D05 10 Course01 Participants Material 3

7/31/2019 D05 10 Course01 Participants Material 3

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ENERGIA EOLICA

Autor: Ana Prez Burgos

Profesor Titular de la Universidad de Valladolid


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INDICE

1. Historia de los aerogeneradores

2. El viento

3. Potencia de los aerogeneradores

4. Componentes de un aerogenerador

5. Tipologa de los aerogeneradores

6. Situacin actual de la energa elica en Europa

7. Emplazamientos de los aerogeneradores

8. Los aerogeneradores y el medio ambiente


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1. Historia de los aerogeneradores

La fuerza del viento se ha utilizado principalmente en pocas antiguas comomedio de locomocin. Existen grabados egipcios sobre navegacin a vela fechados hace5000 aos. Posteriormente y ya en los siglos V y VI d.C. hay constancia de los primerosartilugios elicos, que eran de eje vertical, utilizados para moler grano y bombear agua.Aproximadamente en el siglo VII d.C. tienen su aparicin los primeros modelos rsticosde los clsicos molinos holandeses que hoy en da son mecnicamente sofisticados.Estos molinos se construyeron con el eje horizontal y cuatro aspas. Debido a las grandesdimensiones de las mismas, las aspas distaban mucho de recoger el mximo de potenciaAdems, necesitaban una regulacin continua de la orientacin de la tela, ya que losmolinos de viento de eje horizontal han de hacer siempre frente al viento. Estos molinoseran muy adecuados para vientos del orden de 5 m/s, es decir, unos 20 km./h.

Es a partir de los siglos XII-XIII cuando empieza a generalizarse el uso de los molinosde viento para la elevacin de agua y la molienda de grano. A principios del siglo XII. Europase llen tambin de molinos, sobre todo en Blgica y en los Pases Bajos. Dependiendo de la

regin los molinos adquirieron una tipologia distinta. En Espaa se pueden encontrar molinosde lona con cuatro aspas en varias regiones del territorio (tal es el caso de la Mancha) o tan biencon 6 aspas tal es el caso de las islas Baleares; en gracia por ejemplo se construyeron molinos dedoce aspas. Los molinos con gran nmero de palas determinan velocidades de rotacinrelativamente bajas y un funcionamiento til a partir de velocidades del viento del orden de 2m/s. Todos estos molinos se mantendrn hasta bien entrado el siglo XIX.


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Molino americano Multipala

Fue en las primeras dcadas del siglo XX cuando aparecieron, comoconsecuencia de los progresos tcnicos de las hlices de aviacin, los grandesaerogeneradores de dos o tres palas. En ellos se transforma la energa cintica del vientoen energa mecnica primero y en energa elctrica posteriormente. Que hacia el ao1920 la energa elica tenia xito, esta demostrado pues haba trescientos constructoresde estos aparatos. El estudio en los campos de la aerodinmica realizado en los periodosde guerras permiti, como decimos, alcanzar enormes progresos en los aeromotores.

Molino bipala dans construido durante el periodo 1940-1950

Esto sigui as hasta el ao 1961; desgraciadamente en ese ao elprecio delpetrleobaj, poniendo al kilowatio "elico" aprecios inaccesibles. Todas las mquinas fuerondesmontadas y vendidas alprecio de chatarra.

En la dcada de los 70, empez el proceso inverso; la crisis generada por los altosprecios del petrleo y los signos claros de negativos de los efectos de la contaminacindieron un nuevo impulso al desarrollo de las energa renovables y dentro de estasespecialmente al desarrollo de programas de estudio y realizacin de aerogeneradoressobre todo en Europa y Amrica del Norte.
http://www.monografias.com/trabajos16/fijacion-precios/fijacion-precios.shtml#ANTECEDhttp://www.monografias.com/trabajos10/petro/petro.shtml#pehttp://www.monografias.com/trabajos16/fijacion-precios/fijacion-precios.shtml#ANTECEDhttp://www.monografias.com/trabajos6/auti/auti.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos16/fijacion-precios/fijacion-precios.shtml#ANTECEDhttp://www.monografias.com/trabajos16/fijacion-precios/fijacion-precios.shtml#ANTECEDhttp://www.monografias.com/trabajos6/auti/auti.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos16/fijacion-precios/fijacion-precios.shtml#ANTECEDhttp://www.monografias.com/trabajos10/petro/petro.shtml#pehttp://www.monografias.com/trabajos16/fijacion-precios/fijacion-precios.shtml#ANTECED


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En este nuevo marco se desarrollaron prototipos de maquinas de elevada potencia (porencima de los 2000 kW) a la vez que maquinas de mas baja `potencia (100 a 500 W) sehacan perfectamente operativas y rentables. Estas maquinas se han ido instalandoaisladas o en gran numero agrupadas en zonas favorecidas por el viento denominadas

parques elicos.

Parque eolico en Navarra y molino antiguo

2. El viento

Casi todas las fuentes de energa renovables provienen, en ltimo trmino, delSol. El Sol irradia 174.4 billones de kwh por hora hacia la Tierra. En trminos de

potencia recibida sta es de 1.74x 1017 W (1kWh=3.6 106 julios) Esta cantidad enormede energa, aparte de proporcionar un clima adecuado para la vida en la tierra da lugar aciertos fenmenos que permiten transformar aquella en otros tipos de energa. Ennuestro caso el proceso es el siguiente. La energa procedente del sol se transforma enenerga cintica de las molculas de aire ( el movimiento del aire es lo que llamamosviento); esta a su vez, puede ser convertida en energa mecnica rotacional del rotor deuna turbina elica y esta, su vez puede ser convertida en energa elctrica por elgenerador de la turbina elica. El sol calienta de forma diferente, distintas zonas de laTierra; el viento concretamente se produce por las diferencias de temperaturas quealcanzan las diferentes zonas.

Vientos globales. Circulacin general atmosfrica

Existen vientos globales a nivel de todo el planeta gobernados por el esquema decirculacin general del planeta que ahora comentaremos. A estos vientos a escalageneral se superponen otros de carcter local que dependen de caractersticas locales delugar en cuestin. All donde estas caractersticas tengan poca influencia predominaranlos vientos generales y al revs cuando tengan gran influencia. Describimos acontinuacin las caractersticas del viento a escala global:Las regiones alrededor del ecuador, a 0 de latitud, son calentadas por el sol ms que laszonas del resto del globo. Una muestra de esto aparece en la imagen del satlite NOAAmostrada a continuacin. Las reas calientes estn indicadas en la foto en coloresclidos, rojo, naranja y amarillo.


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Foto tomada de un satlite de la NASA, NOAA-7, en julio de 1984

El aire asciende en el Ecuador, de forma que al subir se enfra; el enfriamientodel aire provoca un descenso dinmico del mismo, en una latitud aproximada de unos30. El viento en superficie se dirige de nuevo havia el ecuador cerrndose dos ciclos,unos en el hemisferio Norte y otro en el Sur denominados clulas de Hadley. Un

proceso similar se produce en los polos formando las clulas de Ferrel y polares. En el

dibujo se muestran estas clulas:

Rgimen de vientos a escala planetaria

El sentido norte-Sur de los vientos en cada zona es debido a las diferencias depresin, mientras que la componente Este-Oeste es debida a la fuerza de Coriolis quedesva siempre la trayectoria hacia la derecha de la velocidad en el HN y a la izquierdaen el HS, as las direcciones de los vientos globales en cada zona del planeta son las

mostradas en la siguiente Tabla:

Latitud 90-60N 60-30N 30-0N 0-30S 30-60S 60-90SDireccin NE SO NE SE NO SE

Direcciones de viento dominantes

Las direcciones dominantes del viento son importantes para el emplazamiento deun aerogenerador, ya que obviamente querremos situarlo en un lugar en el que haya elmnimo nmero de obstculos posibles para las direcciones dominantes del viento.Sin embargo la geografa local puede influenciar en los resultados de la tabla anterior.


