ENERGÍA EÓLICA

UNIVIRTUAL COHORTE 2

USO Y APLICACIÓN DE LAS TIC

EN LA EDUCACIÓN SUPERIOR

Ing. Aristóbulo Mejía Echeverri

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA

FACULTAD DE TECNOLOGÍAS

TECNOLOGÍA MECÁNICA.

2013

ENERGÍA EÓLICA

2

INDICE Pág.

Introducción 4

1.00 Recursos eólicos 5

2.00 La energía y la potencia del viento 8

2.01 Distribución Weibull 9

3.00 Aerogeneradores y Parques eólicos 10

3.01 Curva de potencia de un Aerogenerador 13

3.02 Coeficiente de potencia 14

4.00 Partes de un Aerogenerador

15

4.01 Rotor 15

4.02 Eje principal 16

4.03 Multiplicador 16

4.04 Eje de alta velocidad con su freno mecánico 16

4.05 Generador eléctrico 16

4.06 Mecanismo de orientación 16

4.07 Controlador electrónico 17

4.08 Radiador 17

4.09 Anemómetro 17

4.10 Torres de los Aerogeneradores 17

5.00 Factores económicos de los Aerogeneradores 19

5.01 El precio Banana 19

6.00 Historia de los aerogeneradores 21

7.00 Impacto ambiental

25

7.01 Comparación del impacto ambiental de las diferentes formas de

producir electricidad 27

8.00 Potencial eólico Colombiano 28

8.01 Estaciones con información de viento en la Costa Atlántica 29

8.02 Potencial de la energía eólica en la costa Atlántica 30

3

Conclusiones 31

Bibliografía 32

INTRODUCCIÓN

Es inevitable que el hombre como un ser vivo no explote la naturaleza, ya sea para su

alimentación o para su comodidad, y a lo largo de los años estas demandas han ido

aumentando casi exponencialmente, a tal punto que se ha visto obligado a pensar en las

consecuencias que esta inexorable extracción de recursos naturales pueda traer en los años

venideros. Es así como nuevas formas y técnicas para el aprovechamiento de estos

recursos surgen, en especial, todas aquellas que cuidan, y conservan el medio ambiente,

o al menos que los efectos nocivos sean pequeños en consideración a los métodos

tradicionales. Por lo tanto, es importante conocer, y entender como es que estos nuevos

tipos de técnicas funcionan.

Este es el caso del aprovechamiento de los recursos eólicos. Lo irónico de la situación es

que a pesar de que hemos convivido con los vientos y peor aun en contacto constantemente

con ellos, apenas estamos descubriendo todos sus inmensos beneficios como recurso limpio

explotable, y mejor aún que no nos cuesta.

4

1.00 Recursos Eólicos

Lo primero que debemos tratar de entender, es que, la fuente de las energía renovables ( a

excepción de la mareomotriz y la geotérmica) vienen del sol. El sol irradia

174.423.000.000.000 KWh. de energía por hora hacia la Tierra. En otras palabras, la Tierra

recibe 1,74 x 10 17 w de potencia. (PWh)

Alrededor de un 1 a un 2 por ciento de la energía proveniente del sol es convertida en

energía eólica.

Las diferencias de temperatura en la tierra producen una circulación del viento. En las

regiones del ecuador, como todos sabemos las temperaturas son mas altas, y en otras

regiones como por ejemplo en los polos la temperatura es más baja, ya que el aire caliente

es más ligero (menos “pesado”) que el aire frió, este aire caliente comienza a elevarse, y

los espacios vacíos que dejan son ocupados por el aire frió, el aire calienta subirá hasta una

altura de 10 Km. y se desplazara en dirección hacia los polos, a medida que el aire caliente

se aleja del ecuador su temperatura desciende “convirtiéndose” en aire frío, posteriormente

este aire frío desciende al ecuador, para así convertirse en un ciclo.

Esta es una imagen de rayos infrarrojos

que nos muestra la diferencia de

temperatura en la superficie del mar,

entendiendo las zonas rojas como las mas

calientes, y la azules como las mas frías

La cosa no es tan simple como lo anteriormente discutido (es solo una forma simplista de

ver este fenómeno), debido a ciertos factores que intervienen en este proceso, uno de ellos

5

es el del movimiento de rotación de la tierra que influye considerablemente sobre el

desplazamiento del aire, de cualquier cosa que se mueva sobre la superficie terrestre, este

es el efecto o fuerza de Coriolis. Esta es fuerza se presenta cada vez que un cuerpo se

desplaza sobre otro cuerpo en movimiento.

La fuerza de Coriolis es un fenómeno visible, Las vías del ferrocarril se desgastan más

rápidamente de un lado que del otro, Las cuencas de los ríos están excavadas más

profundamente en una cara que en la otra (de cual se trate depende en qué hemisferio nos

encontremos: en el hemisferio norte las partículas sueltas son desviadas hacia la derecha).

