planta eolica
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ENERGÍA EÓLICA
UNIVIRTUAL COHORTE 2
USO Y APLICACIÓN DE LAS TIC
EN LA EDUCACIÓN SUPERIOR
Ing. Aristóbu! "#$%& E'(#)#rri
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA
*ACULTAD DE TECNOLOGÍASTECNOLOGÍA "EC+NICA.
2,-
ENERGÍA EÓLICA
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INDICE P/g.
Intr!0u''ión 1
-.,, R#'urs!s #ói'!s
2.,, L& #n#rg%& 3 & 4!t#n'i& 0# )i#nt! 52.,- Distribu'ión 6#ibu 7
.,, A#r!g#n#r&0!r#s 3 P&r8u#s #ói'!s -,
.,- Cur)& 0# 4!t#n'i& 0# un A#r!g#n#r&0!r -
.,2 C!#9i'i#nt# 0# 4!t#n'i& -1
1.,, P&rt#s 0# un A#r!g#n#r&0!r -
1.,- R!t!r -
1.,2 E$# 4rin'i4& -:
1., "uti4i'&0!r -:
1.,1 E$# 0# &t& )#!'i0&0 '!n su 9r#n! ;#'/ni'! -:
1., G#n#r&0!r #<'tri'! -:
1.,: "#'⋼! 0# !ri#nt&'ión -:
1.,= C!ntr!&0!r ##'tróni'! -=
1.,5 R&0i&0!r -=
1.,7 An#;ó;#tr! -=
1.-, T!rr#s 0# !s A#r!g#n#r&0!r#s -=
.,, *&'t!r#s #'!nó;i'!s 0# !s A#r!g#n#r&0!r#s -7
.,- E 4r#'i! >&n&n& -7
:.,, Hist!ri& 0# !s &#r!g#n#r&0!r#s 2-
=.,, I;4&'t! &;bi#nt&
2
=.,- C!;4&r&'ión 0# i;4&'t! &;bi#nt& 0# &s 0i9#r#nt#s 9!r;&s 0#
4r!0u'ir ##'tri'i0&0 2=5.,, P!t#n'i& #ói'! C!!;bi&n! 25
5.,- Est&'i!n#s '!n in9!r;&'ión 0# )i#nt! #n & C!st& At/nti'& 27
5.,2 P!t#n'i& 0# & #n#rg%& #ói'& #n & '!st& At/nti'& ,
C!n'usi!n#s -
>ibi!gr&9%& 2
2
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INTRODUCCIÓN
Es inevitable que el hombre como un ser vivo no explote la naturaleza, ya sea para su
alimentación o para su comodidad, y a lo largo de los años estas demandas han ido
aumentando casi exponencialmente, a tal punto que se ha visto obligado a pensar en las
consecuencias que esta inexorable extracción de recursos naturales pueda traer en los años
venideros. Es así como nuevas formas y tcnicas para el aprovechamiento de estos
recursos surgen, en especial, todas aquellas que cuidan, y conservan el medio ambiente,
o al menos que los efectos nocivos sean pequeños en consideración a los mtodos
tradicionales. !or lo tanto, es importante conocer, y entender como es que estos nuevos
tipos de tcnicas funcionan.
Este es el caso del aprovechamiento de los recursos eólicos. "o irónico de la situación es
que a pesar de que hemos convivido con los vientos y peor aun en contacto constantemente
con ellos, apenas estamos descubriendo todos sus inmensos beneficios como recurso limpio
explotable, y me#or a$n que no nos cuesta.
%
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-.,, R#'urs!s Eói'!s
"o primero que debemos tratar de entender, es que, la fuente de las energía renovables & a
excepción de la mareomotriz y la geotrmica' vienen del sol. El sol irradia
()*.*2%.+++.+++.+++ -h. de energía por hora hacia la ierra. En otras palabras, la ierra
recibe (,)* x (+ () / de potencia. &!-h'
0lrededor de un ( a un 2 por ciento de la energía proveniente del sol es convertida en
energía eólica.
"as diferencias de temperatura en la tierra producen una circulación del viento. En las
regiones del ecuador, como todos sabemos las temperaturas son mas altas, y en otras
regiones como por e#emplo en los polos la temperatura es m1s ba#a, ya que el aire caliente
es m1s ligero &menos pesado3' que el aire frió, este aire caliente comienza a elevarse, y
los espacios vacíos que de#an son ocupados por el aire frió, el aire calienta subir1 hasta una
altura de (+ m. y se desplazara en dirección hacia los polos, a medida que el aire caliente
se ale#a del ecuador su temperatura desciende convirtindose3 en aire frío, posteriormente
este aire frío desciende al ecuador, para así convertirse en un ciclo.
Esta es una imagen de rayos infrarro#os
que nos muestra la diferencia de
temperatura en la superficie del mar,entendiendo las zonas ro#as como las mas
calientes, y la azules como las mas frías
"a cosa no es tan simple como lo anteriormente discutido &es solo una forma simplista de
ver este fenómeno', debido a ciertos factores que intervienen en este proceso, uno de ellos
es el del movimiento de rotación de la tierra que influye considerablemente sobre el
desplazamiento del aire, de cualquier cosa que se mueva sobre la superficie terrestre, este
es el #9#'t! ! 9u#r?& 0# C!ri!is. Esta es fuerza se presenta cada vez que un cuerpo se
desplaza sobre otro cuerpo en movimiento.
