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

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Ultima edición el 21 septiembre, 2023

La energía eólica es una de las fuentes renovables de energía más importantes del mundo, y se ha convertido en una alternativa viable para la producción de energía eléctrica en los últimos años. Una de las tecnologías más utilizadas para la generación de energía eólica son las turbinas eólicas, también conocidas como aerogeneradores. Estas turbinas son dispositivos que aprovechan la energía del viento para producir energía eléctrica, mediante la rotación de sus aspas. En este artículo hablaremos sobre los dos tipos principales de turbinas eólicas: las de eje horizontal y las de eje vertical. Descubre sus diferencias y características en esta presentación.

Indice de contenidos

Funcionamiento de la turbina eólica.

La turbina eólica, también conocida como aerogenerador, es un dispositivo que se utiliza para generar energía eléctrica a partir del viento. La energía cinética del viento es transformada en energía mecánica y luego en energía eléctrica.

Aerogenerador de eje horizontal

El aerogenerador de eje horizontal es el tipo más común de turbina eólica. Este tipo de aerogenerador consta de:

  • Un rotor con tres o más palas que giran alrededor de un eje horizontal.
  • Un generador eléctrico.
  • Un sistema de control para orientar las palas hacia la dirección del viento.

El funcionamiento de la turbina eólica de eje horizontal es el siguiente:

  1. El viento hace girar las palas del rotor.
  2. El rotor, a través de un eje, hace girar el generador eléctrico.
  3. El generador eléctrico convierte la energía mecánica en energía eléctrica.

Aerogenerador de eje vertical

El aerogenerador de eje vertical es menos común que el de eje horizontal. Este tipo de aerogenerador consta de:

  • Un rotor con varias palas que giran alrededor de un eje vertical.
  • Un generador eléctrico.
  • Un sistema de control para orientar las palas hacia la dirección del viento.

El funcionamiento de la turbina eólica de eje vertical es el siguiente:

  1. El viento hace girar las palas del rotor.
  2. El rotor, a través de un eje, hace girar el generador eléctrico.
  3. El generador eléctrico convierte la energía mecánica en energía eléctrica.

El rotor, las palas y el generador eléctrico son los componentes principales de la turbina eólica.

Componentes principales de un aerogenerador.

Un aerogenerador es una máquina que transforma la energía cinética del viento en energía eléctrica. Está compuesto por varios componentes, cada uno de ellos esencial para su correcto funcionamiento. A continuación, se describen los componentes principales de un aerogenerador:

1. Rotor

El rotor es la parte del aerogenerador que recibe la energía cinética del viento y la transforma en energía mecánica. Está compuesto por las siguientes partes:

  • Palas: son las partes del rotor que capturan la energía del viento. El número de palas varía según el modelo de aerogenerador, pero lo más común son tres o cuatro palas.
  • Concentrador: es la parte del rotor donde se unen las palas. Su función es dirigir el flujo de aire hacia el generador.
  • Eje: es el elemento que une el rotor con el generador. Gira gracias a la energía capturada por las palas.

2. Generador

El generador es el encargado de convertir la energía mecánica en energía eléctrica. Generalmente, los aerogeneradores utilizan generadores eléctricos trifásicos.

3. Torre

La torre es la estructura que sostiene el rotor y el generador. Su altura varía según el modelo de aerogenerador, pero generalmente oscila entre los 50 y los 120 metros.

4. Sistema de control

El sistema de control es el encargado de hacer funcionar el aerogenerador de manera segura y eficiente. Este sistema incluye:

  • Controlador: es el cerebro del aerogenerador. Controla la velocidad del rotor y asegura que el aerogenerador funcione de manera eficiente.
  • Sensores: monitorean la velocidad del viento, la temperatura y la posición de las palas.
  • Frenos: detienen el rotor en caso de emergencia o para realizar mantenimiento.

5. Sistema de transmisión

El sistema de transmisión es el encargado de transmitir la energía eléctrica generada por el aerogenerador a la red eléctrica. Este sistema incluye:

  • Transformador: aumenta la tensión eléctrica producida por el generador para que pueda ser transmitida a largas distancias.
  • Cables: conectan el aerogenerador con la red eléctrica.
  • Subestación: es el lugar donde se conecta el aerogenerador a la red eléctrica.