En el hemisferio norte el viento tiende a girar en el sentido contrario al de las agujas del

reloj (visto desde arriba) cuando se acerca a un área de bajas presiones. En el hemisferio sur

el viento gira en el sentido de las agujas del reloj alrededor de áreas de bajas presiones.

Todos los fenómenos meteorológicos tienen lugar en la troposfera, esta alcanza una altitud

de 11 Km. Los movimientos del aire ya estudiados reciben el nombre de vientos

geostróficos, estos tienen lugar alrededor de los mil metros de altura. Otro tipo son los

vientos de superficie, que son mucho más influenciados por la superficie o por la

rugosidad del terreno ya que estos se presentan a una altura de 100 m. . Como estos son

los vientos que podemos aprovechar mas fácilmente debido a su poca altura, entraremos

mas a fondo en el estudio de estos.

Debido a la cercanía de estos vientos con la superficie, se entiende que los obstáculos que

estos se pueden encontrar constituyen un frenado importante para estos. Entre estos vientos

de superficie o vientos locales están las brisas marinas y los vientos de montaña.

Las brisas marinas son un ejemplo a una escala relativamente pequeña de lo que ocurre con

los vientos geostróficos, es decir, durante el día la tierra se calienta mas fácilmente que en

el mar gracias al sol, esto hace que los vientos traten de circular, el aire que esta en

“tierra” sube y circula hacia el mar, creando una depresión a nivel del suelo que atrae el

aire frió del mar. Un ejemplo grande de este fenómeno es el monzón del sureste asiático.

Los vientos de montaña son generados en el fondo de las estas, o en las laderas, esto

ocurre ya que allí el aire se calienta, su densidad disminuye, y por tal motivo asciende. Lo

mejor par ver este fenómeno es una imagen.

6

7

2.00 La energía y potencia del viento

La energía del viento, es energía cinética ( Ec.), Como sabemos esta energía es

proporcional a la masa y velocidad del cuerpo, es decir, Ec = (1/2)*m*V² , en el caso del

viento su Ec. por unidad de tiempo Depende de su densidad (ρ), masa sobre unidad de

volumen (m/v), ρ = m/v. La densidad del viento varia de acuerdo a la temperatura,

humedad y altura. Entre más denso el aire “pesado” más Ec. tendrá el viento.

La Ec. por unidad de tiempo se llama potencia (P), en otras palabras, la potencia es la

transferencia de engría por unidad de tiempo, P = (1/2)*(dm/dt)*V²

Como estamos trabajando con un fluido ( aire), entonces la variación de la masa el fluido

con respecto al tiempo es igual a la densidad de dicho fluido por el área que atraviesa y por

su velocidad, dm/dt = ρ*A*V.

Sustituyendo dm/dt en la ecuación de potencia tendremos:

P = (1/2)*ρ*A*V*V² = (1/2)*ρ*A*V³.

Normalmente se acostumbra a trabajar la potencia eólica por unidad de área ( P/A = p), p

se conoce como densidad de potencia.

p = (1/2)*ρ*V³.

Si ρ se da en [Kg/m³] y la velocidad en [m/s], la densidad de potencia tiene unidades de

[W/m²].

De estas dos ultimas ecuaciones se puede notar que la potencia del viento es proporcional al

cubo de su velocidad, por ejemplo, si el viento tiene cierta velocidad V, y esta se duplica,

su potencia aumentara 2³= 2*2*2 = 8 veces mas.

Para poder utilizar esta potencia debemos tener una estadística o un modelo de cómo

variaría la velocidad del viento, y tener un promedio de este, puesto que sabemos que

todos los días la velocidad del viento no es la misma, por ejemplo, hoy puede estar muy

tranquilo pero mañana podría haber un vendaval. Para esto existe un modelo de

distribución de probabilidad, y se llama la distribución Weibull.

8

2.01 Distribución Weibull

f(V)=(k/c)*(V/c)^(k-1)exp[-(V/c)^k]

donde: V = Velocidad del viento k = factor de forma c = factor de escala

Esta distribución es muy importante ya que ha la hora de hacer cálculos, resultarían muy

imprecisos tomando solo un valor promedio de la velocidad del viento, entonces se trabaja

con esta curva. ¿Pero porque es tan importante conocer con precisión estos datos?, bueno,

la respuesta es conocer su contenido energético, esto influye demasiado a la hora de

diseñar dispositivos de una forma optima, también a la hora estimar presupuestos y

ganancias.

Ya mencionado el terreno de los dispositivos, es importante comenzar a hablar de los

aerogeneradores y los parques eólicos.