"a fuerza de 4oriolis es un fenómeno visible, "as vías del ferrocarril se desgastan m1s
r1pidamente de un lado que del otro, "as cuencas de los ríos est1n excavadas m1s
*
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profundamente en una cara que en la otra &de cual se trate depende en qu hemisferio nos
encontremos5 en el hemisferio norte las partículas sueltas son desviadas hacia la derecha'.
En el hemisferio norte el viento tiende a girar en el sentido contrario al de las agu#as del
relo# &visto desde arriba' cuando se acerca a un 1rea de ba#as presiones. En el hemisferio sur
el viento gira en el sentido de las agu#as del relo# alrededor de 1reas de ba#as presiones.
odos los fenómenos meteorológicos tienen lugar en la troposfera, esta alcanza una altitud
de (( m. "os movimientos del aire ya estudiados reciben el nombre de )i#nt!s
g#!stró9i'!s, estos tienen lugar alrededor de los mil metros de altura. 6tro tipo son los
)i#nt!s 0# su4#r9i'i#, que son mucho m1s influenciados por la superficie o por la
rug!si0&0 0# t#rr#n! ya que estos se presentan a una altura de (++ m. . 4omo estos son
los vientos que podemos aprovechar mas f1cilmente debido a su poca altura, entraremos
mas a fondo en el estudio de estos.
7ebido a la cercanía de estos vientos con la superficie, se entiende que los obst1culos que
estos se pueden encontrar constituyen un frenado importante para estos. Entre estos vientos
de superficie o vientos locales est1n las bris&s ;&rin&s y los )i#nt!s 0# ;!nt&@&.
"as brisas marinas son un e#emplo a una escala relativamente pequeña de lo que ocurre con
los vientos geostróficos, es decir, durante el día la tierra se calienta mas f1cilmente que en
el mar gracias al sol, esto hace que los vientos traten de circular, el aire que esta en
tierra3 sube y circula hacia el mar, creando una depresión a nivel del suelo que atrae el
aire frió del mar. 8n e#emplo grande de este fenómeno es el monzón del sureste asi1tico.
"os vientos de montaña son generados en el fondo de las estas, o en las laderas, esto
ocurre ya que allí el aire se calienta, su densidad disminuye, y por tal motivo asciende. "o
me#or par ver este fenómeno es una imagen.
9
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2.,, L& #n#rg%& 3 4!t#n'i& 0# )i#nt!
"a energía del viento, es energía cintica & Ec.', 4omo sabemos esta energía es
proporcional a la masa y velocidad del cuerpo, es decir, Ec : &(;2'<m<=> , en el caso del
viento su Ec. por unidad de tiempo 7epende de su densidad &?', masa sobre unidad de
volumen &m;v', ? : m;v. "a densidad del viento varia de acuerdo a la temperatura,
humedad y altura. Entre m1s denso el aire pesado3 m1s Ec. tendr1 el viento.
"a Ec. por unidad de tiempo se llama potencia &!', en otras palabras, la potencia es la
transferencia de engría por unidad de tiempo, ! : &(;2'<&dm;dt'<=>
@
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4omo estamos traba#ando con un fluido & aire', entonces la variación de la masa el fluido
con respecto al tiempo es igual a la densidad de dicho fluido por el 1rea que atraviesa y por
su velocidad, dm;dt : ?<0<=.
Austituyendo dm;dt en la ecuación de potencia tendremos5
! : &(;2'<?<0<=<=> : &(;2'<?<0<=B.
Cormalmente se acostumbra a traba#ar la potencia eólica por unidad de 1rea & !;0 : p', p
se conoce como densidad de potencia.
p : &(;2'<?<=B.
Ai ? se da en Dg;mB y la velocidad en Dm;s, la densidad de potencia tiene unidades de
D-;m>.
7e estas dos ultimas ecuaciones se puede notar que la potencia del viento es proporcional al
cubo de su velocidad, por e#emplo, si el viento tiene cierta velocidad =, y esta se duplica,
su potencia aumentara 2B: 2<2<2 : F veces mas.
!ara poder utilizar esta potencia debemos tener una estadística o un modelo de cómo
variaría la velocidad del viento, y tener un promedio de este, puesto que sabemos que
todos los días la velocidad del viento no es la misma, por e#emplo, hoy puede estar muy
tranquilo pero mañana podría haber un vendaval. !ara esto existe un modelo de
distribución de probabilidad, y se llama la distribución -eibull.
2.,- Distribu'ión 6#ibu
f&=':&G;c'<&=;c'H&GI('expDI&=;c'HG
donde5 = : =elocidad del viento G : factor de forma c : factor de escala
Esta distribución es muy importante ya que ha la hora de hacer c1lculos, resultarían muy
imprecisos tomando solo un valor promedio de la velocidad del viento, entonces se traba#a
con esta curva. J!ero porque es tan importante conocer con precisión estos datosK, bueno,
la respuesta es conocer su contenido energtico, esto influye demasiado a la hora de
)
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diseñar dispositivos de una forma optima, tambin a la hora estimar presupuestos y
ganancias.
La mencionado el terreno de los dispositivos, es importante comenzar a hablar de los
aerogeneradores y los parques eólicos.