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Vientos locales

Aunque los vientos globales son importantes en la determinacin de los vientosdominantes de un rea determinada, las condiciones climticas locales pueden influir enlas direcciones de vientos ms comunes. En definitiva la direccin del viento es

consecuencia de los efectos global y local. Cuando los vientos a ms gran escala sonsuaves, los vientos locales pueden dominar los regmenes de viento. Las costasdisponen en general de vientos suaves y permanentes; son las brisas marinas yterrestres; durante el da la tierra se calienta ms rpidamente que el mar por efecto delsol, el aire sube, circula hacia el mar, y crea una depresin a nivel del suelo que atrae elaire fro del mar. Durante la noche los vientos soplan en sentido contrario. Normalmentedurante la noche la brisa terrestre tiene velocidades inferiores, debido a que la diferenciade temperaturas entre la tierra y el mar es ms pequea.En el caso de la existencia de montaas, el aire puede ascender durante el da por laladera debido al calentamiento del mismo y bajar para la ladera durante la noche. Es elllamado viento de ladera. Los estrechos de comunicacin entre dos mares son caminos

para vientos muy fuertes; Los valles de los ros encauzan corrientes de aire fuertesparalelas al las del agua. Los pasos entre zonas de montaa suelen ser zonas de vientosfuertes, etc

3. Potencia de los aerogeneradores

Potencia elica

La cantidad de energa transferida al rotor por el viento depende de la densidad

del aire,"d", del rea de barrido del rotor, "A", y de la velocidad del viento, "v".Deduzcamos la formula correspondiente: Consideremos la figura siguiente donde unacierta masa m de aire atraviesa las palas de rotor en un tiempo t:

La energa cintica de la masa de aire, "m", movindose a una velocidad, "v", respondea la expresin:

E = 1/2 mv2


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Si el volumen de aire que se mueve es "V"y tiene una densidad "d"su masa ser:m = V . d, con lo que su energa cintica ser:

Ec = 1/2 Vv2

La cantidad de aire que llegar al rotor de un aerogenerador en un tiempo "t"dependerde: el rea de barrido del rotor"A"y de la velocidad del viento.El volumen del aire que llega al rotor ser:

V = Avt

La energa cintica que aporta el aire al rotor en un tiempo "t"ser:

Ec = 1/2 Avtv2

Ec = 1/2 Atv3

Y la potencia aportada al rotor ser: P = 1/2 dAv3

A es el rea del rotor tal que A= r2, y r es el radio del rotor, esto es la longitud de lapala.As tenemos que, la potencia del viento es proporcional al cubo de la velocidaddel viento; En la grfica siguiente se representa el cociente P/A en W/m2 en funcin dela velocidad donde se ha tomado una densidad del aire = 1.225 kg/m 3.

As vemos en el grfico que con una velocidad del viento de 8 m/s obtenemos una

potencia de 314 W por cada metro cuadrado expuesto al viento (viento incidenteperpendicularmente al rea barrida por el rotor). A 16 m/s obtendremos una potenciaocho veces mayor, 2.509 W/m2.

Como veremos, no se aprovecha toda la energa cintica que el viento aporta al rotor,existiendo una ley, llamadaLey de Betz que nos dice: "Slo puede convertirse menos de16/27 (el 59%) de la energa cintica en energa mecnica usando un aerogenerador".

Medida de la velocidad del viento

De acuerdo con el clculo de la potencia anterior, la velocidad del viento es undato muy importante para el diseo de un aerogenerador, ahora bien la velocidad delviento no es constante y vara a lo largo del tiempo, es por tanto importante medir la


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velocidad del viento en una determinada zona en el transcurso de un ao o ms paracomprobar qu velocidades del viento son las ms frecuentes.

Para medir la magnitud de la velocidad del viento se emplea el anemmetro de cazoletasque consta de un eje vertical y tres cazoletas que se mueven empujadas por el viento. Elnmero de revoluciones por segundo son registradas electrnicamente dando lavelocidad del viento en m/s. Para medir la direccin del viento se emplea una veleta.

Descripcin estadstica de las velocidades del viento

Para los promotores de aerogeneradores es muy importante conocer para unemplazamiento dado las caractersticas del viento en ese lugar; dada la variabilidad yaleatoriedad del mismo deben aplicarse tcnicas estadsticas para su anlisis. Damos acontinuacin las tcnicas ms comunes a la hora de evaluar los recursos elicos de unlugar.

Las medidas del viento deben realizarse a una altura de 10 m para que el aire noeste perturbado por el terreno y estas deben prolongarse durante al menos un ao. Esfrecuente disponer de valores cada 10 minutos. El primer tratamiento consiste enelaborar un histograma de frecuencias obtenidas para cada valor de v; o lo que es lomismo representar la distribucin de probabilidades para cada v. Un ejemplo poda serel del siguiente grafico:

En el eje de las X se representan las velocidades del viento en m/s y en el eje de las Y eltiempo que esas velocidades se han conseguido a lo largo del ao, frecuencia expresadaen tanto por uno. El rea bajo la curva siempre vale exactamente 1, ya que la

probabilidad (en %) de que el viento sople a cualquiera de las velocidades, incluyendoel cero, debe ser del 100 por cien.

De la muestra de valores se pueden obtener la mediana, la media y la moda; en elejemplo, la mediana de la muestra de velocidades medidas es de 6,6 m/s, indicada por lalnea negra. Esta lnea separa por tanto la curva en dos mitades; esto significa que lamitad del tiempo el viento soplar a menos de 6,6 m/s y la otra mitad soplar a ms de


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6,6 m/s. La velocidad media del viento estimada como un promedio de todas lasobservaciones es un poco mayor y corresponde a 7 m/s. Por otro lado, la moda que nosindica la velocidad del viento ms comn, es decir, que con mayor frecuencia se hadado es de 5.5 m/s. En este emplazamiento concreto, se observa que los fuertesvendavales son raros (v>14 m/s) y que, como decimos, los vientos moderados son los

mas comunes.Se ha comprobado experimentalmente que la distribucin de la velocidad del viento seajusta bastante bien a la funcin densidad de probabilidad de Weibull. Esta funcin(v) depende de dos parmetros ajustables y viene dada por la expresin:

kk

c

v

c

v

c

kv

=

exp)(1

donde c es un factor de escala (m/s) muy prximo a la velocidad media y k es un factorde forma que caracteriza la asimetra de la funcin de probabilidad. La distribucin de

Weibull a utilizar en cada emplazamiento puede variar tanto en la forma como en elvalor medio. De acuerdo con este modelo, la velocidad ms probable del viento, esto esla moda vm se calcula:

k

m

k

kcv

11

=

y la velocidad media:

+==

kcdvvvv 11)(

0

donde es la funcin gamma de Euler

dxxes sx

=+0

)1(

la media del cubo de la velocidad se calcula:

+==

kcdvvvv

31)( 3

0

33

y la potencia media durante el ao considerado ser:

+==

kAcvAP

312/12/1 33

Se define el potencial elico de un lugar como la potencia media disponible por unidadde rea; a partir de lo anterior esto se calcula:


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+=

kcAP

312/1/ 3

la velocidad del viento varia con la altura de la forma:

= zz

vv ''

donde es un coeficiente que depende de la rugosidad del terreno z0, De una formasimilar, el potencial eolico tambin varia con la altura; la formula en cuestin es:

3''

=

z

z

P

P

donde en ambos casos z es una altura de referencia a la que corresponden los valores dev y P de los cuales se tienen datos (normalmente se toma z=10m) y z es la altura a laque se quieren obtener los valore de v y P.