9

3.00 Aerogeneradores y Parques Eólicos

Un aerogenerador obtiene su potencia de entrada convirtiendo la fuerza del viento en un par

(fuerza de giro) actuando sobre las palas del rotor. La cantidad de energía transferida al

rotor por el viento depende de la densidad del aire, del área de barrido del rotor y de la

velocidad del viento. Un aerogenerador típico de 600 KW. tiene un diámetro del rotor de

43-44 metros, lo que supone un área del rotor de unos 1.500 metros cuadrados. El área del

rotor determina cuanta energía del viento es capaz de capturar una turbina eólica. Dado que

el área del rotor aumenta con el cuadrado del diámetro del rotor, una turbina que sea dos

veces más grande recibirá 2 2 = 2 x 2 = cuatro veces más energía.

Los aerogeneradores desvían el viento, esto significa que nunca seremos capaces de

capturar toda la energía que hay en el viento utilizando un aerogenerador, esto es conocido

como la ley de Betz. A continuación una imagen simplista de la situación, ya que en

realidad el viento se desvía antes de que este alcance el plano del aerogenerador.

Cuanto mayor sea la energía cinética que un aerogenerador extraiga del viento, mayor será

la ralentización que sufrirá el viento que deja el aerogenerador. La ley de Betz dice que

sólo puede convertirse menos de 16/27 (el 59 %) de la energía cinética en energía mecánica

usando un aerogenerador.

10

El rotor de la turbina eólica debe obviamente frenar el viento cuando captura su energía

cinética y la convierte en energía rotacional. Esto implica que el viento se moverá más

lentamente en la parte izquierda del rotor que en la parte derecha en la figura.

Dado que la cantidad de aire que pasa a través del área barrida por el rotor desde la derecha

(por segundo) debe ser igual a la que abandona el área del rotor por la izquierda, el aire

ocupará una mayor sección transversal (diámetro) detrás del plano del rotor. Este efecto

puede apreciarse en la imagen anterior, donde se muestra un tubo imaginario, el llamado

tubo de corriente, alrededor del rotor de la turbina eólica. El tubo de corriente muestra

cómo el viento moviéndose lentamente hacia la izquierda ocupará un gran volumen en la

parte posterior del rotor.

El viento no será frenado hasta su velocidad final inmediatamente detrás del plano del

rotor. La ralentización se producirá gradualmente en la parte posterior del rotor hasta que

la velocidad llegue a ser prácticamente constante.

La velocidad del viento es muy importante para la cantidad de energía que un

aerogenerador puede transformar en electricidad. En el caso de turbinas eólicas usamos la

energía de frenado del viento, por lo que si doblamos la velocidad del viento tendremos

dos veces más porciones cilíndricas de viento moviéndose a través del rotor cada segundo,

y cada una de esas porciones contiene cuatro veces más energía.

Las turbulencias disminuyen la posibilidad de utilizar la energía del viento de forma

efectiva en un aerogenerador. También provocan mayores roturas y desgastes en la turbina

eólica. Las torres de aerogeneradores suelen construirse lo suficientemente altas como para

evitar las turbulencias del viento cerca del nivel del suelo.

Otras cosas en si que hay que considerar son los obstáculos, estos constituyen una

disminución o un frenado en el viento, estos obstáculos a menudo crean turbulencia.

Los diseñadores siempre tienen en cuenta el abrigo del viento, esto significa que

consideran la distancia de los posibles obstáculos a los aerogeneradores.

El efecto de estela que se muestra en la siguiente figura es Debido a que un aerogenerador

produce energía a partir de la energía del viento, el viento que abandona la turbina debe

tener un contenido energético menor que el que llega a la turbina. Esto se deduce

directamente del hecho de que la energía ni se crea ni se destruye.

11

Un aerogenerador siempre va a crear un abrigo en la dirección a favor del viento. De

hecho, habrá una estela tras la turbina, es decir, una larga cola de viento bastante

turbulenta y ralentizada, si se compara con el viento que llega a la turbina (la expresión

estela proviene, obviamente, de la estela que deja un barco tras de sí).

Realmente puede verse la estela tras un aerogenerador si se le añade humo al aire que va a

pasar a través de la turbina, tal y como se ha hecho en la imagen. (Esta turbina en

particular fue diseñada para girar en sentido contrario al de las agujas del reloj, algo

inusual en los aerogeneradores modernos).

En los parques eólicos, para evitar una turbulencia excesiva corriente abajo alrededor de

las turbinas, cada una de ellas suele estar separada del resto una distancia mínima

equivalente a tres diámetros del rotor. En las direcciones de viento dominante esta

separación es incluso mayor. Esto es conocido como el efecto parque, el efecto parque

considera alrededor de una perdida del 5 % en la energía eólica.

La curva de potencia de un aerogenerador es un gráfico que indica cuál será la potencia

eléctrica disponible en el aerogenerador a diferentes velocidades del viento.

12

3.01 Curva de potencia de un aerogenerador

El gráfico muestra una curva de potencia de un típico aerogenerador danés de 600 KW.

Las curvas de potencia se obtienen a partir de medidas realizadas en campo, dónde un

anemómetro ( instrumento para la medición del viento) es situado sobre un mástil

relativamente cerca del aerogenerador (no sobre el mismo aerogenerador ni demasiado

cerca de él, pues el rotor del aerogenerador puede crear turbulencia, y hacer que la medida

de la velocidad del viento sea poco fiable).

