Energía Eólica

¿Qué es la energía Eólica?

La energía eólica es una de las energías abundantes y renovables de la naturaleza. Proviene de la conversión de la energía cinética que traen las masas de aire en movimiento hacia energía mecánica y luego a energía eléctrica. Para conseguir esta conversión se utilizan máquinas llamadas aerogeneradores. Estos dispositivos, a través de una superficie aerodinámica expuesta al viento, producen trabajo mecánico en un eje. Existen variados diseños aerodinámicos para adaptar distintos tipos de aerogeneradores a las condiciones climáticas de cada zona.

Como recurso energético el viento es abundante, aunque también variable. Esto produce importantes fluctuaciones en la entrega de energía de los aerogeneradores. En la actualidad existen dos tipos de aplicaciones para la energía mecánica obtenida a partir del viento. Las instalaciones para la producción de electricidad y las instalaciones de bombeo de agua (molinos convencionales y bombas de extracción de agua).

La transformación de la energía eólica en energías de uso.

La energía contenida en el viento debe ser transformada, según sea la necesidad, en energía eléctrica, mecánica o térmica. Las posibilidades de uso de la energía eléctrica son infinitas.

La energía mecánica obtenida del viento puede ser utilizada para el bombeo de agua o molienda de distintos productos. La energía térmica se consigue a partir de la energía eólica puede ser usada para generar frío o calor, tanto domiciliaria como para procesos industriales.

Las maquinas eólicas:

Para llevar adelante estas transformaciones se utilizan distintos tipos de máquinas. Generalmente no se requieren grandes velocidades de viento para producir energía. En la mayoría de los casos los equipos están diseñados para comenzar a generar energía con velocidades del viento de unos 15 km/h. y entregan su potencia máxima a una velocidad del orden de los 40 a 55 km/h. Este diseño responde a estadísticas climáticas imperantes en cada zona de instalación. En caso de temporales o grandes ráfagas de viento, los aerogeneradores disponen de sistemas de protección que los sacan de servicio cuando la velocidad del viento supera los 90km/h.

Tipos de aerogeneradores:

Existen diferentes tipos de aerogeneradores dependiendo de la utilización de la energía mecánica obtenida. En el caso de la extracción o bombeo de agua existe un tipo de máquina llamada molino. Los movimientos del rotor de los molinos expuestos al viento mueven un sistema mecánico que extrae agua del subpiso en zonas rurales. En nuestro país está muy extendido en uso de un tipo de molino llamado comúnmente molino americano multipala. Aunque vienen siendo remplazados por tecnologías de bombeo más modernas y versátiles que se van abriendo paso ante la escasa y costosa mano de obra que se requiere para reparar los molinos multipala. Esto debido a su adaptabilidad y el uso de distintos tipos de energía lo hace adaptable a zonas de muy baja velocidad de viento, pudiendo comenzar a bombear agua con sólo una brisa.

Aero generadores: Estos equipos están especialmente diseñados para producir electricidad. Se fabrican máquinas comerciales de muy variados tamaños, desde muy bajas potencias 1 Kw hasta 2 o 3 Mw. y, en la actualidad, ya están superando la etapa experimental los modelos de hasta 6 Mw. de potencia. A diferencia de los molinos, estos equipos se caracterizan por tener pocas palas: de esta manera alcanzan a desarrollar una mayor eficiencia de transformación de la energía primaria contenida en el viento.

Energía eólica como fuente de electricidad.

Un aerogenerador está conformado, básicamente, por dos elementos principales: por un lado, un rotor compuesto por un eje y la o las palas que es accionado por el viento y, por el otro, un generador que se mueve por arrastre del rotor. Los rotores de los aerogeneradores de potencia mediana en adelante (más de 50 Kw.) no desarrollan gran número de revoluciones, considerándose como normal 60 a 70 revoluciones por minuto. Teniendo en cuenta que los generadores eléctricos normalmente trabajan a unas 1.500 r.p.m. de promedio, es necesario intercalar una caja multiplicadora para adecuar las distintas velocidades de trabajo de estos dos elementos. En las máquinas pequeñas el generador suele ser un alternador conectado directamente al eje de rotación. Según sea la posición del eje de rotación, se puede diferenciar a los aerogeneradores en dos grandes grupos: de eje vertical y de eje horizontal. Ambas tecnologías tienen aspectos favorables y desfavorables. Los aerogeneradores de eje vertical tienen la ventaja de no necesitar orientarse respecto a la dirección de donde sopla el viento. Cualquiera sea ella, se accionan en la misma forma sobre su rotor. Además, los equipos de generación y control se ubican al pié de la estructura simplificando de esta manera el acceso a los mismos y abaratando por consiguiente el costo de mantenimiento. También ofrecen una robustez y resistencia destacable para ser utilizados en zonas de vientos arranchados y de direcciones variables. Como principal elemento desfavorable se puede mencionar que la eficiencia de conversión energética es algo menor que la de los de eje horizontal. En los aerogeneradores de eje horizontal, el plano de rotación de las aspas debe conservarse perpendicular a la dirección del viento para poder captar la máxima energía. En consecuencia, para adecuarse a las variaciones de dirección de viento, debe instalarse algún mecanismo que oriente la posición del rotor. En equipos pequeños y medianos (hasta unos 10 ó 15 Kw.) el sistema de orientación es sencillo y funciona por rotación mecánica inducida por un timón de cola que reacciona a la acción del viento.  En equipos de mayor tamaño y, muy especialmente, en los grandes (de más de 100 Kw.), la orientación del equipo es servo asistida y se controla electrónicamente a través de un sistema computarizado que censa la dirección e intensidad del viento y regula la orientación y el ángulo de incidencia de las aspas. El generador eléctrico, así como la caja de multiplicación, están ubicados en el cuerpo del equipo comúnmente llamado góndola (encontrándose en la parte superior de la torre).