.,, A#r!g#n#r&0!r#s 3 P&r8u#s Eói'!s
8n aerogenerador obtiene su potencia de entrada convirtiendo la fuerza del viento en un par
&fuerza de giro' actuando sobre las palas del rotor. "a cantidad de energía transferida al
rotor por el viento depende de la densidad del aire, del 1rea de barrido del rotor y de la
velocidad del viento. 8n aerogenerador típico de @++ -. tiene un di1metro del rotor de
*%I** metros, lo que supone un 1rea del rotor de unos (.9++ metros cuadrados. El 1rea del
rotor determina cuanta energía del viento es capaz de capturar una turbina eólica. 7ado que
el 1rea del rotor aumenta con el cuadrado del di1metro del rotor, una turbina que sea dos
veces m1s grande recibir1 2 2 : 2 x 2 : cuatro veces m1s energía.
"os aerogeneradores desvían el viento, esto significa que nunca seremos capaces de
capturar toda la energía que hay en el viento utilizando un aerogenerador, esto es conocido
como & #3 0# >#t?. 0 continuación una imagen simplista de la situación, ya que en
realidad el viento se desvía antes de que este alcance el plano del aerogenerador.
F
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4uanto mayor sea la energía cintica que un aerogenerador extraiga del viento, mayor ser1
la ralentización que sufrir1 el viento que de#a el aerogenerador. "a ley de Metz dice que
sólo puede convertirse menos de (@;2) &el 9N O' de la energía cintica en energía mec1nica
usando un aerogenerador.
El rotor de la turbina eólica debe obviamente frenar el viento cuando captura su energía
cintica y la convierte en energía rotacional. Esto implica que el viento se mover1 m1s
lentamente en la parte izquierda del rotor que en la parte derecha en la figura.
7ado que la cantidad de aire que pasa a travs del 1rea barrida por el rotor desde la derecha
&por segundo' debe ser igual a la que abandona el 1rea del rotor por la izquierda, el aire
ocupar1 una mayor sección transversal &di1metro' detr1s del plano del rotor. Este efecto
puede apreciarse en la imagen anterior, donde se muestra un tubo imaginario, el llamado
tubo de corriente, alrededor del rotor de la turbina eólica. El tubo de corriente muestra
cómo el viento movindose lentamente hacia la izquierda ocupar1 un gran volumen en la
parte posterior del rotor.
El viento no ser1 frenado hasta su velocidad final inmediatamente detr1s del plano del rotor.
"a ralentización se producir1 gradualmente en la parte posterior del rotor hasta que la
velocidad llegue a ser pr1cticamente constante.
"a velocidad del viento es muy importante para la cantidad de energía que un
aerogenerador puede transformar en electricidad. En el caso de turbinas eólicas usamos la
energía de frenado del viento, por lo que si doblamos la velocidad del viento tendremosdos veces m1s porciones cilíndricas de viento movindose a travs del rotor cada segundo,
y cada una de esas porciones contiene cuatro veces m1s energía.
"as turbulencias disminuyen la posibilidad de utilizar la energía del viento de forma
efectiva en un aerogenerador. ambin provocan mayores roturas y desgastes en la turbina
N
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eólica. "as torres de aerogeneradores suelen construirse lo suficientemente altas como para
evitar las turbulencias del viento cerca del nivel del suelo.
6tras cosas en si que hay que considerar son los obst1culos, estos constituyen una
disminución o un frenado en el viento, estos obst1culos a menudo crean turbulencia.
"os diseñadores siempre tienen en cuenta el abrigo del viento, esto significa que
consideran la distancia de los posibles obst1culos a los aerogeneradores.
El efecto de estela que se muestra en la siguiente figura es 7ebido a que un aerogenerador
produce energía a partir de la energía del viento, el viento que abandona la turbina debe
tener un contenido energtico menor que el que llega a la turbina. Esto se deduce
directamente del hecho de que la energí a ni se crea ni se destruye.
Un aerogenerador siempre va a crear un abrigo en la dirección a favor del viento. 7e
hecho, habr1 una estela tras la turbina, es decir, una larga cola de viento bastante
turbulenta y ralentizada, si se compara con el viento que llega a la turbina &la expresión
estela proviene, obviamente, de la estela que de#a un barco tras de sí'.
Pealmente puede verse la estela tras un aerogenerador si se le añade humo al aire que va a
pasar a travs de la turbina, tal y como se ha hecho en la imagen. &Esta turbina en
particular fue diseñada para girar en sentido contrario al de las agu#as del relo#, algo
inusual en los aerogeneradores modernos'.
En los parques eólicos, para evitar una turbulencia excesiva corriente aba#o alrededor de
las turbinas, cada una de ellas suele estar separada del resto una distancia mínima
equivalente a tres di1metros del rotor. En las direcciones de viento dominante esta
separación es incluso mayor. Esto es conocido como el efecto parque, el efecto parque
considera alrededor de una perdida del 9 O en la energía eólica.
(+
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La curva de potencia de un aerogenerador es un gráfico que indica cuál será la potencia
eléctrica disponible en el aerogenerador a diferentes velocidades del viento.
3.01 Curva de potencia de un aerogenerador
El gr1fico muestra una curva de potencia de un típico aerogenerador dans de @++ -.