Aerogenerador de eje horizontal y eje vertical

Existen dos tipos principales de aerogeneradores: el de eje horizontal y el de eje vertical.

Aerogenerador de eje horizontal

En el aerogenerador de eje horizontal, el rotor está situado en la parte superior de una torre y las palas giran alrededor de un eje horizontal. Este tipo de aerogenerador es el más utilizado en la actualidad y es el más eficiente.

Aerogenerador de eje vertical

En el aerogenerador de eje vertical, el rotor está situado en la base de la torre y las palas giran alrededor de un eje vertical. Este tipo de aerogenerador es menos eficiente que el de eje horizontal, pero tiene la ventaja de no necesitar orientación hacia la dirección del viento.

Cada uno de ellos es esencial para el correcto funcionamiento del aerogenerador y la generación de energía eléctrica a partir del viento.

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Características del eje horizontal y eje vertical.

La turbina eólica, también conocida como aerogenerador, es una máquina que convierte la energía cinética del viento en energía eléctrica. Las turbinas eólicas pueden ser de dos tipos: de eje horizontal y de eje vertical.

Eje horizontal

En la turbina eólica de eje horizontal, el rotor está montado en un eje horizontal y el viento lo golpea en la parte frontal. Esta es la tecnología más comúnmente utilizada en la industria de la energía eólica.

Características

  • El rotor gira en un plano horizontal.
  • La potencia generada depende de la velocidad del viento y del tamaño de la turbina.
  • Son más eficientes en vientos fuertes y constantes.
  • Son más grandes y requieren una base sólida para su instalación.
  • Requieren de una orientación constante hacia la dirección del viento para maximizar la generación de energía.

Ejemplo

Un ejemplo de turbina eólica de eje horizontal es la Siemens Gamesa SG 8.0-167 DD, que tiene una altura de 200 metros y un diámetro de rotor de 167 metros. Esta turbina tiene una capacidad de generación de 8 megavatios y puede suministrar energía limpia a más de 8.000 hogares.

Eje vertical

En la turbina eólica de eje vertical, el rotor está montado en un eje vertical y el viento lo golpea en los bordes. Esta tecnología es menos común, pero tiene algunas ventajas sobre la tecnología de eje horizontal.

Características

  • El rotor gira en un plano vertical.
  • La potencia generada es constante independientemente de la velocidad del viento.
  • Son más pequeñas y requieren menos espacio para su instalación.
  • Requieren menos mantenimiento y son más silenciosas.
  • No requieren de una orientación constante hacia la dirección del viento.

Ejemplo

Un ejemplo de turbina eólica de eje vertical es la Turby VAWT, que tiene una altura de 5 metros y un diámetro de rotor de 4 metros. Esta turbina tiene una capacidad de generación de 1 kilovatio y puede suministrar energía limpia a una vivienda unifamiliar.

La elección de una u otra dependerá de las necesidades y condiciones específicas del lugar donde se instale.

Ventajas y desventajas de un aerogenerador.

Antes de hablar de las ventajas y desventajas de un aerogenerador, es importante entender qué es una turbina eólica. Esta es una máquina que convierte la energía del viento en energía eléctrica, mediante el movimiento de un rotor que gira gracias a las fuerzas aerodinámicas.

Aerogenerador de eje horizontal

El aerogenerador de eje horizontal es el más común y conocido. Sus características principales son:

  • El rotor está en posición horizontal y alineado con la dirección del viento.
  • La energía eléctrica se genera mediante un generador eléctrico conectado al rotor.
  • Es más eficiente que el aerogenerador de eje vertical.

A continuación, se presentan las ventajas y desventajas del aerogenerador de eje horizontal:

Ventajas:

  • Energía renovable: El viento es una fuente de energía renovable e inagotable.
  • Bajo costo de operación: Una vez instalado, el costo de operación y mantenimiento es muy bajo.
  • No emite gases contaminantes: El aerogenerador no produce emisiones de gases de efecto invernadero ni otros contaminantes.
  • Generación de empleo: La industria de la energía eólica genera empleos directos e indirectos.