Es difícil hacer medidas exactas de la propia velocidad del viento. Si se tiene un 3 por

ciento de error en las mediciones de la velocidad del viento, entonces la energía del viento

puede ser un 9 por ciento superior o inferior (recordando que el contenido energético varía

con la tercera potencia de la velocidad del viento).

En consecuencia, pueden existir errores hasta de ±10% incluso en curvas certificadas.

Una curva de potencia no indicará cuanta potencia producirá un aerogenerador a una cierta

velocidad del viento media. ¡Ni siquiera se acercará si usa este método!.

El coeficiente de potencia indica con qué eficiencia el aerogenerador convierte la energía

del viento en electricidad.

Simplemente dividiendo la potencia eléctrica disponible por la potencia eólica de entrada,

para medir como de técnicamente eficiente es un aerogenerador. En otras palabras,

13

tomamos la curva de potencia y la dividimos por el área del rotor para obtener la potencia

disponible por metro cuadrado de área del rotor. Posteriormente, para cada velocidad del

viento, dividimos el resultado por la cantidad de potencia en el viento por metro cuadrado.

El gráfico muestra la curva del coeficiente de potencia para un aerogenerador danés típico.

3.02 Coeficiente de potencia

Con estos datos de las dos anteriores graficas podemos calcular la energía anual disponible

en un aerogenerador típico danés vs. las velocidades medias del viento.

Las tres curvas presentadas, amarrilla, roja y azul, corresponden a los parámetros de

Weidbull 2.5, 2 y 1.5 respectivamente.

14

4.00 Partes de la góndola de un Aerogenerador

La góndola contiene los componentes clave del aerogenerador, incluyendo el multiplicador

y el generador eléctrico.

4.01 Rotor:

El rotor es atornillado al eje principal (el grande). El enorme rotor tiene tres palas que

atrapan el viento. Si tiene la suficiente potencia, el viento hará que el rotor gire.

Las partes del rotor, con el buje y las palas.

Las palas del rotor capturan el viento y transmiten su potencia hacia el buje. En un

aerogenerador moderno de 1000 KW. cada pala mide alrededor de 27 metros de longitud y

15

su diseño es muy parecido a la del ala de un avión. El buje del rotor está acoplado al eje de

baja velocidad ( Eje principal) del aerogenerador.

4.02 Eje principal:

El eje de baja velocidad del aerogenerador conecta el buje del rotor al multiplicador. En un

aerogenerador moderno de 600 KW. el rotor gira demasiado lento, de unas 19 a 30

revoluciones por minuto ( r.p.m.). El eje contiene conductos del sistema hidráulico para

permitir el funcionamiento de los frenos aerodinámico. El rotor utiliza una gran fuerza para

girar el eje. Por lo tanto, el eje tiene que ser muy grueso.

4.03 Multiplicador:

El eje principal gira muy lento aproximadamente 22 r.p.m., pero el generador tiene que

girar a 1500 r.p.m. la multiplicadora convierte 22 r.p.m en 1500 r.p.m por medio de un

piñón grande a uno pequeño. En realidad la multiplicadora convierte fuerza en velocidad.

4.04 Eje de alta velocidad con su freno mecánico:

El eje pequeño lleva la potencia desde la multiplicadora hasta el generador.

El eje de alta velocidad gira aproximadamente a 1.500 revoluciones por minuto (r.p.m.), lo

que permite el funcionamiento del generador eléctrico. Está equipado con un freno de disco

mecánico de emergencia. El freno mecánico se utiliza en caso de fallo del freno

aerodinámico, o durante las labores de mantenimiento de la turbina.

4.05 Generador eléctrico:

El generador produce electricidad cuando gira. La corriente es enviada torre abajo mediante

grandes cables eléctricos.

El generador eléctrico suele llamarse generador asíncrono o de inducción. En un

aerogenerador moderno la potencia máxima suele estar entre 500 y 3000 kilovatios (KW.).

4.06 Mecanismo de orientación:

El mecanismo de orientación esta compuesto por la Veleta, el Controlador electrónico, el

Motor de orientación, y la Corona de orientación.

El viento hace que la veleta gire. Las señales de la veleta son utilizadas por el controlador

electrónico del aerogenerador para girar al aerogenerador en contra del viento, esto lo logra

enviando señales al motor de orientación La rueda dentada del motor de orientación

16

engrana con la rueda dentada grande ( Corona de orientación) y gira la góndola con el rotor

de cara al viento.

4.07 El Controlador electrónico:

El controlador es un ordenador que controla la mayoría de las partes del aerogenerador.

El controlador electrónico tiene un ordenador que continuamente monitoriza las

condiciones del aerogenerador y que controla el mecanismo de orientación. En caso de

cualquier disfunción (por ejemplo, un sobrecalentamiento en el multiplicador o en el

generador), automáticamente para el aerogenerador y llama al ordenador del operario

encargado de la turbina a través de un enlace telefónico mediante módem.