"as curvas de potencia se obtienen a partir de medidas realizadas en campo, dónde un
anemómetro & instrumento para la medición del viento' es situado sobre un m1stil
relativamente cerca del aerogenerador &no sobre el mismo aerogenerador ni demasiado
cerca de l, pues el rotor del aerogenerador puede crear turbulencia, y hacer que la medida
de la velocidad del viento sea poco fiable'.
Es difícil hacer medidas exactas de la propia velocidad del viento. Ai se tiene un % por
ciento de error en las mediciones de la velocidad del viento, entonces la energía del viento
puede ser un N por ciento superior o inferior &recordando que el contenido energtico varía
con la tercera potencia de la velocidad del viento'.
En consecuencia, pueden existir errores hasta de Q(+O incluso en curvas certificadas.
Una curva de potencia no indicará cuanta potencia producirá un aerogenerador a una cierta
velocidad del viento media. ¡Ni siquiera se acercará si usa este método!.
El coeficiente de potencia indica con qué eficiencia el aerogenerador convierte la energí a
del viento en electricidad.
Aimplemente dividiendo la potencia elctrica disponible por la potencia eólica de entrada,
para medir como de tcnicamente eficiente es un aerogenerador. En otras palabras,
((
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tomamos la curva de potencia y la dividimos por el 1rea del rotor para obtener la potencia
disponible por metro cuadrado de 1rea del rotor. !osteriormente, para cada velocidad del
viento, dividimos el resultado por la cantidad de potencia en el viento por metro cuadrado.
El gr1fico muestra la curva del coeficiente de potencia para un aerogenerador dans típico.
.,2 C!#9i'i#nt# 0# 4!t#n'i&
4on estos datos de las dos anteriores graficas podemos calcular la energía anual disponible
en un aerogenerador típico dans vs. las velocidades medias del viento.
"as tres curvas presentadas, amarrilla, ro#a y azul, corresponden a los par1metros de
-eidbull 2.9, 2 y (.9 respectivamente.
(2
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1.,, P&rt#s 0# & gón0!& 0# un A#r!g#n#r&0!r
"a góndola contiene los componentes clave del aerogenerador, incluyendo el multiplicador
y el generador elctrico.
1.,- R!t!r
El rotor es atornillado al e#e principal &el grande'. El enorme rotor tiene tres palas que
atrapan el viento. Ai tiene la suficiente potencia, el viento har1 que el rotor gire.
"as partes del rotor, con el bu#e y las palas.
"as palas del rotor capturan el viento y transmiten su potencia hacia el bu#e. En un
aerogenerador moderno de (+++ -. cada pala mide alrededor de 2) metros de longitud y
su diseño es muy parecido a la del ala de un avión. El bu#e del rotor est1 acoplado al e#e de
ba#a velocidad & E#e principal' del aerogenerador.
1.,2 E$# 4rin'i4&
(%
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El e#e de ba#a velocidad del aerogenerador conecta el bu#e del rotor al multiplicador. En un
aerogenerador moderno de @++ -. el rotor gira demasiado lento, de unas (N a %+
revoluciones por minuto & r.p.m.'. El e#e contiene conductos del sistema hidr1ulico para
permitir el funcionamiento de los frenos aerodin1mico. El rotor utiliza una gran fuerza para
girar el eje. Por lo tanto, el eje tiene que ser muy grueso.
1., "uti4i'&0!r:
El e#e principal gira muy lento aproximadamente 22 r.p.m., pero el generador tiene que
girar a (9++ r.p.m. la multiplicadora convierte 22 r.p.m en (9++ r.p.m por medio de un
piñón grande a uno pequeño. En realidad la multiplicadora convierte fuerza en velocidad.
1.,1 E$# 0# &t& )#!'i0&0 '!n su 9r#n! ;#'/ni'!
El eje pequeño lleva la potencia desde la multiplicadora hasta el generador.
El e#e de alta velocidad gira aproximadamente a (.9++ revoluciones por minuto &r.p.m.', lo
que permite el funcionamiento del generador elctrico. Est1 equipado con un freno de disco
mec1nico de emergencia. El freno mec1nico se utiliza en caso de fallo del freno
aerodin1mico, o durante las labores de mantenimiento de la turbina.
1., G#n#r&0!r #<'tri'!
El generador produce electricidad cuando gira. "a corriente es enviada torre aba#o mediante
grandes cables elctricos.
El generador elctrico suele llamarse generador asíncrono o de inducción. En un
aerogenerador moderno la potencia m1xima suele estar entre 9++ y %+++ Gilovatios &-.'.
1.,: "#'⋼! 0# !ri#nt&'ión
El mecanismo de orientación esta compuesto por la =eleta, el 4ontrolador electrónico, el
Rotor de orientación, y la 4orona de orientación.
El viento hace que la veleta gire. "as señales de la veleta son utilizadas por el controlador
electrónico del aerogenerador para girar al aerogenerador en contra del viento, esto lo logra
enviando señales al motor de orientación "a rueda dentada del motor de orientación
engrana con la rueda dentada grande & 4orona de orientación' y gira la góndola con el rotor
de cara al viento.
4.07 El Controlador electrónico:
El controlador es un ordenador que controla la mayoría de las partes del aerogenerador.