Rugosidad y cizallamiento del viento

A una gran altura de la superficie del suelo, alrededor de un kilmetro, lasuperficie terrestre apenas ejerce influencia alguna sobre el viento. Sin embargo, en lascapas ms bajas de la atmsfera, las velocidades del viento se ven afectadas por lafriccin con la superficie terrestre.

La rugosidad del terreno reduce la velocidad del viento en las capas atmosfricascercanas a la superficie terrestre o sea que cuanto ms pronunciada sea la rugosidad delterreno mayor ser la ralentizacin que experimente el viento.Obviamente, los bosques y las grandes ciudades ralentizan mucho el viento, mientrasque las pistas de hormign de los aeropuertos slo lo ralentizan ligeramente. Lassuperficies de agua son incluso ms lisas que las pistas de hormign, y tendrn por tantomenos influencia sobre el viento, mientras que la hierba alta y los arbustos ralentizan elviento de forma considerable. La disminucin de la velocidad del viento a medida quenos acercamos a la superficie se denomina cizallamiento del viento.

Para evaluar las posibilidades elicas de una determinada zona, en la industriaelica, la gente suele referirse a longitud de rugosidad y/o clase de rugosidad.La longitud de rugosidad medida en metros, z 0 , es la altura sobre el nivel del suelodonde la velocidad del viento es tericamente cero.La clase de rugosidad se calcula a partir de la longitud z0 mediante las siguientesformulas:

si (longitud 0.03)

clase = 3.912489289 +ln(longitud)/ln(3.3333333)


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Segn el Atlas Elico Europeo, la tabla siguiente muestra los distintos tipos de terrenocon su longitud de rugosidad y clase de rugosidad correspondientes:

Tabla de clases y de longitudes de rugosidad

Clase derugosidad

Longitud

derugosidadm

Tipo de paisaje

0 0,0002 Superficie del agua

0,5 0,0024Terreno completamente abierto con una superficie lisa, p.ej., pistas dehormign en los aeropuertos, csped cortado, etc.

1 0,03rea agrcola abierta sin cercados ni setos y con edificios muy dispersos. Slocolinas suavemente redondeadas

1,5 0,055Terreno agrcola con algunas casas y setos resguardantes de 8 metros de alturacon una distancia aproximada de 1250 m.

2 0,1Terreno agrcola con algunas casas y setos resguardantes de 8 metros de alturacon una distancia aproximada de 500 m.

2,5 0,2

Terreno agrcola con muchas casas, arbustos y plantas, o setos resguardantes

de 8 metros de altura con una distancia aproximada de 250 m.

3 0,4Pueblos, ciudades pequeas, terreno agrcola, con muchos o altos setosresguardantes, bosques y terreno accidentado y muy desigual

3,5 0,8 Ciudades ms grandes con edificios altos

4 1,6 Ciudades muy grandes con edificios altos y rascacielos

se puede calcular a partir de la formula:

2)(ln003.0ln04.024.0 zozo ++=

Los valores tpicos de para distintos terrenos figuran en la tabla:

Estimacin del valor de para distintos terrenos

Tipo de terreno

Liso (mar, arena, nieve) 0,10 0,13

Moderadamente rugoso (hierba, campos de cereales, regiones rurales) 0,13 0,20Rugoso 0,20 0,27

Muy rugoso (ciudades, altos edificios) 0,27 0,40

El grfico a continuacin es una aplicacin de la formula de variacin de lavelocidad con la altura. Muestra como vara la velocidad del viento en una rugosidad declase 2 (suelo agrcola con algunas casas y setos de proteccin a intervalos de unos 500metros). A 10 m nos encontramos que v=7m/s, mientras que a 100 m, v=10 m/s. Parauna rugosidad de clase mayor que 2, la diferencia es mayor.


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Cizallamiento del viento

Mencionamos un caso concreto: en una instalacin de un aerogenerador en elFerrol se encontraron los siguientes datos; z0 entre 0.1 y 0.3 daba lugar a un =1.7, el

potencial eolico para z=10 m es de (para =1.225 kg/m3) 80.51 W/m2, y a una altura de50 m ese potencial vale 160.47 W/m2 ; para un radio del rotor de 10 m, A vale 314.16m2, y el potencial eolico disponible ser de 50.42 kW. En 1 hora la energa disponible esde 50.42 kWh y en un ao ser de 0.44 GWh.

Veamos ahora como a pesar de buscar las condiciones mas favorables de vientoen un emplazamiento, necesariamente una parte de la energa del viento esdesaprovechada.

Ley de Betz

El aire cuando pasa a travs de las aspas del rotor no transforma toda su energaen energa de rotacin, solo parte; si lo hiciera a la salida del aerogenerador el aireestara quieto y no es as, sino que posee una velocidad v2 menor que la inicial v1.

La imagen dada mas arriba, aunque nos ha servido para calcular la potenciaeolica disponible en teora, esta simplificada. En realidad, las trayectorias de lasmolculas del aire antes y despus del paso por el aerogenerador no son paralelas sinoque forman un tubo de corriente como el indicado a continuacin.

donde de acuerdo con la ecuacin de continuidad :


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AvAv 2211 =

como A2


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Puesto que los aerogeneradores estn diseados para empezar a girar avelocidades alrededor de 3-5 m/s. (velocidad de conexin) y estnprogramados para

pararse a altas velocidades del viento, de unos 25 m/s, para evitar posibles daos, lasvelocidades fuera de estos valores no se aprovechan para generar energa elctrica Sonlas llamadas Velocidad de conexin y Velocidad de corte. En el grafico anterior no

aparecen datos fuera de estos valores.

Cunta energa elctrica se saca a lo largo de un ao (en Gwh) en un generadortpico de 600kW aparece en el siguiente grafico en funcin de la velocidad mediaexistente en el emplazamiento. El grafico se ha dibujado para tres valores diferentes del

parmetro de forma (k=1.5, 2.0 y 2.5. Para una v media de 4.5 m/s y un factor de formade 2 (bastante comun) la energa anual es de 0.5 Gwh. Para una velocidad de 9 m/s, laenerga es de 2.4 GWh, esto es se multiplica en un factor de 4.8.

En el grafico a continuacin, se muestra como se distribuye la potencia enfuncin de la velocidad, para las tres potencias mencionadas, esto es la potencia eolica,la potencia dada por el limite de Betz y la potencia elctrica finalmente obtenida en elgenerador; en el eje horizontal esta la velocidad del viento mientras que en el ejevertical el valor se obtiene multiplicando la potencia correspondiente a cada velocidad

por la probabilidad de dicha velocidad en el ao sacada de la grfica de Weibull. Lo quetenemos por tanto es la distribucin de potencia elica a diferentes velocidades delviento; El rea bajo la curva gris es la potencia media eolica disponible en el ao, lo quehemos llamado potencial eolico.

El rea bajo la curva azul representa la potencia aprovechada segn la ley deBetz y el de la curva roja la potencia elctrica suministrada.


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Coeficiente de potencia

El coeficiente de potencia indica con qu eficiencia el aerogenerador convierte la

energa del viento en electricidad. Para calcular el coeficiente de potencia para cadavelocidad dividimos el valor de la potencia elctrica para cada velocidad (de la curva de

potencia elctrica) y lo dividimos por el rea de barrido del rotor, sacamos as lapotencia disponible por metro cuadrado. Posteriormente, para cada velocidad, dividimosel resultado anterior por la potencia elica de entrada (tambin en W/m2).