4.08 Radiador:

El generador se calienta mucho cuando está girando. Pero si llega a calentarse demasiado

se estropeará. La unidad de refrigeración contiene un ventilador eléctrico utilizado para

enfriar el generador eléctrico. Además contiene una unidad de refrigeración del aceite

empleada para enfriar el aceite del multiplicador. Algunas turbinas tienen generadores

enfriados por agua.

4.09 Anemómetro:

Se utiliza para medir la velocidad. Las señales electrónicas del anemómetro son utilizadas

por el controlador electrónico del aerogenerador para conectar el aerogenerador cuando el

viento alcanza aproximadamente 5 metros por segundo. El ordenador parará el

aerogenerador automáticamente si la velocidad del viento excede de 25 metros por

segundo, con el fin de proteger a la turbina y sus alrededores.

4.10 Las torres de los aerogeneradores:

La torre del aerogenerador soporta la góndola y el rotor. En los grandes aerogeneradores

las torres tubulares pueden ser de 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 entregan con torres tubulares de acero,

fabricadas en secciones de 20-30 metros con bridas en cada uno de los extremos, y son

unidas con pernos "in situ". Las torres son tronco-cónicas (es decir, con un diámetro

17

creciente hacia la base), con el fin de aumentar su resistencia y al mismo tiempo ahorrar

material.

Generalmente, el precio de la torre de la turbina eólica supone alrededor de un 20 por

ciento del costo total de la turbina. Para una torre de unos 50 metros, el costo adicional de

otros 10 metros es de unos 15.000 dólares americanos. Por lo tanto, es bastante importante

para el costo final de la energía construir las torres de la forma más óptima posible.

Generalmente, es una ventaja disponer de una torre alta en zonas con una elevada

rugosidad del terreno, dado que la velocidad del viento aumenta conforme nos alejamos

del suelo. Las torres de celosía y las de mástil tensado con vientos tienen la ventaja de

ofrecer menos abrigo que una torre maciza.

Cada metro de torre cuesta dinero, por supuesto, por lo que la altura óptima de la torre es

función de: costo por metro de la torre, Cuánto varían los vientos locales con la altura

sobre el nivel del suelo, es decir, la rugosidad promedio del terreno local, El precio que el

propietario de la turbina obtiene por un KWh. adicional de electricidad. Los fabricantes

suelen servir máquinas donde la altura de la torre es igual al diámetro del rotor.

Estéticamente, mucha gente piensa que las turbinas son más agradables a la vista cuando la

altura de la torre es aproximadamente igual al diámetro del rotor.

18

5.00 Factores Económicos de los Aerogeneradores

5.01

El gráfico de arriba da una idea del rango de precios de los aerogeneradores daneses

modernos conectados a red, en febrero de 1998. Como puede ver, los precios varían para

cada tamaño de aerogenerador. Los motivos son, p.ej., las diferentes alturas de las torres y

los diferentes diámetros de rotor. Un metro extra de torre le costará aproximadamente 1.500

dólares americanos. Una máquina especial para vientos suaves con un diámetro de rotor

relativamente grande será más cara que una máquina para vientos fuertes con un diámetro

de rotor pequeño.

La instalación de un aerogenerador en lugres remotos puede llegar a los 15.000 US$, claro

esta que en este costo esta incluido el emplazamiento, transporte, y hasta carreteras que

puedan soportar camiones de 30 toneladas, además de otros.

19

Los modernos aerogeneradores están diseñados para trabajar alrededor de 120.000 horas de

operación a lo largo de su tiempo de vida de diseño de 20 años. Esto supone mucho más

que un motor de automóvil, que dura generalmente alrededor de 4.000 a 6.000 horas.

La mayoría de costes de mantenimiento son una cantidad anual fija para el mantenimiento

regular de las turbinas, aunque algunos prefieren utilizar en sus cálculos una cantidad fija

por kWh. producido, normalmente alrededor de 0,01 dólares americanos/kWh. El

razonamiento sobre el que se apoya este método es que el desgaste y la rotura en la turbina

generalmente aumentan con el aumento de la producción.

las turbinas marinas pueden durar más debido a la baja turbulencia en el mar. Esto puede

implicar costes menores.

Estadísticas muy extensas muestran que los fabricantes alcanzan, en consecuencia, factores

de disponibilidad de alrededor del 98 por ciento, es decir, las máquinas están preparadas

para funcionar más del 98 por ciento del tiempo. La producción de energía total se ve

generalmente afectada en menos de un 2 por ciento, dado que los aerogeneradores nunca

están en funcionamiento durante los vientos fuertes.