Desventajas:

  • Impacto visual: Los aerogeneradores pueden impactar visualmente en el paisaje.
  • Ruido: El aerogenerador produce ruido, aunque en la actualidad se están desarrollando tecnologías para reducirlo.
  • Impacto en la fauna: Los aerogeneradores pueden impactar en la vida de las aves y otros animales.
  • Dependencia del viento: El aerogenerador necesita de viento constante y suficiente para generar energía.

Aerogenerador de eje vertical

El aerogenerador de eje vertical es menos conocido, pero tiene algunas ventajas respecto al aerogenerador de eje horizontal. Sus características principales son:

  • El rotor está en posición vertical y perpendicular a la dirección del viento.
  • La energía eléctrica se genera mediante un generador eléctrico conectado al rotor.
  • Es más compacto y puede instalarse en lugares con poco espacio.

A continuación, se presentan las ventajas y desventajas del aerogenerador de eje vertical:

Ventajas:

  • No necesita orientación: El aerogenerador de eje vertical no necesita orientación para captar el viento.
  • Puede instalarse en lugares con poco espacio: Debido a su tamaño y forma, puede instalarse en lugares con poco espacio disponible.
  • Mantenimiento más sencillo: El mantenimiento del aerogenerador de eje vertical es más sencillo que el del aerogenerador de eje horizontal.

Desventajas:

  • Menor eficiencia: El aerogenerador de eje vertical es menos eficiente que el de eje horizontal.
  • Costo de instalación: El costo de instalación es más alto que el del aerogenerador de eje horizontal.
  • Dependencia del viento: Al igual que el aerogenerador de eje horizontal, necesita de viento constante y suficiente para generar energía.

Sin embargo, su uso es cada vez más común debido a su capacidad para generar energía renovable y reducir la dependencia de combustibles fósiles.

Aplicaciones de la turbina eólica.

La turbina eólica es un dispositivo que aprovecha la energía del viento para generar electricidad. Se compone de un rotor con palas que giran en torno a un eje horizontal o vertical, dependiendo del diseño de la turbina.

Aplicaciones de la turbina eólica en la generación de energía eléctrica

La principal aplicación de la turbina eólica es la generación de energía eléctrica a partir de la energía cinética del viento. Las turbinas se utilizan en parques eólicos, donde se agrupan varias turbinas en una misma zona para aprovechar al máximo el viento disponible. Algunas de las ventajas de la energía eólica son:

  • No emite gases de efecto invernadero ni otros contaminantes.
  • No consume combustibles fósiles, lo que reduce la dependencia energética de otros países.
  • Es una fuente de energía renovable y sostenible.

Además de su uso en parques eólicos, las turbinas también pueden ser instaladas en edificios y viviendas particulares para generar electricidad de forma autónoma y reducir el consumo de energía de la red eléctrica convencional.

Aplicaciones de la turbina eólica en la industria

La energía eólica también puede ser utilizada en la industria para generar energía mecánica y realizar trabajos que requieren de una gran cantidad de energía. Algunas de sus aplicaciones son:

  • Bombeo de agua en zonas rurales sin acceso a la red eléctrica.
  • Generación de aire comprimido para la industria.
  • Molienda de cereales en molinos de viento.

La energía eólica es especialmente útil en zonas rurales y alejadas de la red eléctrica convencional, donde la generación de energía eléctrica mediante otras fuentes es más costosa y complicada.

Aplicaciones de la turbina eólica en la navegación

Las turbinas eólicas también pueden ser utilizadas en la navegación para generar energía eléctrica y reducir el consumo de combustible de los barcos. Algunas de sus aplicaciones son:

  • Generación de energía eléctrica para alimentar los sistemas de a bordo.
  • Reducción del consumo de combustible en barcos pesqueros y de recreo.
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Las turbinas eólicas son especialmente útiles en barcos que navegan en zonas con vientos constantes y fuertes, como los océanos.