El grfico a continuacin muestra la curva del coeficiente de potencia de unaerogenerador tpico. Aunque la eficiencia media de estos aerogeneradores suele estar

por encima del 20%, la eficiencia vara mucho con la velocidad del viento.

Como se puede observar, la eficiencia mecnica del aerogenerador ms alta(44%) se da a velocidades alrededor de 9 m/s. Este valor es un dato elegidodeliberadamente por los constructores de turbinas, ya que interesa dar el dato deeficiencia en aquellas zonas de velocidades de viento mas frecuentes.

Que un aerogenerador tenga una potencia nominal (la que figura en la placa decaractersticas) de 1000 kW, le indica que producir 1000 kilovatios-hora (kWh) deenerga por hora de funcionamiento, cuando trabaje a rendimiento mximo (es decir,con vientos de, digamos, ms de 15 metros por segundo).

Que un pas como Holanda tenga, digamos, 1000 MW de potencia elica instalada no leindica cuanta energa producen las turbinas. Los aerogeneradores estarn girando


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normalmente durante el 75 por ciento de las horas de ao, aunque slo estarnfuncionando a la potencia nominal durante un nmero limitado de horas al ao. Para

poder calcular cuanta energa producirn los aerogeneradores deber conocer ladistribucin de velocidades de viento para cada aerogenerador. Por ejemplo, en el casode holanda, los aerogeneradores promedio devolvern 2.300 horas de funcionamiento a

plena carga por ao. Para obtener la produccin total de energa multiplica los 1000MW de potencia instalada por las 2.300 horas de operacin = 2.300.000 MWh = 2,3TWh de energa ( 2.300.000.000 de KWh). En otras zonas, como Gales, Escocia o la

parte occidental de Irlanda, probablemente tenga alrededor de 3.000 horas o ms defuncionamiento a plena carga. En Alemania la cifra est cerca de 2.000 horas defuncionamiento a plena carga.

4. Componentes de un aerogenerador

En la figura se indican las partes principales de un aerogenerador, a saber, la

gndola, el rotor, la torre:

Partes de un aerogenerador

La gndola

La gndola es la carcasa que contiene los componentes clave del aerogenerador,esto es, el generador elctrico, el multiplicador y los sistemas de control y orientacin yfreno. Esta situada en la parte alta de la torre. El personal de servicio puede entrar en lagndola desde la torre de la turbina.


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Montaje de un aerogenerador

El interior de la gndola es mostrado en el siguiente esquema:

Esquema del interior de la gndola

El eje de baja velocidad

Esta conectado al buje del rotor. En un aerogenerador moderno de 1500 kw, lasaspas giran muy lentas, a unas 20 a 35 revoluciones por minuto (r.p.m.). Esta velocidades transmitida a un eje denominado por eso de baja velocidad.

El multiplicador

Sistema de engranajes que convierte la velocidad de giro del eje a su izquierda(eje de baja velocidad) en una velocidad que puede ser hasta 50 veces mayor para el ejea su derecha (eje de alta velocidad).

El eje de alta velocidad

El eje de alta velocidad gira aproximadamente a 1.500 revoluciones por minuto(r.p.m.), lo que permite el funcionamiento del generador elctrico.

El generador elctrico


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El generador elctrico de la turbina convierte energa cintica de dotacin enenerga elctrica. Pueden ser de diferentes tipos como explicamos a continuacin, perofrecuentemente suele ser un generador de alterna asncrono. En los aerogeneradoresmodernos la potencia mxima suele estar entre 500 y 3000 kW.

Los generadores pueden ser de corriente continua (dinamos) y de corrientealterna (alternadores). El uso de los generadores de corriente contina no est muyextendido; se suelen emplear en generadores pequeos aislados, esto es, que no estnconectados a la red y se utilizan para la carga de bateras que dan electricidad a casas,granjas, etcComo todos los generadores, estn formados por dos bobinados elinductor e inducido. Al inducido va unido un colector y a este se conectanalternativamente escobillas de tal manera que la corriente saliente vaya siempre en elmismo sentido. Un inconveniente de la dinamo es precisamente la presencia deescobillas y colectores, que requieren un mantenimientoperidico. Por otra parte, ladnamo es ms pesada y cara que un generador de corriente alterna.

Los generadores de corriente alterna, a su vez, pueden se de dos tipos, sncronosy asncronos. Un generador sncrono esta formado por un rotor (imn permanente oelectroimn) que gira al estar conectado al aeromotor y un estator formado por 3 o maselectroimanes conectados a la red elctrica. Frecuentemente el rotor es un electroimn,que en este caso est alimentado por corriente continua de la red elctrica. Dado que lared suministra corriente alterna, hay que convertir la corriente alterna en corrientecontinua antes de enviarla a las bobinas arrolladas a los electroimanes del rotor.

Montaje de un alternador

El generador asncrono es bastante parecido al sncrono; solo se diferencian enque el inducido esta alimentado por corriente alterna y frecuentemente se obtiene de lared elctrica, por lo que este tipo de generadores no se utilizan para uso aislado.Presentan la ventaja de su extrema sencillez constructiva y de que son ms baratos.

La mayora de turbinas elicas del mundo utilizan un generador asncrono trifsico,tambin llamado generador de induccin, para generar corriente alterna. En cambio,fuera de la industria elica, este tipo de generadores no est muy extendido

En cuanto al voltaje generado en grandes aerogeneradores, este suele ser de 690 V de

corriente alterna trifsica. Posteriormente, la corriente es enviada a travs de untransformador anexo a la turbina (o dentro de la torre), para aumentar su voltaje entre
http://www.monografias.com/trabajos15/mantenimiento-industrial/mantenimiento-industrial.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/prens/prens.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/prens/prens.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/mantenimiento-industrial/mantenimiento-industrial.shtml


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10.000 y 30.000 V, dependiendo del estndar de la red elctrica local. Los grandesfabricantes proporcionan modelos de aerogeneradores tanto de 50 Hz (para las redeselctricas de la mayor parte del mundo) y de 60 Hz (para la red elctrica de Amrica).

El mecanismo de orientacin

Es un mecanismo que hace girar el rotor de la turbina (palas) en contra delviento. Puede ser de varios tipos aunque lo mas extendido es que sea un motor elctricoactivado por el controlador electrnico, que vigila la direccin del viento utilizando losinstrumentos encima de la gndola. Este es un mecanismo activo; existen mecanismos

pasivos en el caso de aerogeneradores pequeos, como son una veleta en la parte deatrs del generador o bien molinillos laterales como vemos en la fotografa.

Orientacin mediante molinos laterales

El controlador electrnico

Es un ordenador que continuamente controla las condiciones del aerogenerador.Controla, por ejemplo, la informacin sobre el viento que le llega del anemmetro y laveleta; a su vez utiliza esta informacin para mandar ordenes relativa a la orientacindel rotor. Tambin controla cualquier malfuncionamiento del aerogenerador y da ordenal ordenador del operario encargado de la turbina.

El sistema hidrulico

El sistema hidrulico es utilizado para restaurar los frenos aerodinmicos delaerogenerador

La unidad de refrigeracin

Consiste en un sistema de ventilacin y esta situado junto al generador elctricopara evitar sobrecalentamientos de este.

El anemmetro y la veleta

En la parte posterior externa de la gndola hay situados un anemmetro y unaveleta para medir la velocidad del viento en modulo y direccin respectivamente. El


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anemmetro enva seales electrnicas que son utilizadas por el controlador electrnicodel aerogenerador para conectar el aerogenerador cuando el viento alcanzaaproximadamente 5 metros por segundo o desconectarle si la velocidad del vientoexcede de 25 metros por segundo, con el fin de proteger a la turbina. Las seales de laveleta permite aprovechar mejor el viento pues da la informacin real de cmo deben

orientarse las palas en cada momento situndolas de cara al viento a travs delmecanismo de orientacin.