Un grado tan alto de fiabilidad es extraordinario, comparado con otros tipos de maquinaria,

incluyendo otras tecnologías de generación de electricidad. Así pues, el factor de

disponibilidad suele ignorarse en los cálculos económicos, dado que hay otras

incertidumbres (p.ej. la variabilidad del viento) que son mucho mayores.

la producción anual de electricidad variará enormemente dependiendo de la cantidad de

viento del emplazamiento de su turbina. Así pues, no hay un único precio para la energía

eólica, sino un rango de precios, dependiendo de las velocidades de viento.

20

6.00 Historia de los Aerogeneradores

La primera turbina eólica de funcionamiento automático para la generación de electricidad

conocida fue creada por el inventor Charles F. Brush (1849-1929). Charles fue uno de los

fundadores de la industria eléctrica americana y pionero de la turbina eólica. Esta turbina

estaba ubicada en Cleveland y fue construida en el invierno de 1887-88, con un diámetro

de rotor de 17 m. y 144 palas fabricadas en madera de cedro, La turbina funcionó durante

20 años y cargó las baterías en el sótano de su mansión. A pesar del tamaño de la turbina,

el generador era solamente un modelo de 12 KW. Esto se debe al hecho de que las turbinas

eólicas de giro lento del tipo americano de rosa de vientos no tienen una eficiencia media

particularmente alta. Fue el danés Poul la Cour (1846-1908), quien más tarde descubrió

que las turbinas eólicas de giro rápido con pocas palas de rotor son más eficientes para la

producción de electricidad que aquéllas de giro lento. Poul la Cour fue uno de los pioneros

de la moderna aerodinámica, construyó su propio túnel de viento para realizar

experimentos, y diseño dos aerogeneradores de prueba en 1897 en el instituto de Askov

Folk, Askov (Dinamarca). Poul la Cour también publicó la primera revista de electricidad

eólica del mundo. La Cour impartía cada año diversos cursos para electricistas eólicos en

el instituto Folk de Askov. En 1918 unas 120 empresas públicas locales tenían un

aerogenerador, generalmente del tamaño de 20 a 35 KW. haciendo un total de 3

megavatios de potencia instalada. Estas turbinas cubrían alrededor de un 3 por ciento del

consumo de electricidad de Dinamarca en aquel momento. Sin embargo, el interés danés

en la energía eólica decayó en los años siguientes, aunque una crisis de suministro durante

la Segunda Guerra Mundial hizo que se afianzara.

21

Durante la segunda guerra mundial, la compañía danesa de ingeniería F.L. Smidth (ahora

un fabricante de maquinaría para la industria cementera) construyó diversos

aerogeneradores bi y tripala. Sí, de hecho los fabricantes daneses han fabricado realmente

aerogeneradores bipala, aunque el denominado "concepto danés" se refiere a una máquina

tripala. Todas estas máquinas (al igual que sus predecesoras) generaban CA (corriente

alterna).

El ingeniero Johannes Juul fue uno de los primeros alumnos de Poul la Cour en sus cursos

para "electricistas eólicos" en 1904. En los años 50, J. Juul llegó a ser un pionero en el

desarrollo de los primeros aerogeneradores en el mundo de corriente alterna en Vester

Egesborg, Dinamarca.

El innovador aerogenerador de Gedser, situada en el extremo sur de las islas de Faslter en

Dinamarca de 200 KW. fue construido en 1956-57 por J. Juul para la compañía eléctrica

SEAS en la costa de Gedser, en la parte sur de Dinamarca. La turbina tripala con rotor a

barlovento, con orientación electromecánica y un generador asíncrono fue un diseño

pionero de los modernos aerogeneradores, aunque su rotor con cables de acero parezca

actualmente algo pasado de moda. La turbina disponía de regulación por pérdida

aerodinámica, y J. Juul inventó los frenos aerodinámicos de emergencia en punta de pala,

que se sueltan por la fuerza centrífuga en caso de sobre velocidad. Básicamente, el mismo

sistema es hoy en día utilizado en las modernas turbinas de regulación por pérdida

aerodinámica. La turbina, que durante muchos años fue la más grande del mundo, fue

increíblemente duradera. Funcionó durante 11 años sin mantenimiento.

Después de la primera crisis del petróleo de 1973, muchos países despertaron su interés en

la energía eólica. En Dinamarca, las compañías de energía dirigieron inmediatamente su

atención a la construcción de grandes aerogeneradores, al igual que sus homólogos de

Alemania, Suecia, el Reino Unido y los EE.UU.

En 1979 construyeron dos aerogeneradores de 630 KW. ( Turbinas Nibe), uno con

regulación por cambio del ángulo de paso, y el otro de regulación por pérdida

aerodinámica. En muchos sentidos corrieron la misma suerte que sus colegas del

extranjero, que eran incluso de mayor tamaño: Las turbinas resultaron extremadamente

22

caras y, en consecuencia, el alto precio de la energía devino un argumento clave en contra

de la energía eólica.