Aplicaciones de la turbina eólica en la agricultura

La energía eólica también puede ser utilizada en la agricultura para generar energía eléctrica y reducir los costos de producción. Algunas de las aplicaciones son:

  • Bombeo de agua para riego.
  • Generación de energía eléctrica para alimentar las maquinarias agrícolas.

La energía eólica es especialmente útil en zonas rurales donde la red eléctrica convencional no llega y donde el acceso a otras fuentes de energía es limitado.

Conclusión

La turbina eólica es un dispositivo que tiene múltiples aplicaciones en la generación de energía eléctrica, en la industria, en la navegación y en la agricultura. Su uso ofrece ventajas como la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero y otros contaminantes, la reducción de la dependencia energética de otros países y el uso de una fuente de energía renovable y sostenible.

Usos de la energía generada.

La energía generada por las turbinas eólicas puede ser utilizada de diversas formas, y su uso es cada vez más frecuente en todo el mundo. Algunos de los principales usos de la energía generada por las turbinas eólicas son:

1. Suministro de energía eléctrica a la red

La energía eléctrica producida por las turbinas eólicas puede ser conectada a la red eléctrica y suministrada a hogares, empresas e industrias. Esta energía renovable es una alternativa más sostenible y amigable con el medio ambiente que la energía producida por combustibles fósiles.

«La energía eólica es una de las fuentes de energía renovable más prometedoras y en constante evolución en todo el mundo» – Organización Mundial de la Salud (OMS).

2. Abastecimiento de zonas remotas

Las turbinas eólicas también pueden ser utilizadas para abastecer zonas remotas que no tienen acceso a la red eléctrica convencional. En estos casos, se instalan turbinas eólicas de menor tamaño que producen la energía necesaria para abastecer a la población local.

3. Suministro de energía a sistemas de riego

En zonas rurales, las turbinas eólicas pueden ser utilizadas para suministrar energía a sistemas de riego para el cultivo de alimentos y otros cultivos. De esta manera, se reduce la dependencia de combustibles fósiles y se promueve la agricultura sostenible.

4. Generación de energía para la industria

Las turbinas eólicas pueden ser utilizadas por la industria para generar la energía necesaria para sus procesos productivos. De esta manera, se reduce la dependencia de combustibles fósiles y se promueve la sostenibilidad en la producción industrial.

5. Generación de energía para el transporte

La energía generada por las turbinas eólicas también puede ser utilizada para la carga y abastecimiento de vehículos eléctricos, reduciendo la dependencia de combustibles fósiles y promoviendo la movilidad sostenible.

Gracias a su sostenibilidad y eficiencia, la energía eólica es una de las principales alternativas a la energía producida por combustibles fósiles.

Legislación relacionada con la instalación de aerogeneradores.

La instalación de aerogeneradores es una tarea que requiere de una serie de permisos y autorizaciones por parte de las autoridades competentes. La energía eólica es una fuente de energía renovable que contribuye a reducir la dependencia de los combustibles fósiles y la emisión de gases de efecto invernadero.

Normativa aplicable a la instalación de aerogeneradores

La normativa aplicable a la instalación de aerogeneradores es bastante extensa y varía en función de la ubicación geográfica y las características de la instalación. Algunas de las leyes y reglamentos más relevantes son:

  • Ley del Sector Eléctrico: Esta ley establece el régimen jurídico del sector eléctrico y regula la producción, transporte, distribución y comercialización de energía eléctrica.
  • Real Decreto 1955/2000: Este decreto establece las condiciones de conexión a la red eléctrica de instalaciones de producción de energía eléctrica de pequeña potencia.
  • Ley de Evaluación Ambiental: Esta ley regula la evaluación ambiental de proyectos y actividades que puedan tener un impacto significativo sobre el medio ambiente.
  • Normativa municipal: Cada municipio tiene su propia normativa en materia de urbanismo y medio ambiente que debe ser respetada por los promotores de instalaciones eólicas.