 Aerogenerador de eje horizontal

La principal desventaja de este tipo de modelo de eje horizontal radica en que toda la maquinaria y el control del aerogenerador deben ser dispuestos a gran altura y soportados por una estructura que resista el peso. Además, este sistema demanda por un lado la necesidad de un importante cableado para conducir la corriente generada y las señales enviadas al sistema de control y por otro el inconveniente que cuando se produce alguna avería o se efectúa un control de rutina, es necesario subir a la góndola. De todas maneras y aun sopesando las ventajas y desventajas que cada sistema presenta, es importante acotar que más del 80% de los fabricantes se inclinan por el sistema de eje horizontal.

En la actualidad y debido a estudios exhaustivos sobre el impacto ambiental y polución auditiva que generan los grandes parques eólicos emplazados sobre superficies habitables los países y las compañías fabricantes y desarrolladoras de tecnología están tendiendo a construir e instalar los nuevos parques eólicos dentro del mar y cerca de la costa. La empresa Siemens está construyendo aerogeneradores para instalación (off shore) de 6 Mw. con aspas de 75 metros cada una. En la Argentina existen en la actualidad, alrededor de 15 parques eólicos de distintos tamaños y potencias, pero el recurso eólico es muy importante y a través del incentivo propuesto por la se están proyectando nuevos y mucho más potentes emplazamientos a lo largo y ancho del territorio argentino. Un muy buen ejemplo de esto, es el acuerdo firmado con el grupo español “Guascor” para la construcción en la Patagonia (Pico Truncado), el parque eólico más grande del mundo con 700 aerogeneradores y con una potencia proyectada de casi un Gigawatt.

Aerogeneradores de uso domiciliario

La energía eólica no está solo presente en los grandes parques eólicos, también puede ser aprovechada en las ciudades. Existen aerogeneradores domésticos con los que poder obtener gran parte de la electricidad consumida en nuestros hogares.

Ventajas de los aerogeneradores domésticos

• Al estar en las propias viviendas, la generación de electricidad se encuentra muy próxima a los puntos de consumo, disminuyendo así las pérdidas por transporte y distribución.
• No requieren fuertes vientos para comenzar a aprovechar su energía. El desarrollo de esta tecnología ha conseguido que se pueda comenzar a generar electricidad con velocidades de arranque de 1 m/s.
• No son necesarias grandes extensiones de terreno. Los aerogeneradores domésticos se pueden ubicar en pequeños emplazamientos.
• Pueden ser utilizados en sistemas aislados de la red eléctrica. 
• Los valores de operación y mantenimiento son muy reducidos debido a su sencillez.
• Su menor tamaño hace que su impacto ambiental sea, también, muy reducido.

Algunos puntos a tener en cuenta:

• Algunas turbinas de mayor potencia pueden generar ruido, vibraciones y turbulencias.
• En ambiente urbano, el viento se encuentra ante muchos obstáculos (edificios, árboles…), lo que se traduce en vientos con altas turbulencias que se transforman en menores rendimientos. 
• No es posible extraer energía eólica en cualquier lugar, por lo que es necesario evaluar el potencial eólico de cada zona y ver si existe recurso eólico suficiente para que valga la pena realizar la instalación. Para instalaciones en ciudad es más complejo determinar este recurso por la variabilidad de las alturas de los obstáculos.

Optimizar su rentabilidad

Aunque el precio de los aerogeneradores domésticos suele rondar entre los $ 20.000 y $ 50.000 por kw de potencia, es fácil sacar rentabilidad a la energía eólica debido a que la energía producida por un aerogenerador depende de la velocidad del viento al cubo. Por tanto, por poco que aumente la velocidad, la potencia generada aumenta exponencialmente. Por ejemplo, en una zona con un nivel alto de viento en centro de Santa Fe o sur de Córdoba, la inversión se recupera en 6-8 años.

Existen micro aerogeneradores menores de 1 kW de potencia. Pero para una vivienda unifamiliar es necesario instalar potencias entre 1 y 4 kW, 10 kW si hablamos de un barrio o una comunidad de vecinos. Con estos valores, en zonas con mucho viento, la energía extraída puede aportar hasta el 80% del consumo o incluso llegar a cubrir el 100% de las necesidades eléctricas.

La adecuación del emplazamiento es el factor clave a la hora de optimizar la rentabilidad de la energía eólica. Normalmente no vamos a poder elegir la ubicación de nuestra vivienda para poder aprovechar el mayor potencial eólico, por lo que, lo único que podremos hacer será elegir la ubicación del aerogenerador en el edificio.

Los aerogeneradores domésticos suelen instalarse en los tejados, debido a que, cuanta mayor altura, mayor intensidad de viento. Se recomiendan torres con una altura mínima de 5 a 10 metros. Aunque, por otro lado, una torre muy alta eleva mucho los valores de la instalación.

Además, el lugar de instalación debe estar libre de obstáculos porque estos disminuyen el rendimiento. Debemos alejarnos de cada obstáculo entre 7 y 10 veces el diámetro del aerogenerador. Así mismo, habrá que tener en cuenta la aerodinámica del edificio donde se va a instalar, pues influirá en la velocidad del viento a su paso.

Por su gran potencial de generación eléctrica, los aerogeneradores domésticos están despertando gran interés y su tecnología está desarrollándose rápidamente. ¿Veremos más aerogeneradores en nuestros tejados en los próximos años?