En la década de los 80´s un carpintero, Christian Riisager, construyó un pequeño

aerogenerador de 22 KW. en su propio jardín utilizando el diseño del aerogenerador de

Gedser como punto de partida. Utilizó componentes estándar que no resultaban caros (p.ej.

un motor eléctrico como generador, partes de un vehículo como multiplicador y freno

mecánico) donde le fue posible.

La turbina de Riisager resultó ser un éxito en muchas casas particulares de Dinamarca, y su

éxito proporcionó la inspiración para que los actuales fabricantes daneses de

aerogeneradores empezasen a diseñar sus propios aerogeneradores a partir de los 80.

Finalmente, las versiones mejoradas en el diseño de la clásica turbina tripla de Gedser

corriente arriba fueron lasque obtuvieron mucho mas acogida en el mercado.

La máquina Bonus 30 KW., fabricada desde 1980, es un ejemplo de uno de los primeros

modelos de los fabricantes actuales. Al igual que la mayor parte del resto de fabricantes

daneses, la compañía se dedicaba inicialmente a la fabricación de maquinaría agrícola. El

diseño básico de estas máquinas se desarrolló mucho más en las siguientes generaciones de

aerogeneradores.

Las siguientes turbinas son del orden de los megavatios. El prototipo de la turbina NEG

Micon 1500 KW. fue puesto en funcionamiento en septiembre de 1995. El modelo original

tenía un diámetro de rotor de 60 metros y dos generadores de 750 kW funcionando en

paralelo. La versión más reciente es un modelo 1.500/750 kW. (Con dos generadores de

750 kW.) con un diámetro de rotor de 64 m. El prototipo de la turbina Vestas 1500 KW.

fue puesto en funcionamiento en 1996. El modelo original tenía un diámetro de rotor de 63

metros y un generador de 1.500 kW. La versión más reciente tiene un diámetro de rotor de

68 metros y un generador doble de 1650/300 kW.

Las máquinas del tamaño de megavatios son ideales para las aplicaciones marinas, y para

las áreas donde escasea el espacio para emplazarlas, pues una máquina de un megavatio

explotará mejor los recursos eólicos locales.

La ultima generación de aerogeneradores es la de los multimegavatios. El prototipo de la

turbina NEG Micon 2 MW. fue puesto en funcionamiento en agosto de 1999. Esta multi

23

mega maquina posee un rotor de 72 m de diámetro y está montado sobre una torre de

aproximadamente 68 metros. El prototipo de la turbina Bonus 2 MW. fue puesta en

funcionamiento en otoño de 1998. Tiene un diámetro de rotor de 72 metros y está montado

sobre una torre de 60 m. La turbina está pensada para aplicaciones marinas, y dispone de

un control de potencia "Combi Stall" (una marca registrada de Bonus para la regulación

activa por pérdida aerodinámica). Esta máquina se parece bastante a las máquinas Bonus de

1 MW. y 1,3 MW. El prototipo de la turbina Nordex 2,5 MW fue puesto en

funcionamiento en la primavera de 2000. El diámetro de rotor del aerogenerador es de 80

m y tiene una altura de torre de 80 m. La turbina dispone de un control por variación del

ángulo de paso.

24

7.00 Impacto ambiental

Tratar el aspecto del impacto visual que pueden tener las turbinas o mejor dicho los parques

eólicos puede llegar a ser una tarea sencilla, claro está que hay que tener en cuenta el

entorno, y esta comprobado que una geometría simple, con una distribución simétrica y

equidistante de los aerogeneradores puede llegar a ser muy agradable y estético para la

vista, por ejemplo si el paisaje es en su mayoría una extensión plana, los aerogeneradores

deberían situarse a lo largo de una línea recta. Otras veces si el entorno contiene formas lo

mejor es tratar de seguir esta Forma, por ejemplo si hay una bahía, el emplazamiento de

las turbinas debería hacerse siguiendo la forma que tiene esta.

En paisajes con fuertes pendientes, rara vez es viable la utilización de un patrón simple, y

suele ser mejor hacer que las turbinas sigan los contornos de altitud del paisaje, o los

cercados u otras características del paisaje. Cuando las turbinas están situadas en varias

filas, rara vez es posible percibir la distribución cuando se mira el parque desde una altura

de los ojos normal. Sólo si nos situamos al final de una fila, aparece realmente como una

distribución ordenada.

Otra manera de hacer que los aerogeneradores no afecten tanto es pintándolos gris claro,

esto lograra una mayor confusión con el paisaje.