El rotor

Esta formado por las palas y el buje. Las palas capturan el viento transformandola energa cintica de ste en energa de rotacin. En un aerogenerador moderno (deaprox. 1500kW), las palas pueden medir 40 m de longitud y su diseo es muy parecidoal del ala de un avin.El buje del rotor es una pieza que acopla el rotor al eje de bajavelocidad del aerogenerador.

El rotor, en la mayora de los aerogeneradores modernos est situado corrientearriba de la torre y la gndola, o sea, el rotor normalmente esta orientado a barlovento.Esto se hace sobretodo porque la corriente de aire tras la torre es muy irregular(turbulenta)

La captacin de la energa elica se produce mediante la accin del viento sobrelas palas. El fundamento por el cual una pala en un aerogenerador moderno gira es igualal que produce que un avin vuele. Este fundamento consiste en que el aire es obligadoa fluir por las caras superior e inferior de un perfil inclinado, generando una diferenciade presiones entre ambas caras, y dando origen a una fuerza resultante que igual que

produce la sustentacin del avin en el aire, que acta sobre la pala movindola en ladireccin de la fuerza.

Veamos en la figura, el corte transversal de una pala, similar al de un ala delavin; el aire que se dirige hacia la parte delantera de la pala rodea la misma de maneraque el aire que se desliza a lo largo de la superficie superior del ala se mueve msrpidamente que el de la superficie inferior. Esto implica una presin ms baja en lasuperficie superior, lo que crea un gradiente de presiones y la aparicin de una fuerzahacia arriba que produce el movimiento. Esa fuerza es perpendicular a la direccin delviento.


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Para que un aerogenerador se ponga en marcha necesita de un valor mnimo delviento para vencer los rozamientos y comenzar a producir trabajo til, a este valormnimo se le denomina velocidad de conexin, sin la cual no es posible arrancar unaerogenerador ( esta velocidad esta comprendida entre 3-5 m/s ). A partir de este puntoempezar a rotar convirtiendo la energa cintica en mecnica rotacional. Para evitar

que el aerogenerador trabaje en condiciones para las que no fue concebido, en caso deque la velocidad del viento sea superior a la de corte (esta velocidad se considera apartir de 25 m/s), por razones de seguridad, los mecanismos de control detienen elgenerador.

Referente a materiales, la mayora de las modernas palas de rotor de grandesaerogeneradores estn fabricadas con plstico reforzado con fibra de vidrio ("GRP"), esdecir, polister o epoxy reforzado con fibra de vidrio. Las aleaciones de acero y dealuminio tienen problemas de peso y de fatiga del metal, respectivamente. Actualmenteslo son utilizados en aerogeneradores muy pequeos.

La torre

La torre es el soporte para la gndola y el rotor. Generalmente es una ventajadisponer de una torre alta, dado que la velocidad del viento aumenta conforme nosalejamos del nivel del suelo.

Tipos de torres

Existen dos tipos principales de torres, torres tubulares y torres de celosa.Aunque las de celosa son mucho ms econmicas, por seguridad se utilizan lastubulares; las tubulares son mucho ms seguras para los operarios que tengan querealizar sus labores de reparacin en la gndola. La mayora de los grandesaerogeneradores se entregan con torres tubulares de acero, fabricadas en secciones de20-30 metros. Las torres son troncocnicas (es decir, con un dimetro creciente hacia la

base), con el fin de aumentar su resistencia y al mismo tiempo ahorrar material.

Torres tubulares de acero

Las torres de celosa son fabricadas utilizando perfiles de acero soldados. Laprincipal ventaja de las torres de celosa es que son ms baratas.


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Torre de celosa

En cualquier caso y tambin quiz por razones estticas, las torres de celosa handesaparecido prcticamente en los grandes aerogeneradores modernos.

En caso de aerogeneradores pequeos, podemos tambin ver algunos que estnconstruidos con delgadas torres de mstil sostenidas por cables tensores. Su uso es muylimitado.

Altura de la torre

Como ya hemos dicho cuanto mas alta este situado el aerogenerador mspotencia produce debido a que la velocidad del viento crece con la altura. Sin embargo,ste no es el nico criterio para decidir la altura de la instalacin. Para ver un poco larelacin entre tamao y potencia de los aerogeneradores actualmente instalados,observemos en la figura tres aerogeneradores de diferente potencia: 225 kW, 600 kW y1500 kW, respectivamente; tienen dimetros de rotor de 27, 43 y 60 metros; las alturasde las torres tambin son diferentes.


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Un rotor de 60 metros de dimetro no podr ser instalado sobre una torre de menos de30 metros. Pero si consideramos el coste de un gran rotor y un gran generador ymultiplicador, sera seguramente un desperdicio instalarlos sobre una torre pequea, yaque se dispone de velocidades de viento mucho ms altas. Por otro lado, cada metro detorre cuesta dinero, etcde manera que la altura ptima de la torre se obtieneconsiderando varios aspectos: el coste por metro de torre (10 metros ms de torre lecostarn actualmente alrededor de 15.000 dlares americanos), la rugosidad del terreno(las grandes rugosidades van mejor con una torre alta) y el precio que el propietario dela turbina obtiene por un kWh adicional de electricidad.

5. Tipologa de los aerogeneradores

Existen diferentes criterios para clasificar los modelos de aerogeneradores en laactualidad:

Por la orientacin del eje del rotor respecto al suelo:

Eje vertical:

Su caracterstica principal es que el eje de rotacin se encuentra en posicinperpendicular al suelo. Son tambin llamados "VAWTs", que corresponde a las siglasde la denominacin inglesa "vertical axis wind turbines". Existen tres tipos dentro deeste, denominadosDarrieus, que consisten en dos o tres arcos que giran alrededor deleje, Panemonas con cuatro o ms semicrculos unidos al eje central y Sabonius con doso ms filas de semicilindros colocados opuestamente. Su rendimiento en general es bajoy se utilizan muy poco frente a los de eje horizontal.

Modelo Darrieus


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Modelo Savonius

Eje horizontal

Son los ms habituales y en ellos se ha centrado el mayor esfuerzo de diseo en losltimos aos. Se los denomina tambin "HAWTs", que corresponde a las siglas de ladenominacin inglesa "horizontal axis wind turbines".

Turbina de eje horizontal

Las principales ventajas tericas de una mquina de eje vertical son que puede situar elgenerador, el multiplicador, etc. en el suelo, y puede no tener que necesitar una torrepara la mquina y no necesita un mecanismo de orientacin para girar el rotor en contradel viento. Las principales desventajas son que las velocidades del viento cerca del niveldel suelo son muy bajas, por lo que a pesar de que pueden ahorrarse la torre, susvelocidades de viento sern muy bajas en la parte ms baja de su rotor y la eficiencia

promedio de las mquinas de eje vertical no es muy grande.

2. Por la orientacin del equipo con respecto al viento:

A barlovento:


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Son mquinas que tienen el rotor de cara al viento. La principal ventaja de los diseoscorriente arriba es que se evita el abrigo del viento tras la torre. Con mucho la mayorade los aerogeneradores tienen este diseo. El principal inconveniente de los diseoscorriente arriba es que el rotor necesita ser bastante inflexible, y estar situado a unacierta distancia de la torre. Adems una mquina corriente arriba necesita un mecanismo

de orientacin para mantener el rotor de cara al viento.

