¿Qué es la turbina eólica? Aerogenerador de eje horizontal y eje vertical

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Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS

El viento tiene su energía cinética ya que no es más que el flujo de aire atmosférico. Una turbina eólica es una máquina que utiliza la energía cinética del viento para producir energía mecánica rotacional en su eje. El movimiento de rotación del eje hace girar un generador eléctrico para generar electricidad . Hay principalmente dos tipos de aerogeneradores disponibles, uno es el tipo de eje horizontal y otro es el tipo de eje vertical.

Las turbinas también están disponibles en diferentes tamaños dependiendo de su modo de aplicación. En muchos lugares del mundo moderno, la gente usa turbinas eólicas de pequeño tamaño para cargar baterías para el suministro de energía auxiliar a barcos, caravanas, etc. Muchas empresas de servicios eléctricos utilizan turbinas eólicas de tamaño mediano para suministrar una parte de la carga doméstica cuando hay suficiente viento. disponible para que puedan revender el excedente de energía demandada a la red eléctrica.

El stock de combustibles fósiles en ese planeta se está volviendo nulo día a día, por lo que existe una necesidad significativa de fuentes de energía renovables para producir electricidad para satisfacer la creciente demanda de electricidad. La estación de generación de energía eólica es una de las soluciones para eso. Las estaciones generadoras de energía eólica utilizan muchas turbinas eólicas gigantes para producir la electricidad requerida . Las turbinas eólicas pueden tener un eje horizontal o un eje vertical según sus criterios de diseño. El diseño horizontal es más común ya que produce más potencia en comparación con uno vertical.

Aerogenerador de eje horizontal

Llamamos a las turbinas eólicas que tienen eje horizontal como turbinas eólicas de eje horizontal o en abreviatura HAWT. En HAWT, el rotor de la turbina acopla el generador eléctrico y este grupo generador de turbina se coloca en la parte superior de la torre de la turbina. Un sensor de viento con servomotor mantiene el eje de la turbina a lo largo del camino del viento.

Aunque en una turbina pequeña, una veleta cumple el propósito. Las turbinas suelen tener una caja de cambios entre el eje de la turbina y el eje del generador. Las funciones de esta caja de cambios son proporcionar un acoplamiento mecánico entre estos dos ejes y aumentar la velocidad de rotación lenta de las palas de la turbina a una velocidad de rotación alta del generador.
Aerogenerador de eje horizontal
Una estación generadora de energía eólica utiliza turbinas eólicas de eje horizontal de tres palas (HAWT). El diseño de tres palas es más estable mecánicamente y puede tener menos ondulación de par. La longitud de la pala puede ser de 20 ma 80 my generalmente de color blanco brillante para que cualquier avión pueda ver cómodamente.

Una turbina con una longitud de pala de 80 m puede tener una potencia de hasta 8 MW. La altura de la gran turbina comercial puede ser de hasta 70 ma 120 my puede ser de hasta 160 metros en el extremo. Los modernos sistemas de turbinas eólicas utilizan postes de soporte tubulares de acero. Las RPM de una gran turbina eólica pueden ser de 10 a 22. Estas grandes palas de turbina no pueden alcanzar una velocidad de rotación superior a esa. Como dijimos anteriormente, usamos una disposición de engranajes (caja de cambios) para aumentar esta velocidad lenta a la alta velocidad requerida del generador.

Sin embargo, hay algunos diseños en los que el eje del rotor de la turbina acopla directamente al generador. Como la velocidad de rotación de una turbina eólica varía con la variación de la presión del viento, las turbinas eólicas modernas utilizan convertidores de estado sólido para convertir la energía eléctrica generada a un nivel de voltaje y frecuencia requeridos para alimentar las redes eléctricas.

Nadie puede controlar la presión del viento en las palas de ninguna manera, depende completamente de la naturaleza. Los diseñadores proporcionan un sistema de protección a todas las grandes turbinas eólicas que alinea las caras del borde de las palas en función de la velocidad del viento para que podamos evitar la rotura de las palas durante la alta presión del viento. A esta técnica la llamamos desvanecimiento.

Turbina de viento de eje vertical

Existe otro tipo de turbina eólica que utiliza un eje giratorio alineado verticalmente. A esta turbina la llamamos Aerogeneradores de Eje Vertical o VAWT. Como tiene el eje vertical, no tiene que alinearse con el viento y, por lo tanto, el uso de estas turbinas es más adecuado donde la dirección del viento varía significativamente.

Podemos instalar esta turbina incluso en la azotea ya que la altura de esta turbina es mucho menor que la de HAWT. Otra ventaja significativa es que como el eje es vertical, podemos extenderlo hasta el nivel inferior donde podemos acoplar un generador con el eje vertical con la ayuda de una caja de cambios en tierra que facilita el mantenimiento.
Aerogeneradores de eje vertical
A pesar de tantas ventajas sobre HAWT, no utilizamos VAWT para la generación de energía a granel, ya que la potencia de salida es bastante menor en VAWT en comparación con HAWT.

JORGE CABRERA BERRÍOS Administrator
Ingeniero Electrónico por la UNI, con maestría y doctorado por la University of Electro-Communications (Japón).

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