Diseño de Instalaciones Eólicas y su Rendimiento Energético
Las energías renovables son muy amigables para el planeta y la humanidad, a través de sus ventajas ayudan a tener una mejor calidad de vida como también mantener el planeta en buen estado generando impacto positivo. Por eso, hoy en día uno de los más importante es la energía eólica, energía que se obtiene del viento. Es uno de los bienes energéticos más viejos que fueron explotados por la humanidad, en la actualidad es la más eficiente que las demás energías renovables, funciona mediante el movimiento de sus palas del aerogenerador impulsado por el viento, de esa forma genera energía eléctrica para muchas comunidades de manera limpia y eficaz. En las siguientes líneas, informaremos una breve historia del aprovechamiento eólico, sistema que conforman la máquina eólica y los diseños de instalaciones eólicas explicando qué papel cumplen cada uno de ellos para el buen funcionamiento y rendimiento energético.
En el presente enunciado se limitará a ilustrar acerca de la historia más representativa que da inicio al conocimiento del aprovechamiento eólico entre ellos los primeros molinos, del Renacimiento a la Revolución Industrial, la época contemporánea y la situación actual. En primer lugar, tenemos a los primeros molinos. Jarabo, Elortegui, Fernández y Macías (1988) señala que el uso de la energía eólica fue en el año 1700 a.C. siendo los babilonios los primeros en utilizar los molinos de viento para bombear agua y regar sus campos. Así varios siglos antes de nuestra era en la antigua Persia lo empleaban para moler grano, en el siglo X se encontraban documentos históricos donde se menciona esas máquinas eólicas como prácticas generalizadas, a partir del siglo XI-XII su uso se extiende por medio de la civilización islámica (pág.93-96). Por otra parte, se habla del renacimiento a la revolución industrial a fines de la Edad Media los inventos de las máquinas eólicas se producen con rapidez siendo las principales fuentes de energía motriz en el renacimiento. En el siglo XV en Europa existen dos tipos de molinos de trípode y de Torre que eran utilizados como almacén o vivienda hasta que se hacen modificaciones apareciendo los sistemas mecánicos de orientación y regulación, a partir de entonces se realizan estudios sobre el comportamiento aerodinámico de sus rotores y sistemas de regulación, ya en la segunda mitad del siglo XIX se perfeccionan complementándose por mecanismos que servirán de transporte y manipulación de materias primas. También, se encuentra la época contemporánea en la segunda mitad del siglo XIX aparecen nuevas generaciones de turbinas eólicas con un diseño diferente, se utilizan exclusivamente para bombear agua con rotores multipala acoplado a la bomba de pistón convirtiéndose así el molino de viento más usado de Cuántos hayan existido, a pesar de su gran desarrollo las aplicaciones de bombeo no ayudan a tener un buen desarrollo tecnológico y cada vez el petróleo se iba imponiendo como la primordial e insustituible fuente de energía, pero al ingresar al siglo XX después de la II guerra mundial la energía eólica recibe nuevos impulsos. Para concluir, se encuentra la época actual en el año 1973 una crisis de petróleo, por el incremento del precio durante la postguerra, gracias a eso se aprovecha la energía eólica como fuente de energía, Pero esta vez también compite con energía solar, ambos como recursos renovables con capacidad de producir energía eléctrica competitiva mente, en la actualidad Siglo xxi las autoridades mundiales han apostado más por estos recursos renovables con el fin de obtener una mejor calidad de vida, por eso se fabrican y comercializan pequeñas turbinas en zonas apartadas por la explotación agrícolas o industrias.
En el mundo eólico existen un conjunto de sistemas que interaccionan entre sí para un buen funcionamiento de la máquina esta son sistemas de captación, sistema de orientación, sistema de regulación y de transmisión. En principio, se cuenta con el sistema de captación está integrado por la rueda turbina eólica su propósito Es convertir la energía cinética del aire en energía mecánica. Jarabo et.al. (1988) refiriéndose al sistema de captación mencionan:
El rendimiento aerodinámico o coeficiente de potencia, CP, expresa la parte de la energía del viento que se transforma en energía mecánica en el eje del rotor. Como ya se ha indicado el teorema de Bets expresa que, bajo condiciones ideales, el rendimiento aerodinámico de los rotores alcanza un máximo de 59%. (pág. 103).
Para el buen desempeño aerodinámico el rotor depende de la propiedad de la espada y su diseño para captar el aire. Luego, se tiene al sistema de orientación dado el cambio de la dirección del viento, el objetivo del sistema de orientación es lograr que la turbina eólica se sostenga siempre con su plano normal a la dirección del viento, estos sistemas es importante para las máquinas de eje horizontal más no de eje vertical ya que son neutras a la dirección del viento, siendo de orientación pasivo si es mecánica o activo si es eléctrico existiendo dentro de ellos tres grupos los establecidos en una veleta, en una rueda mecanizada y en la colocación de la turbina. También, está el sistema de regulación su finalidad es examina la velocidad de rotación demasiado elevadas por los vientos fuertes que ponen en peligro a la máquina, el sistema se utiliza sólo en máquinas de reducida potencia generalmente en instalaciones que tienen para variar su potencia de salida permitiendo regular la velocidad del viento en exceso. Existen diferentes tipos de regulación que actúan en mecanismos de acción centrifuga, pero si se trata de turbinas de gran potencia se dispone de mecanismos que trabajan mediante el eje de la pala, este tipo de sistema controla desde el interior de la maquina a través de un microprocesador impulsado por un motor eléctrico. Por último, está el sistema de transmisión este sistema se encarga de poder transmitir la potencia en la coordenada de la turbina hasta el sistema de aprovechamiento, Generalmente esta transmisión puede llegar a ser directa o mediante una caja multiplicadora, pues el sistema está conformado mediante trenes de engranajes, árboles de transmisión y sistemas hidráulicas de Gran potencia que accionan al alternador para obtener alta velocidad si se trata de aerogeneradores.
En cuanto al diseño de la instalación eólica es importante considerar tres grandes factores para la construcción de una instalación, se trata del emplazamiento, elección y diseño de la máquina y los aspectos económicos. En primer lugar, tenemos al emplazamiento seleccionado para la instalación de la máquina eólica que cumple dos grandes condiciones el primero es que el viento debe soplar regularmente con la velocidad elevada del valor medio y el segundo debe llevarse a cabo medidas mediante estadísticas para así obtener valores confiables permitiendo elaborar mapas eólica distribuciones de velocidad y perfiles de velocidad. Asimismo, se encuentra la elección y diseño de la máquina mayormente los problemas técnicos que pasan están ligados fuertemente por la potencia que se diseñaron. Jarabo et. al. (1988) mencionan: “En el caso de las grandes plantas eólicas, el objetivo principal es conseguir unidades tan grandes como sea posible con el fin de reducir los costes por kW obtenido” (pág.119). Se puede deducir que la selección y diseño de una máquina eólica es su coste, contemplando su uso. Por último, también está los aspectos económicos En plantas de grandes potencias su coste de instalación manifiesta una economía de escala dependiendo el número de instalaciones o plantas que se construyen y éstos dependen del coste de instalación, el coste para su mantenimiento y la energía producida. Todo esto se evalúa mediante estudios meteorológicos y factores mediante una estimación de utilización de la planta.