A sotavento:

Son mquinas que tienen el rotor en la direccin opuesta al viento. Las mquinascorriente abajo tienen como ventaja que pueden ser construidos sin un mecanismo deorientacin, si el rotor y la gndola tienen un diseo apropiado que hace que la gndolasiga al viento pasivamente. Sin embargo, en grandes mquinas sta es una ventaja algodudosa, pues se necesitan cables para conducir la corriente fuera del generador. Si lamquina ha estado orientndose de forma pasiva en la misma direccin durante un largo

periodo de tiempo y no dispone de un mecanismo de orientacin, los cables pueden

llegar a sufrir una torsin excesiva.

Turbina con rotor a sotavento (22 kW).

El inconveniente principal es la fluctuacin de la potencia elica, debida al paso delrotor a travs del abrigo de la torre. Esto puede crear ms cargas de fatiga en la turbinaque con un diseo corriente arriba.

1. Por el nmero de palas:Una pala

Los aerogeneradores con una pala precisan un contrapeso en el otro extremo paraequilibrar. La velocidad de giro es muy elevada. Su gran inconveniente es queintroducen en el eje unos esfuerzos muy variables, lo que acorta la vida de lainstalacin.


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Dos palas

Los diseos bipala de aerogeneradores suelen tener dificultades para penetrar en elmercado, en parte porque necesitan una mayor velocidad de giro para producir la mismaenerga de salida que uno tripala. Esto supone una desventaja tanto en lo que respecta al

ruido como al aspecto visual

Tres palas

La mayora de los aerogeneradores modernos tienen diseos tripala, con el rotormantenido en la posicin corriente arriba (en la cara de la torre que da al viento). Estediseo tiende a imponerse como estndar al resto de los conceptos evaluados. La granmayora de las turbinas vendidas en los mercados mundiales poseen este diseo.


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Multipalas

Tienen uno numero superior de palas. Se trata del llamado modelo americano, debido aque una de sus primeras aplicaciones fue la extraccin de agua en pozos de las grandesllanuras americanas. En concreto, en la imagen que sigue tenemos un molino multipala

para la produccin local de electricidad en una granja agrcola (Mallorca).

Molino multipala (Mallorca)

Las turbinas con muchas palas o tambin con palas muy anchas estn sujetas a fuerzasmuy grandes, cuando el viento sopla a una velocidad de huracn; para limitar lainfluencia de los vientos extremos, los fabricantes de turbinas optan por construirturbinas con pocas palas, largas y estrechas. Una buena situacin de compromiso es elrotor tripala.

4. Por la potencia nominal

Se consideran 3 grupos de generadores:

Baja potencia < 3kWMedia potencia 100 kW

5. Por el tipo de generador elctrico

Los generadores que llevan asociadas las turbinas pueden ser de:

Corriente continua o dinamosCorriente alterna o alternadores

Dentro de los ltimos pueden ser de dos tipos:Generador sncronoGenerador asncrono

6. Por el mecanismo de orientacin:

El mecanismo de orientacin es utilizado por el aerogenerador para orientar el rotorperpendicularmente al viento. Se dice que la turbina tiene un error de orientacin

cuando esto no se consigue; en este caso la eficiencia de la maquina es menor. Existendiversos mecanismos para conseguir esto:


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Mediante conicidad

Un motor elctrico y una serie de engranajes llevan a cabo el giro del sistema.

Mediante una veleta

Es el mtodo ms sencillo para orientar un aerogenerador. Se emplea en sistemaspequeos como es l caso de los aerogeneradores en este parque de Madrid.

Sistema de orientacin mediante veletas (Madrid)

Mediante molinos auxiliares

Esta tecnologa no es muy usada; en ella unos pequeos rotores a ambos lados de lagndola y movidos pasivamente por el viento orientan al aerogenerador.

Sistema de orientacin mediante molinos auxiliares

Como resumen de la tipologia mas extendida en la construccin actual de estos aparatospodemos decir que el diseo de sistemas mas extendido teniendo en cuenta sus ventajase inconvenientes es la de aerogeneradores con diseo tripala, con el rotor a barlovento,usando motores elctricos en sus mecanismo de orientacin y con el tipo de generadorasncrono.

6. Situacin actual de la energa elica en Europa

Europa ha superado en 2005 el objetivo de 40.000MW de potencia elicainstalada, previsto inicialmente para 2010
http://www.windpower.org/es/tour/wtrb/yaw.htmhttp://www.windpower.org/es/tour/wtrb/electric.htmhttp://www.windpower.org/es/tour/wtrb/electric.htmhttp://www.windpower.org/es/tour/wtrb/electric.htmhttp://www.windpower.org/es/tour/wtrb/electric.htmhttp://www.windpower.org/es/tour/wtrb/yaw.htm


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El siguiente grfico muestra la potencia elica instalada en Europa por pases; estarealizada a 31 de diciembre del 2004. Alemania encabeza la utilizacin de este tipo deenerga, ocupando Espaa el segundo lugar y Dinamarca el tercero (ste, en virtud de suextensin, cuenta con la mayor potencia elica per capita). Un informe realizado dentrodel proyecto EurObservER apoyado por el programa Intelligent Energy Europe de la

Unin Europea muestra un barometro elico en abril de 2006 donde confirma que estatendencia continua, es decir, Alemania sigue liderando el ranking con casi un 50% de lapotencia instalada en Europa seguido por Espaa y Dinamarca. En el ao 2004 figurabacomo objetivo prioritario pasar de los 34100 MW instalados a 40000 MW en el 2010.La cuestin es que el crecimiento ha sido tan abrumador que dicha potencia se haalcanzado ya al trmino de 2005. De esta energa total, Espaa y Alemania producen el70%.

Energa Elica en Europa

En todo el mundo se han instalado en 2005 ms de 10.000MW, de los queaproximadamente un 60% corresponde a Europa. Estos datos de potencia instaladasignifican un crecimiento del 18% en Europa siendo bastante superior en Norte Amrica(36%) y en Asia (27%), confirmndose como principales mercados emergentes.

En cuanto a fabricantes, Europa tambin lidera el mercado con 3 fabricantes a la cabeza,Vestas (Dinamarca) con un 32.5% de cuota de mercado, GAMESA (Espaa) con un17.2% y Enercon (Alemania) con un 15.7%. Otros 4 fabricantes Europeos se sitantambin entre los 10 primeros. Otro dato interesante que ofrece este barmetro es el delcrecimiento en el tamao medio de las nuevas turbinas elicas que se ha duplicado a lolargo de los ltimos 5 aos.

Espaa es la segunda potencia mundial en potencia elica instaladaEspaa es uno de los pases lderes del mercado y hoy es la segunda potencia no slo anivel europeo sino tambin mundial en centrales elicas instaladas, por detrs deAlemania y por delante de Estados Unidos.

Espaa es lder tambin en innovacin tecnolgica. El 70% de los aerogeneradoresinstalados en nuestro pas han sido producidos por empresas nacionales.La evolucin de la potencia instalada es mostrada en el siguiente grafico:


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2005 APPA - Asociacin de Productores de Energas Renovables

en la que figura en la ultima columna el objetivo que propone el Plan de EnergasRenovables aprobado por el Consejo de Ministros que consiste en llegar a una

produccin de 20155 MW en potencia para el ao 2010.

En cuanto a energa generada, el total de la generacin elica en el ao 2005, de acuerdocon los datos de Red Elctrica de Espaa (REE), alcanz la cifra de 20.236 GWh, lo queha supuesto un 7,78% del total de la demanda de 2005 que se sita en 259.950 GWh, deacuerdo con los datos de REE.