Procedimiento para la instalación de aerogeneradores

El procedimiento para la instalación de aerogeneradores varía en función de la ubicación geográfica y las características de la instalación. En general, se pueden distinguir tres fases:

  1. Proyecto: En esta fase se realiza un estudio de viabilidad técnica, económica y ambiental de la instalación.
  2. Obtención de permisos y autorizaciones: En esta fase se solicitan los permisos y autorizaciones necesarios para la instalación de la turbina eólica.
  3. Construcción y puesta en marcha: En esta fase se construye la instalación y se conecta a la red eléctrica.

Conclusiones

La instalación de aerogeneradores es una tarea compleja que requiere de una serie de permisos y autorizaciones por parte de las autoridades competentes. La normativa aplicable varía en función de la ubicación geográfica y las características de la instalación. Es importante seguir el procedimiento establecido y respetar la normativa para garantizar una instalación segura y respetuosa con el medio ambiente.

Legislación relacionada con la instalación de aerogeneradores.

La instalación de aerogeneradores es una tarea que requiere de una serie de permisos y autorizaciones por parte de las autoridades competentes. La energía eólica es una fuente de energía renovable que contribuye a reducir la dependencia de los combustibles fósiles y la emisión de gases de efecto invernadero.

Normativa aplicable a la instalación de aerogeneradores

La normativa aplicable a la instalación de aerogeneradores es bastante extensa y varía en función de la ubicación geográfica y las características de la instalación. Algunas de las leyes y reglamentos más relevantes son:

  • Ley del Sector Eléctrico: Esta ley establece el régimen jurídico del sector eléctrico y regula la producción, transporte, distribución y comercialización de energía eléctrica.
  • Real Decreto 1955/2000: Este decreto establece las condiciones de conexión a la red eléctrica de instalaciones de producción de energía eléctrica de pequeña potencia.
  • Ley de Evaluación Ambiental: Esta ley regula la evaluación ambiental de proyectos y actividades que puedan tener un impacto significativo sobre el medio ambiente.
  • Normativa municipal: Cada municipio tiene su propia normativa en materia de urbanismo y medio ambiente que debe ser respetada por los promotores de instalaciones eólicas.

Procedimiento para la instalación de aerogeneradores

El procedimiento para la instalación de aerogeneradores varía en función de la ubicación geográfica y las características de la instalación. En general, se pueden distinguir tres fases:

  1. Proyecto: En esta fase se realiza un estudio de viabilidad técnica, económica y ambiental de la instalación.
  2. Obtención de permisos y autorizaciones: En esta fase se solicitan los permisos y autorizaciones necesarios para la instalación de la turbina eólica.
  3. Construcción y puesta en marcha: En esta fase se construye la instalación y se conecta a la red eléctrica.
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Conclusiones

La instalación de aerogeneradores es una tarea compleja que requiere de una serie de permisos y autorizaciones por parte de las autoridades competentes. La normativa aplicable varía en función de la ubicación geográfica y las características de la instalación. Es importante seguir el procedimiento establecido y respetar la normativa para garantizar una instalación segura y respetuosa con el medio ambiente.

Impacto ambiental de un aerogenerador.

La energía eólica es una de las fuentes de energía renovable más comunes y está en constante crecimiento en todo el mundo. Los aerogeneradores son las turbinas eólicas que se utilizan para aprovechar la energía del viento y transformarla en energía eléctrica. Pero, ¿cómo afecta un aerogenerador al medio ambiente?

Impacto ambiental negativo

  • Ruido: Los aerogeneradores emiten un ruido constante y de baja frecuencia que puede afectar a la fauna local y a las personas cercanas a ellos.
  • Impacto visual: Los aerogeneradores son estructuras grandes y visibles que pueden afectar al paisaje natural y cultural.
  • Impacto en la fauna: La construcción de aerogeneradores puede alterar el hábitat natural de muchas especies animales, incluyendo aves y murciélagos, que pueden colisionar con las turbinas.
  • Impacto en el suelo: La construcción de la infraestructura necesaria para los aerogeneradores, como caminos y cimentaciones, puede alterar el suelo y afectar a la vegetación y a la fauna local.
  • Impacto en los recursos naturales: La fabricación de los aerogeneradores y su instalación requieren de grandes cantidades de materiales y energía, lo que puede contribuir a la contaminación y a la utilización de recursos no renovables.

