.

eolico coquimbo

Parque eólico en la IV Región de Coquimbo: representa un buen potencial eólico y además se encuentra en la cercanía de las líneas de transmisión eléctrica existentes.

Los aerogeneradores, antiguamente llamados “molinos de viento”, producen electricidad aprovechando parte de la energía
cinética del viento cuando este hace girar las aspas del equipo. La energía eléctrica generada depende de la velocidad del viento, del caudal de aire que pasa por las aspas y de la eficiencia de conversión. 

La eficiencia de conversión, que es el porcentaje de la energía del viento que se puede convertir en energía rotacional, tiene un máximo teórico de 59%. Esta eficiencia no puede ser de 100%, porque para que ello ocurriera habría que hacer pasar por el aerogenerador todo el aire que transporta el viento y quitarle toda su energía, pero ambas cosas son incompatibles. En efecto, el mayor caudal de aire se obtiene cuando la velocidad del viento no disminuye y por lo tanto no se le saca energía. Por otro lado, si se le quita toda la energía al viento, este se detiene y no pasa aire por las aspas. Entre estos dos casos extremos, hay uno que produce la máxima eficiencia de conversión. 

Un importante factor que afecta la generación eólica es que la velocidad del viento es fluctuante y con frecuencia muy baja para generar energía eléctrica. Por lo tanto, los aerogeneradores no producen la potencia máxima en forma permanente. La fracción de esta potencia máxima que generan en promedio se llama factor de planta o factor de capacidad; un factor de planta típico es del orden de 30%. En la práctica, la intermitencia del viento hace imposible sincronizar la generación eólica con la demanda eléctrica. En efecto, hay momentos en que se requiere mucha electricidad pero no hay viento para generarla, y viceversa. Por esta razón hoy no se concibe un sistema eléctrico basado únicamente en energía eólica. Este problema se puede resolver almacenando energía cuando hay mucho viento y poca demanda, pero esto es de alto costo. 

partesAerogenerador

Cómo funciona un aerogenerador
Un aerogenerador está formado por una torre, un rotor y una góndola. La torre es necesaria para que las aspas o palas del rotor no choquen con el suelo, pero también es conveniente que el rotor se encuentre lo más alto posible porque la velocidad del viento crece con la altura, hasta un cierto punto en que se hace constante. Como se señaló, el rotor con sus palas convierte parte de la energía cinética del viento en energía mecánica, la que es transmitida por el eje del rotor al generador. Sin embargo, el rotor no puede ser conectado directamente al generador, sino que a través de una caja de engranajes, porque la velocidad de giro del primero es menor que la del segundo. En efecto, la velocidad de giro del rotor está limitada por la longitud y el número de palas: a mayor longitud y mayor número de palas, menor velocidad de giro; esta limitación se debe a problemas aerodinámicos. Por otro lado, los generadores normales deben girar a una velocidad constante que depende de su diseño y de la frecuencia de la corriente alterna que generan. 

gondola

Partes del interior de la góndola: las palas del rotor normalmente pueden ajustar el ángulo de ataque al viento para adaptarse a su velocidad. El motor y engranaje de orientación de la góndola le permite girar para que el plano de movimiento del rotor sea siempre perpendicular a la dirección del viento. El anemómetro y la veleta le permiten al controlador ajustar el ángulo de ataque de las palas y la orientación de la góndola, de modo de maximizar la generación de energía eléctrica. El freno inmoviliza al rotor cuando hay vientos muy fuertes que pueden romperlo; junto con activarse el freno, las palas se ponen paralelas al viento. 

Capa límite atmosférica
La velocidad del viento aumenta a medida que se separa del piso, hasta que a una cierta altura se hace constante. Esta variación es consecuencia del principio de no deslizamiento (mecánica de fluidos), que establece que la velocidad de la capa de un fluido en movimiento que está en contacto con una superficie sólida tiene velocidad nula. Capa límite atmosférica es el nombre de la porción de aire donde la velocidad crece desde cero, a nivel del piso, hasta la velocidad del viento que no está afectado por dicho piso. El espesor de esta capa aumenta con la rugosidad del terreno (ver figura). Por esta razón conviene montar la góndola del aerogenerador lo más alto técnicamente posible, ojalá por encima de la capa límite, y en terreno poco rugoso. Sin embargo, restricciones de costo y visibilidad (los aerogeneradores se pueden considerar contaminación visual), conducen a torres más bajas. En la práctica, estas llegan hasta más de 100 m. Por ejemplo, en el parque eólico Texan Snyder Wind project, Scurry County, EE.UU., las torres tienen 105 m de altura y el rotor tiene 91 m de diámetro. En el Parque Eólico de Monte Redondo, IV Región de Coquimbo, las torres son de 80 m de alto. Los parques eólicos pueden instalarse en tierra firme o en el mar (“costa afuera” u offshore).

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Las fotos e imágenes de este sitio se han publicado expresamente para uso educativo con la autorización de Origo Ediciones y la Pontificia Universidad Católica de Chile.

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