Espaa alcanza 10.028 MW de potencia elica instalada en 2005El anlisis de los parques puestos en marcha en Espaa en el ao 2005 refleja un totalde 10.028 MW de potencia instalada a finales del ao 2005, lo que supone mas de 1500MW nuevos instalados durante el ao. Esta potencia alcanzada sita el nmero total de

parques elicos en 483, incluyendo ampliaciones y parques experimentales.

La generacin elica ha ayudado a disminuir la importacin de combustiblesfsiles, consiguiendo un ahorro de ms de 728 millones de euros durante el ao 2005.

La generacin elica ha proporcionado un ahorro para la economa espaola de14,7 millones de toneladas de dixido de carbono por reduccin en la adquisicin dederechos de emisin durante 2005. Este valor asciende en trmicos econmicos a 294millones de euros (partiendo de un precio del derecho de emisin de 20 /tonelada deCO2. En el siguiente grafico se presenta la energa elica generada en Espaamensualmente para 2005 y los 2 aos anteriores.

Evolucin mensual de la generacin elica 2004 y 2005


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En los siguientes grficos presentamos las principales empresas implicadas en laimplantacin de la energa elica en Espaa; Iberdrola es empresa lder en cuanto a

promotoras:

Reparto de la potencia elica instalada por promotores

y Gamesa, empresa espaola, es la que lidera el mercado nacional de fabricantes:

Reparto de la potencia elica instalada por fabricantes

Por su parte, los aerogeneradores han tenido un importante crecimiento de tamao comoqueda representado en el siguiente grfico.

Evolucin del tamao de los aerogeneradores

Este crecimiento se debe, fundamentalmente, a la bsqueda de mayor eficacia, queexige un mayor dimetro de rotor, y al reto de aminorar la notoriedad de estasinstalaciones, espaciando su ubicacin.

Potencia elica instalada por comunidades


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Galicia, con 107 parques y una potencia instalada de 2.452,48 Mw, es la primeracomunidad en el ranking de produccin, con casi una cuarta parte del parque elico enEspaa. Tras ella las dos Castillas, Castilla la Mancha con 2.008,88 Mw en 61 parques yCastilla Len con 1.690,31 Mw en 94 parques.

Andaluca fue una de las pioneras en la implantacin de este tipo de energa peroen los ltimos aos haba sufrido una paralizacin casi total. Actualmente han resurgidolos proyectos y su crecimiento alcanza el 34,67%. Sin embargo el mayor porcentaje decrecimiento corresponde al Pas Vasco, con un ndice del 69,41%, algo mayor queCatalua.

Cantabria, Madrid y Extremadura son las nicas comunidades que no disponende parques elicos.

En el cuadro siguiente se muestra el reparto, donde se observa que en trminosrelativos Catalua y Andaluca han tenido un importante crecimiento; sin embargo, las

regiones tradicionalmente ms activas en este sector son las que tienen los crecimientosabsolutos ms importantes.

Potencia elica instalada por comunidades autnomas

Espaa es de las primeras potencias en innovacin tecnolgicaDestacamos en este sentido, una noticia reciente que muestra este aspecto de

innovacin tecnolgica, segn la cual en Sangesa (Navarra) se va a construir para elao 2007 un laboratorio de ensayo de aerogeneradores que ser el mas ms importantedel mundo. En dicho laboratorio, se analizarn las propiedades fsicas de palas de hasta75 metros de longitud. Las instalaciones cuentan con un tren de potencia en el que se

podrn estudiar las respuestas de de aerogeneradores de hasta 5 MW. Tambin serealizarn ensayos sobre gndolas, utillaje y se formar al personal de montaje ymantenimiento. Tambin cuentan con un tnel aerodinmico y con un laboratorio demateriales. Completarn estas infraestructuras el Parque Experimental de la Sierra deAlaiz con capacidad para 6 mquinas de hasta 5 MW de potencia, cuyo proyecto estmuy avanzado.

7. Emplazamientos de los aerogeneradores

Los criterios para seleccionar un emplazamiento de aerogeneradores son

Observacin del entorno


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Normalmente, el slo hecho de observar la naturaleza resulta de excelente ayuda

a la hora de encontrar un emplazamiento apropiado para el aerogenerador. Los rboles ymatorrales de la zona sern una buena pista para saber cual es la direccin de vientodominante. Si nos movemos a lo largo de un litoral accidentado, observaremos que

siglos de erosin han trabajado en una direccin en particular. Los datosmeteorolgicos, obtenidos en forma de rosa de los vientos durante un plazo de 30 aos,sean probablemente su mejor gua, aunque rara vez estos datos son recogidosdirectamente en su emplazamiento, por lo que hay que ser muy prudente al utilizarlos.Si ya existen aerogeneradores en ese rea, sus resultados de produccin son unaexcelente gua de las condiciones de viento locales.

Niveles de viento

El viento debe poseer las siguientes caractersticas: velocidad media del viento lo maselevada posible, ausencia de rachas fuertes y frecuentes, viento laminado con la mnima

turbulencia posible, viento con direccin predominante, ausencia de calmas duraderas ydistribucin de la velocidad lo mas parecida posible a la distribucin de Weibull.

Condiciones de rugosidad, obstculos y orografa favorables

Es importante tener una vista lo ms amplia posible en la direccin de vientodominante, o sea los mnimos obstculos y una rugosidad lo ms baja posible en dichadireccin. Los obstculos del viento tales como edificios, rboles, formaciones rocosas,etc. disminuir la velocidad del viento de forma significativa pues pertenecen a una clasede rugosidad muy alta; pero otro efecto aadido, es que crean turbulencias en torno aellos. Las turbulencias disminuyen la posibilidad de utilizar la energa del viento deforma efectiva en un aerogenerador. Las turbulencias tambin provocan mayores roturasy desgastes en la turbina elica. Las torres de aerogeneradores suelen construirse losuficientemente altas como para evitar las turbulencias del viento cerca del nivel delsuelo. Cuando los fabricantes y proyectistas calculan la produccin de energa de unaerogenerador, siempre tienen en cuenta los obstculos prximos a la turbina (a menosde un kilmetro en cualquiera de las direcciones ms importantes del viento).

Emplazamiento agrcola (baja rugosidad)

En la tabla siguiente se muestra como disminuye el viento a pasar este por unobstculo. En este caso se ha tomado un edificio de oficinas de 7 plantas, de 20 metrosde alto y 60 de ancho, situado a una distancia de 300 metros de un aerogenerador conuna altura de buje de 50 m pintado como una columna amarilla. Las zonas grises
http://www.windpower.org/es/tour/wres/turb.htmhttp://www.windpower.org/es/tour/wres/turb.htm


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representan una disminucin considerable del viento que corresponde a la parte traseradel obstculo, lo que habitualmente se denomina abrigo del viento. Los nmerosindican la velocidad del viento en tanto por ciento de la velocidad del viento sin elobstculo. En la parte superior de la torre de aerogenerador amarillo la velocidad delviento ha disminuido en un 3 por ciento (hasta el 97 por ciento) de la velocidad del

viento sin el obstculo. Esto expresado en prdida de energa del viento es de alrededordel 10 por ciento.

Velocidad del viento ante un obstculo

Respecto a la orografa, si toma un camino entre dos edificios altos o en un pasoestrecho entre montaas observar que se da el mismo efecto: el aire se comprime en la

parte de los edificios o de la montaa que est expuesta al viento, y su velocidad crececonsiderablemente entre los obstculos del viento. Esto es lo que se conoce como"efecto tnel".As pues, incluso si la velocidad normal del viento en un terreno abierto

puede ser de, digamos, 6 metros por segundo, en un "tnel" natural puede fcilmentealcanzar los 9 metros por segundo. Situar un aerogenerador en un tnel de este tipo esuna forma inteligente de obtener velocidades del viento superiores a las de las reascolindantes.