Impacto ambiental positivo

  • Energía renovable: Los aerogeneradores producen energía eléctrica sin emitir gases contaminantes ni contribuir al cambio climático.
  • Reducción de emisiones de CO2: La producción de energía eólica permite reducir las emisiones de CO2 y otros gases de efecto invernadero relacionados con la producción de energía a partir de combustibles fósiles.
  • Reducción del consumo de energía no renovable: La energía eólica puede ayudar a reducir la dependencia de combustibles fósiles y mejorar la seguridad energética de un país.

Conclusiones

Los aerogeneradores tienen un impacto ambiental negativo y positivo, y es importante evaluar cuidadosamente los aspectos ambientales antes de su construcción. Aunque pueden afectar al medio ambiente, la producción de energía eólica es una alternativa importante y necesaria para la producción de energía sostenible y la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero.

Tecnologías de almacenamiento de energía.

Las tecnologías de almacenamiento de energía son clave en el desarrollo de fuentes de energía renovable como la turbina eólica. Estas tecnologías permiten almacenar la energía generada y usarla cuando sea necesario, incluso cuando no hay viento o sol.

Baterías

Las baterías son una de las tecnologías de almacenamiento de energía más utilizadas en la actualidad. Consisten en un conjunto de celdas electroquímicas que almacenan energía en forma de carga eléctrica. Las baterías se pueden recargar y descargar múltiples veces, lo que las hace ideales para almacenar energía generada por turbinas eólicas.

«El almacenamiento de energía en baterías es una tecnología clave para permitir la integración de la energía eólica en la red eléctrica.»

Almacenamiento hidráulico

El almacenamiento hidráulico es una tecnología que consiste en almacenar agua en un embalse durante los períodos de alta generación de energía y luego liberarla a través de una turbina para generar electricidad cuando se necesita. Esta tecnología se utiliza en combinación con la energía eólica y solar para garantizar un suministro constante de energía.

Flywheels

Los flywheels son discos giratorios que almacenan energía cinética y se utilizan para suministrar energía en momentos de alta demanda. Los flywheels tienen la ventaja de tener una vida útil muy larga y de poder cargarse y descargarse rápidamente. Sin embargo, el costo de producción de flywheels es relativamente alto.

Supercondensadores

Los supercondensadores son dispositivos de almacenamiento de energía que almacenan energía en forma de carga eléctrica. A diferencia de las baterías, los supercondensadores pueden cargarse y descargarse muy rápidamente, lo que los hace ideales para aplicaciones que requieren una gran cantidad de energía en un corto período de tiempo.

Hidrógeno

El hidrógeno es un gas que se puede utilizar como combustible para generar electricidad. La energía generada por una turbina eólica se puede utilizar para producir hidrógeno a través de la electrólisis del agua. El hidrógeno se puede almacenar y luego utilizar para generar electricidad a través de una célula de combustible.

Las baterías, el almacenamiento hidráulico, los flywheels, los supercondensadores y el hidrógeno son algunas de las tecnologías más utilizadas para almacenar energía renovable.

En conclusión, la turbina eólica es una tecnología cada vez más utilizada para generar energía limpia a partir del viento. Existen dos tipos de aerogeneradores, el de eje horizontal y el de eje vertical, cada uno con sus ventajas y desventajas. La energía eólica es una alternativa prometedora para reducir la dependencia de los combustibles fósiles y mitigar el cambio climático. A medida que la tecnología avanza, se espera que las turbinas eólicas sean más eficientes y accesibles para su uso en todo el mundo.

En conclusión, la turbina eólica es un dispositivo que utiliza la energía del viento para generar electricidad. Hay dos tipos principales de turbinas eólicas: aerogeneradores de eje horizontal y de eje vertical. Ambos funcionan de manera similar, pero tienen diferentes diseños y aplicaciones. Las turbinas eólicas son una fuente de energía renovable y limpia que juega un papel importante en la producción de energía sostenible en todo el mundo. Con el aumento de la conciencia sobre el cambio climático, se espera que la demanda de turbinas eólicas siga creciendo en los próximos años.

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

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