El ruido o sonido en los aerogeneradores no es un problema principal en cuanto al impacto

en el medio ambiente ya que los nuevos modelos de aerogeneradores son mas silenciosos,

gracias a ciertos tipos de diseños como es el de la punta de pala más silenciosas, se gastan

en aumentar ligeramente la velocidad en punta de pala (la velocidad del viento medida en la

punta de la pala) y, por tanto, a aumentar la energía producida por las máquinas (y menos

energía se dispersa en forma de ruido). Por otro lado los vecinos mas cercanos a los

25

aerogeneradores se encuentran a una distancia mínima a unos 7 diámetros del rotor,

aproximadamente 300 m. En ultimas, el ruido de fondo: El ruido enmascarador ahoga el

ruido de la turbina. Ningún paisaje está nunca en silencio absoluto. Por ejemplo, las aves y

las actividades humanas emiten sonidos y, a velocidades de viento de alrededor de 4-7 m/s.

y superiores, el ruido del viento en las hojas, arbustos, árboles, mástiles, etc. enmascarará

(ahogará) gradualmente cualquier potencial sonoro de los aerogeneradores. Esto hace que

la medición del sonido de los aerogeneradores de forma precisa sea muy difícil.

Generalmente, a velocidades de 8 m/s y superiores llega a ser una cuestión bastante

abstrusa el discutir las emisiones de sonido de los modernos aerogeneradores, dado que el

ruido de fondo enmascarará completamente cualquier ruido de la turbina.

Las aves que a simple vista se creería que corresponderían a un choque frecuente de estas

con los aerogeneradores, resulta ser todo lo contrario, gracias a Estudios de radar en

Tjaereborg, en la parte occidental de Dinamarca, donde hay instalado un aerogenerador de

2 MW. con un diámetro de rotor de 60 metros, se conoció que las aves (bien sea de día o

de noche) tienden a cambiar su ruta de vuelo unos 100-200 metros antes de llegar a la

turbina, y pasan sobre ella a una distancia segura. Representa mas peligro para las aves,

líneas aéreas de alta tensión, mástiles, postes y ventanas de edificios. El único

emplazamiento conocido en el que existen problemas de colisión de aves está localizado en

Altamont Pass, en California. Incluso allí, las colisiones no son comunes, aunque la

preocupación es mayor dado que las especies afectadas están protegidas por ley. La

mayoría de las aves se acostumbran rápido a los aerogeneradores, incluso hay casos donde

cierto tipo de halcones han anidado en los aerogeneradores. De todas maneras se

acostumbra a situar los parques eólicos fuera de las rutas migratorias de las aves.

La energía eólica es una de las fuentes de energías más limpias que existen, si hacemos una

tabla de comparación donde aparezca las emisiones y los residuos de algunas de las fuentes

de energía mas comunes considerando también las emisiones del periodo de construcción

en los equipos podremos ver esto en forma mas explicita.

26

7.01

Podemos notar que aunque en el Total o la suma de valores pueden haber formas muy

contaminantes con un valor parecido al de la eólica (como la nuclear), no se compara con

el hecho de que la eólica produce solo muy pocas emisiones de CO2. y esto es en el

proceso de construcción e instalación de los aerogeneradores y el aceite de los engranajes.

27

8.00 Potencial eólico Colombiano

la zona colombiana que tiene un mayor potencial eólico se encuentra en la Costa Atlántica.

La siguiente información sobre la velocidad media horaria para de los vientos para cada

localidad fue realizada por el HIMAT ( Instituto Colombiano de Hidrología, Meteorología

y Adecuación de Tierras). Esta Institución emplea en la mayoría de los sitios anemógrafos

mecánicos Lambrecht-Woelfle que registran la dirección y recorrido del viento.

28

8.01 Estaciones con información de viento en la Costa Atlántica

LEYENDA

29

De acuerdo con los resultados tomados por las diferentes estaciones en la siguiente tabla se

muestran las 6 localidades de mayor potencial en el país de mayor a menor potencial por

año.

8.02

30

Conclusiones

El aprovechamiento de los recursos renovables de nuestro planeta como es la energía eólica

es de las cosas más importantes que sucedió en el siglo xx y esta sucediendo en este,

aunque todavía no sea a gran escala, es un comienzo muy importante para tomar

conciencia de la actual situación ambiental de nuestro planeta y no dejarla pasar

desapercibido sin encaminar acciones bien sea para regenerarlo o al menos no dejar que

esta situación de contaminación continúe.

La energía eólica es gratis, por lo tanto montar un parque eólico o al menos una turbina en

lugares donde existe un buen potencial eólico constante o aunque sea durante varios meses

tendría una rentabilidad excelente y los costos que pueda generar se recuperarían en un

periodo de tiempo aproximado de dos años (dependiendo del costo por kW/h. y potencial

eólico de la localidad) contra una vida útil de unos 20 años o más.

31

Bibliografía

http://www.infoeolica.com

http://www.windpower.org

http://sky.net.co/energia/Wind_power.htm

II CONGRESO INTERNACIONAL DE INGENIERÍAS ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA, “LA UNIVERSIDAD UNA PROPUESTA PARA EL FUTURO”, Bogotá, Marzo 24 al 28 de 2003, CONFERENCIA: Energía Solar y Eólica, HUMBERTO RODRÍGUEZ U. Nacional.

GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN LA COSTA ATLÁNTICA CON AEROGENERADORES, Humberto RODRÍGUEZ M., U. Nacional.

32