Efecto tnel
http://www.windpower.org/es/tour/wres/enrspeed.htmhttp://www.windpower.org/es/tour/wres/enrspeed.htm


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Otra forma de aprovechar la orografa del terreno para emplazar los aerogeneradores essitundolos en colinas dominando el paisaje circundante. Primero, esto supone tener unavista lo ms amplia posible en la direccin del viento dominante en el rea, y por otrolado, en las colinas, siempre se aprecian velocidades de viento superiores a las de las

reas circundantes. Una vez ms, esto es debido a que el viento es comprimido en laparte de la montaa que da al viento, y una vez el aire alcanza la cima de la colina puedevolver a expandirse al descender hacia la zona de bajas presiones por la ladera asotavento de la colina. Se denomina efecto colina.

Efecto colina

La colina tiene que tener una forma suave, ya que una superficie escarpada puedeprovocar turbulencias perjudiciales para el aerogenerador.

Efecto de la colina (Buol)

Efecto de la colina (Tarifa)


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Conexin a la red

Obviamente, los grandes aerogeneradores tienen que ser conectados a la red elctrica yes fundamental que haya una lnea de alta tensin relativamente cerca para que loscostes de cableado no sean prohibitivamente altos.

Condiciones del suelo

La viabilidad tanto de realizar las cimentaciones de las turbinas como de construircarreteras que permitan la llegada de camiones pesados hasta el emplazamiento debentenerse en cuenta en cualquier proyecto de aerogenerador.

Construccin del parque elico

Los aerogeneradores se suelen agrupar con el fin de obtener grandes potenciasformando lo que se llama parque elico. Cada aerogenerador ralentizar el viento tras de

s al obtener energa de l para convertirla en electricidad. De manera que si otrogenerador esta cerca, la energa del viento que ste recibe es menor que la que hay enaire abierto. Esto se denomina efecto del parque. Lo ideal sera poder separar lasturbinas lo mximo posible en la direccin de viento dominante. Pero por otra parte, elcoste del terreno y de la conexin de los aerogeneradores a la red elctrica aconsejainstalar las turbinas ms cerca unas de otras. La distribucin en planta del parque eolicosuele ser como norma general:

Como norma general, la separacin entre aerogeneradores en un parque elico esde 5 a 9 dimetros de rotor en la direccin de los vientos dominantes, y de 3 a 5dimetros de rotor en la direccin perpendicular a los vientos dominantes. En estedibujo se han situado 3 filas de cinco turbinas cada una siguiendo un modelo tpico.

Siempre habr una prdida de energa debida al efecto del parque. Los fabricantes oproyectistas pueden calcular la prdida de energa debida al apantallamiento entreaerogeneradores, es decir al efecto del parque, a partir de diferentes datos. La prdida deenerga tpica debido a dicho efecto es de alrededor del 5 por ciento.
http://www.windpower.org/es/tour/wres/globwin.htmhttp://www.windpower.org/es/tour/wres/globwin.htm


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Parques Marinos

Recientemente, se estn instalando parque elicos en la superficie del mar debido a unaserie de ventajas que presenta este tipo de emplazamiento. Las superficies de mares ylagos son obviamente muy lisas, por lo que la rugosidad de la superficie marina es muy

baja. Es cierto que con velocidades de viento crecientes, parte de la energa se empleaen producir oleaje, lo que implica un aumento de la rugosidad, siendo esta rugosidadvariable (lo mismo ocurre en zonas cubiertas con ms o menos nieve). Sin embargo, sigeneralizamos, puede considerarse que la rugosidad de la superficie del agua es muy

baja y que los obstculos del viento son pocos (al realizar los clculos debern tenerseen cuenta islas, faros, etc.)

Un bajo cizallamiento del viento implica menor altura debuje, esto es, con una bajarugosidad, el cizallamiento del viento en el mar es tambin muy bajo, lo que implicaque la velocidad del viento no experimenta grandes cambios al variar la altura del buje

del aerogenerador. As pues, puede resultar ms econmico utilizar torres ms bienbajas, de alrededor de 0,75 veces el dimetro del rotor, en aerogeneradores emplazadosen el mar (normalmente, las torres de los aerogeneradores situados en tierra miden undimetro de rotor, o incluso ms).

Una baja intensidad de las turbulencias provoca un mayor tiempo de vida de los

aerogeneradores. El viento en el mar es generalmente menos turbulento que en tierra,por lo que en un aerogenerador situado en el mar se puede esperar un tiempo de vidamayor que en otro situado en tierra. La baja turbulencia del mar se debe, ante todo, alhecho de que las diferencias de temperatura a diferentes altitudes de la atmsfera quehay sobre el mar son inferiores a las que hay sobre la tierra. La radiacin solar puede

penetrar varios metros bajo el mar mientras que en tierra la radiacin solar slo calientala capa superior del suelo, que llega a estar mucho ms caliente. Consecuentemente, lasdiferencias de temperatura entre la superficie y el aire sern menores sobre el mar quesobre la tierra. Esto es lo que provoca que la turbulencia sea menor.

Parque elico marino
http://www.windpower.org/es/tour/wres/shear.htmhttp://www.windpower.org/es/tour/wres/shear.htmhttp://www.windpower.org/es/tour/wres/turb.htmhttp://www.windpower.org/es/tour/wres/turb.htmhttp://www.windpower.org/es/tour/wres/shear.htmhttp://www.windpower.org/es/tour/wres/shear.htm


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8. Los aerogeneradores y el medio ambiente

Los aerogeneradores son siempre elementos muy visibles en el paisaje y se debeminimizar en lo posible el impacto ambiental que puedan suponer para la zona. Esteimpacto puede ser de varios tipos:

Impacto paisajstico: en realidad es algo subjetivo; de todas formas la lnea a seguir escolocar los aerogeneradores del parque en formas geomtricas simples que llamen laatencin lo menos posible y se ajusten a la forma del terreno. Mostramos como ejemploun parque elico en Dinamarca; la distribucin de las mquinas elicas siguiendo laforma de la costa resulta agradable desde el punto de vista esttico.

parque elico de Kappel (Dinamarca).

En reas llanas suele ser una buena estrategia disponer las turbinas segn unadistribucin geomtrica simple, fcilmente perceptible por el espectador; en paisajescon fuertes pendientes, rara vez es viable la utilizacin de un patrn simple, y suele sermejor hacer que las turbinas sigan los contornos del altitud del paisaje, o los cercados uotras caractersticas del mismo como es el caso de la siguiente fotografa de un parqueelico en la provincia de Len.

Parque eolico en Tarifa

Impacto sobre la flora y la fauna: Hay que resear que hay un debate abierto entre laindustria explotadora de parque elicos y diferentes grupos de defensa de la naturalezareferente sobre todo al mortandad de aves causadas por colisiones con las aspas de los

equipos. Las posturas son enfrentadas y las posiciones dispares. Tambin en lo referentea la destruccin parcial de parajes naturales, sendas, etcEste impacto en principio se


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considera de menor importancia frente al hecho de que la industria eolica es unaindustria no contaminante.

Impacto acstico: Otro defecto achacado a este tipo de instalaciones es la contaminacinacstica. Los aerogeneradores producen ruido debido al giro del rotor, Se intenta

resolver este problema colocando los molinos alejados suficientemente de laspoblaciones. Los fabricantes en concreto defienden este punto alejando que el ruido deaves y rboles movindose con el viento enmascaran parcialmente el ruido de losaerogeneradores.


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Referencias

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http://www.apecyl.com/mapaEolico.htm

Enciclopedia Encarta

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