El controlador electrónico tiene un ordenador que continuamente monitoriza las
condiciones del aerogenerador y que controla el mecanismo de orientación. En caso de
cualquier disfunción &por e#emplo, un sobrecalentamiento en el multiplicador o en el
(*
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generador', autom1ticamente para el aerogenerador y llama al ordenador del operario
encargado de la turbina a travs de un enlace telefónico mediante módem.
1.,5 R&0i&0!r
El generador se calienta mucho cuando está girando. Pero si llega a calentarse demasiado
se estropeará. "a unidad de refrigeración contiene un ventilador elctrico utilizado para
enfriar el generador elctrico. 0dem1s contiene una unidad de refrigeración del aceite
empleada para enfriar el aceite del multiplicador. 0lgunas turbinas tienen generadores
enfriados por agua.
1.,7 An#;ó;#tr!
Ae utiliza para medir la velocidad. "as señales electrónicas del anemómetro son utilizadas
por el controlador electrónico del aerogenerador para conectar el aerogenerador cuando el
viento alcanza aproximadamente 9 metros por segundo. El ordenador parar1 el
aerogenerador autom1ticamente si la velocidad del viento excede de 29 metros por segundo, con el fin de proteger a la turbina y sus alrededores.
1.-, L&s t!rr#s 0# !s &#r!g#n#r&0!r#s
"a torre del aerogenerador soporta la góndola y el rotor. En los grandes aerogeneradores
las torres tubulares pueden ser de acero, de celosía o de hormigón. "as torres tubulares
tensadas con vientos sólo se utilizan en aerogeneradores pequeños &cargadores de baterías,
etc.'.
"a mayoría de los grandes aerogeneradores se entregan con torres tubulares de acero,
fabricadas en secciones de 2+I%+ metros con bridas en cada uno de los extremos, y son
unidas con pernos Sin situS. "as torres son troncoIcónicas &es decir, con un di1metro
creciente hacia la base', con el fin de aumentar su resistencia y al mismo tiempo ahorrar
material.
(9
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Teneralmente, el precio de la torre de la turbina eólica supone alrededor de un 2+ por
ciento del costo total de la turbina. !ara una torre de unos 9+ metros, el costo adicional de
otros (+ metros es de unos (9.+++ dólares americanos. !or lo tanto, es bastante importante
para el costo final de la energía construir las torres de la forma m1s óptima posible.
Teneralmente, es una venta#a disponer de una torre alta en zonas con una elevada
rugosidad del terreno, dado que la velocidad del viento aumenta conforme nos ale#amos
del suelo. "as torres de celosía y las de m1stil tensado con vientos tienen la venta#a de
ofrecer menos abrigo que una torre maciza.
4ada metro de torre cuesta dinero, por supuesto, por lo que la altura óptima de la torre es
función de5 costo por metro de la torre, 4u1nto varían los vientos locales con la altura
sobre el nivel del suelo, es decir, la rugosidad promedio del terreno local, El precio que el
propietario de la turbina obtiene por un KWh. adicional de electricidad. "os fabricantes
suelen servir m1quinas donde la altura de la torre es igual al di1metro del rotor.
Estticamente, mucha gente piensa que las turbinas son m1s agradables a la vista cuando la
altura de la torre es aproximadamente igual al di1metro del rotor.
(@
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.,, *&'t!r#s E'!nó;i'!s 0# !s A#r!g#n#r&0!r#s
.,-
El gr1fico de arriba da una idea del rango de precios de los aerogeneradores daneses
modernos conectados a red, en febrero de (NNF. 4omo puede ver, los precios varían para
cada tamaño de aerogenerador. "os motivos son, p.e#., las diferentes alturas de las torres y
los diferentes di1metros de rotor. 8n metro extra de torre le costar1 aproximadamente (.9++
dólares americanos. 8na m1quina especial para vientos suaves con un di1metro de rotor
relativamente grande ser1 m1s cara que una m1quina para vientos fuertes con un di1metro
de rotor pequeño."a instalación de un aerogenerador en lugres remotos puede llegar a los (9.+++ 8AU, claro
esta que en este costo esta incluido el emplazamiento, transporte, y hasta carreteras que
puedan soportar camiones de %+ toneladas, adem1s de otros.
"os modernos aerogeneradores est1n diseñados para traba#ar alrededor de (2+.+++ horas de
operación a lo largo de su tiempo de vida de diseño de 2+ años. Esto supone mucho m1s
que un motor de automóvil, que dura generalmente alrededor de *.+++ a @.+++ horas.
"a mayoría de costes de mantenimiento son una cantidad anual fi#a para el mantenimiento
regular de las turbinas, aunque algunos prefieren utilizar en sus c1lculos una cantidad fi#a
por G-h. producido, normalmente alrededor de +,+( dólares americanos;G-h. El
razonamiento sobre el que se apoya este mtodo es que el desgaste y la rotura en la turbina
generalmente aumentan con el aumento de la producción.
()
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las turbinas marinas pueden durar m1s debido a la ba#a turbulencia en el mar. Esto puede
implicar costes menores.
Estadísticas muy extensas muestran que los fabricantes alcanzan, en consecuencia, factores
de disponibilidad de alrededor del NF por ciento, es decir, las m1quinas est1n preparadas
para funcionar m1s del NF por ciento del tiempo. "a producción de energía total se ve
generalmente afectada en menos de un 2 por ciento, dado que los aerogeneradores nunca
est1n en funcionamiento durante los vientos fuertes.
8n grado tan alto de fiabilidad es extraordinario, comparado con otros tipos de maquinaria,
incluyendo otras tecnologías de generación de electricidad. 0sí pues, el factor de
disponibilidad suele ignorarse en los c1lculos económicos, dado que hay otras
incertidumbres &p.e#. la variabilidad del viento' que son mucho mayores.
la producción anual de electricidad variar1 enormemente dependiendo de la cantidad de
viento del emplazamiento de su turbina. 0sí pues, no hay un $nico precio para la energía
eólica, sino un rango de precios, dependiendo de las velocidades de viento.
:.,, Hist!ri& 0# !s A#r!g#n#r&0!r#s
"a primera turbina eólica de funcionamiento autom1tico para la generación de electricidad
conocida fue creada por el inventor 4harles V. Mrush &(F*NI(N2N'. 4harles fue uno de los
fundadores de la industria elctrica americana y pionero de la turbina eólica. Esta turbina
(F
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estaba ubicada en 4leveland y fue construida en el invierno de (FF)IFF, con un di1metro
de rotor de () m. y (** palas fabricadas en madera de cedro, "a turbina funcionó durante
2+ años y cargó las baterías en el sótano de su mansión. 0 pesar del tamaño de la turbina,
el generador era solamente un modelo de (2 -. Esto se debe al hecho de que las turbinas
eólicas de giro lento del tipo americano de rosa de vientos no tienen una eficiencia media
particularmente alta. Vue el dans !oul la 4our &(F*@I(N+F', quien m1s tarde descubrió
que las turbinas eólicas de giro r1pido con pocas palas de rotor son m1s eficientes para la
producción de electricidad que aqullas de giro lento. !oul la 4our fue uno de los pioneros
de la moderna aerodin1mica, construyó su propio t$nel de viento para realizar
experimentos, y diseño dos aerogeneradores de prueba en (FN) en el instituto de 0sGov
VolG, 0sGov &7inamarca'. !oul la 4our tambin publicó la primera revista de electricidad
eólica del mundo. "a 4our impartía cada año diversos cursos para electricistas eólicos en
el instituto VolG de 0sGov. En (N(F unas (2+ empresas p$blicas locales tenían un
aerogenerador, generalmente del tamaño de 2+ a %9 -. haciendo un total de % megavatios
de potencia instalada. Estas turbinas cubrían alrededor de un % por ciento del consumo de
electricidad de 7inamarca en aquel momento. Ain embargo, el inters dans en la energía
eólica decayó en los años siguientes, aunque una crisis de suministro durante la Aegunda
Tuerra Rundial hizo que se afianzara.
7urante la segunda guerra mundial, la compañía danesa de ingeniería V.". Amidth &ahora
un fabricante de maquinaría para la industria cementera' construyó diversos
aerogeneradores bi y tripala. Aí, de hecho los fabricantes daneses han fabricado realmente
aerogeneradores bipala, aunque el denominado Sconcepto dansS se refiere a una m1quina
tripala. odas estas m1quinas &al igual que sus predecesoras' generaban 40 &corriente
alterna'.
El ingeniero Wohannes Wuul fue uno de los primeros alumnos de !oul la 4our en sus cursos
para Selectricistas eólicosS en (N+*. En los años 9+, W. Wuul llegó a ser un pionero en el
desarrollo de los primeros aerogeneradores en el mundo de corriente alterna en =ester
Egesborg, 7inamarca.El innovador aerogenerador de Tedser, situada en el extremo sur de las islas de Vaslter en
7inamarca de 2++ -. fue construido en (N9@I9) por W. Wuul para la compañía elctrica
AE0A en la costa de Tedser, en la parte sur de 7inamarca. "a turbina tripala con rotor a
barlovento, con orientación electromec1nica y un generador asíncrono fue un diseño
pionero de los modernos aerogeneradores, aunque su rotor con cables de acero parezca
(N
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actualmente algo pasado de moda. "a turbina disponía de regulación por prdida
aerodin1mica, y W. Wuul inventó los frenos aerodin1micos de emergencia en punta de pala,
que se sueltan por la fuerza centrífuga en caso de sobre velocidad. M1sicamente, el mismo
sistema es hoy en día utilizado en las modernas turbinas de regulación por prdida
aerodin1mica. "a turbina, que durante muchos años fue la m1s grande del mundo, fue
increíblemente duradera. Vuncionó durante (( años sin mantenimiento.
7espus de la primera crisis del petróleo de (N)%, muchos países despertaron su inters en
la energía eólica. En 7inamarca, las compañías de energía dirigieron inmediatamente su
atención a la construcción de grandes aerogeneradores, al igual que sus homólogos de
0lemania, Auecia, el Peino 8nido y los EE.88.
En (N)N construyeron dos aerogeneradores de @%+ -. & urbinas Cibe', uno con
regulación por cambio del 1ngulo de paso, y el otro de regulación por prdida
aerodin1mica. En muchos sentidos corrieron la misma suerte que sus colegas del
extran#ero, que eran incluso de mayor tamaño5 "as turbinas resultaron extremadamente
caras y, en consecuencia, el alto precio de la energía devino un argumento clave en contra
de la energía eólica.
En la dcada de los F+Xs un carpintero, 4hristian Piisager, construyó un pequeño
aerogenerador de 22 -. en su propio #ardín utilizando el diseño del aerogenerador de
Tedser como punto de partida. 8tilizó componentes est1ndar que no resultaban caros &p.e#.
un motor elctrico como generador, partes de un vehículo como multiplicador y freno
mec1nico' donde le fue posible.
"a turbina de Piisager resultó ser un xito en muchas casas particulares de 7inamarca, y su
xito proporcionó la inspiración para que los actuales fabricantes daneses de
aerogeneradores empezasen a diseñar sus propios aerogeneradores a partir de los F+.
Vinalmente, las versiones me#oradas en el diseño de la cl1sica turbina tripla de Tedser
corriente arriba fueron lasque obtuvieron mucho mas acogida en el mercado.
"a m1quina Monus %+ -., fabricada desde (NF+, es un e#emplo de uno de los primeros
modelos de los fabricantes actuales. 0l igual que la mayor parte del resto de fabricantesdaneses, la compañía se dedicaba inicialmente a la fabricación de maquinaría agrícola. El
diseño b1sico de estas m1quinas se desarrolló mucho m1s en las siguientes generaciones de
aerogeneradores.
"as siguientes turbinas son del orden de los megavatios. El prototipo de la turbina CET
Ricon (9++ -. fue puesto en funcionamiento en septiembre de (NN9. El modelo original
2+
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tenía un di1metro de rotor de @+ metros y dos generadores de )9+ G- funcionando en
paralelo. "a versión m1s reciente es un modelo (.9++;)9+ G-. &4on dos generadores de
)9+ G-.' con un di1metro de rotor de @* m. El prototipo de la turbina =estas (9++ -.
fue puesto en funcionamiento en (NN@. El modelo original tenía un di1metro de rotor de @%
metros y un generador de (.9++ G-. "a versión m1s reciente tiene un di1metro de rotor de
@F metros y un generador doble de (@9+;%++ G-.
"as m1quinas del tamaño de megavatios son ideales para las aplicaciones marinas, y para
las 1reas donde escasea el espacio para emplazarlas, pues una m1quina de un megavatio
explotar1 me#or los recursos eólicos locales.
"a ultima generación de aerogeneradores es la de los multimegavatios. El prototipo de la
turbina CET Ricon 2 R-. fue puesto en funcionamiento en agosto de (NNN. Esta multi
mega maquina posee un rotor de )2 m de di1metro y est1 montado sobre una torre de
aproximadamente @F metros. El prototipo de la turbina Monus 2 R-. fue puesta en
funcionamiento en otoño de (NNF. iene un di1metro de rotor de )2 metros y est1 montado
sobre una torre de @+ m. "a turbina est1 pensada para aplicaciones marinas, y dispone de
un control de potencia S4ombi AtallS &una marca registrada de Monus para la regulación
activa por prdida aerodin1mica'. Esta m1quina se parece bastante a las m1quinas Monus de
( R-. y (,% R-. El prototipo de la turbina Cordex 2,9 R- fue puesto en
funcionamiento en la primavera de 2+++. El di1metro de rotor del aerogenerador es de F+
m y tiene una altura de torre de F+ m. "a turbina dispone de un control por variación del
1ngulo de paso.
2(
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=.,, I;4&'t! &;bi#nt&
ratar el aspecto del impacto visual que pueden tener las turbinas o me#or dicho los parques
eólicos puede llegar a ser una tarea sencilla, claro est1 que hay que tener en cuenta el
entorno, y esta comprobado que una geometría simple, con una distribución simtrica y
equidistante de los aerogeneradores puede llegar a ser muy agradable y esttico para la
vista, por e#emplo si el paisa#e es en su mayoría una extensión plana, los aerogeneradores
deberían situarse a lo largo de una línea recta. 6tras veces si el entorno contiene formas lo
me#or es tratar de seguir esta Vorma, por e#emplo si hay una bahía, el emplazamiento de
las turbinas debería hacerse siguiendo la forma que tiene esta.
En paisa#es con fuertes pendientes, rara vez es viable la utilización de un patrón simple, y
suele ser me#or hacer que las turbinas sigan los contornos de altitud del paisa#e, o los
cercados u otras características del paisa#e. 4uando las turbinas est1n situadas en varias
filas, rara vez es posible percibir la distribución cuando se mira el parque desde una alturade los o#os normal. Aólo si nos situamos al final de una fila, aparece realmente como una
distribución ordenada.
6tra manera de hacer que los aerogeneradores no afecten tanto es pint1ndolos gris claro,
esto lograra una mayor confusión con el paisa#e.
22
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El ruido o sonido en los aerogeneradores no es un problema principal en cuanto al impacto
en el medio ambiente ya que los nuevos modelos de aerogeneradores son mas silenciosos,
gracias a ciertos tipos de diseños como es el de la punta de pala m1s silenciosas, se gastan
en aumentar ligeramente la velocidad en punta de pala &la velocidad del viento medida en la
punta de la pala' y, por tanto, a aumentar la energía producida por las m1quinas &y menos
energía se dispersa en forma de ruido'. !or otro lado los vecinos mas cercanos a los
aerogeneradores se encuentran a una distancia mínima a unos ) di1metros del rotor,
aproximadamente %++ m. En ultimas, el ruido de fondo5 El ruido enmascarador ahoga el
ruido de la turbina. Cing$n paisa#e est1 nunca en silencio absoluto. !or e#emplo, las aves y
las actividades humanas emiten sonidos y, a velocidades de viento de alrededor de *I) m;s.
y superiores, el ruido del viento en las ho#as, arbustos, 1rboles, m1stiles, etc. enmascarar1
&ahogar1' gradualmente cualquier potencial sonoro de los aerogeneradores. Esto hace que
la medición del sonido de los aerogeneradores de forma precisa sea muy difícil.
Teneralmente, a velocidades de F m;s y superiores llega a ser una cuestión bastante
abstrusa el discutir las emisiones de sonido de los modernos aerogeneradores, dado que el
ruido de fondo enmascarar1 completamente cualquier ruido de la turbina.
Las aves que a simple vista se creerí a que corresponderí an a un choque frecuente de estas
con los aerogeneradores, resulta ser todo lo contrario, gracias a Estudios de radar en
Tjaereborg, en la parte occidental de Dinamarca, donde hay instalado un aerogenerador de
2 MW. con un diámetro de rotor de 60 metros, se conoció que las aves (bien sea de dí a o
de noche) tienden a cambiar su ruta de vuelo unos 100-200 metros antes de llegar a la
turbina, y pasan sobre ella a una distancia segura. Representa mas peligro para las aves,
lí neas aéreas de alta tensión, mástiles, postes y ventanas de edificios. El único
emplazamiento conocido en el que existen problemas de colisión de aves está localizado en
Altamont Pass, en California. Incluso allí , las colisiones no son comunes, aunque la
preocupación es mayor dado que las especies afectadas están protegidas por ley. La
mayorí a de las aves se acostumbran rápido a los aerogeneradores, incluso hay casos donde
cierto tipo de halcones han anidado en los aerogeneradores. De todas maneras se
acostumbra a situar los parques eólicos fuera de las rutas migratorias de las aves.
"a energía eólica es una de las fuentes de energías m1s limpias que existen, si hacemos una
tabla de comparación donde aparezca las emisiones y los residuos de algunas de las fuentes
2%
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de energía mas comunes considerando tambin las emisiones del periodo de construcción
en los equipos podremos ver esto en forma mas explicita.
=.,-
!odemos notar que aunque en el otal o la suma de valores pueden haber formas muycontaminantes con un valor parecido al de la eólica &como la nuclear', no se compara con
el hecho de que la eólica produce solo muy pocas emisiones de 462. y esto es en el
proceso de construcción e instalación de los aerogeneradores y el aceite de los engrana#es.
2*
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5.,, P!t#n'i& #ói'! C!!;bi&n!
la zona colombiana que tiene un mayor potencial eólico se encuentra en la 4osta 0tl1ntica.
"a siguiente información sobre la velocidad media horaria para de los vientos para cada
localidad fue realizada por el YZR0 & Znstituto 4olombiano de Yidrología, Reteorología
y 0decuación de ierras'. Esta Znstitución emplea en la mayoría de los sitios anemógrafos
mec1nicos "ambrechtI-oelfle que registran la dirección y recorrido del viento.
5.,- Est&'i!n#s '!n in9!r;&'ión 0# )i#nt! #n & C!st& At/nti'&
29
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LEYENDA
7e acuerdo con los resultados tomados por las diferentes estaciones en la siguiente tabla se
muestran las @ localidades de mayor potencial en el país de mayor a menor potencial por
año.
5.,2
2@
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C!n'usi!n#s
2)
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El aprovechamiento de los recursos renovables de nuestro planeta como es la energía eólica
es de las cosas m1s importantes que sucedió en el siglo xx y esta sucediendo en este,
aunque todavía no sea a gran escala, es un comienzo muy importante para tomar
conciencia de la actual situación ambiental de nuestro planeta y no de#arla pasar
desapercibido sin encaminar acciones bien sea para regenerarlo o al menos no de#ar que
esta situación de contaminación contin$e.
"a energía eólica es gratis, por lo tanto montar un parque eólico o al menos una turbina en
lugares donde existe un buen potencial eólico constante o aunque sea durante varios meses
tendría una rentabilidad excelente y los costos que pueda generar se recuperarían en un
periodo de tiempo aproximado de dos años &dependiendo del costo por G-;h. y potencial
eólico de la localidad' contra una vida $til de unos 2+ años o m1s.
>ibi!gr&9%&
(tt4BB.in9!#!i'&.'!;
(tt4BB.in04!#r.!rg
(tt4BBs3.n#t.'!B#n#rgi&B6in04!#r.(t;
2F
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II CONGRESO INTERNACIONAL DE INGENIERÍAS ELFCTRICA YELECTRÓNICA LA UNIVERSIDAD UNA PROPUESTA PARA EL *UTURO>!g!t/ "&r?! 21 & 25 0# 2,, CON*ERENCIA En#rg%& S!&r 3 Eói'&HU">ERTO RODRÍGUEJ U. N&'i!n&.
GENERACIÓN DE ENERGÍA ELFCTRICA EN LA COSTA ATL+NTICA CONAEROGENERADORES Hu;b#rt! RODRÍGUEJ ". U. N&'i!n&.