Quizás los haya visto mientras conducía por el campo. O tal vez los vio cerca de la costa, asomándose en el horizonte con sus cuchillas giratorias. Por otra parte, es posible que los haya visto en el techo de alguien o como parte de una operación urbana a pequeña escala. Independientemente de la ubicación, las turbinas eólicas y la energía eólica se están convirtiendo en una característica cada vez más común en el mundo moderno.
Mucho de esto tiene que ver con la amenaza del cambio climático, la contaminación del aire y el deseo de que la humanidad deje de depender de los combustibles fósiles. Y cuando se trata de energías alternativas y renovables, se espera que la energía eólica ocupe la segunda mayor participación del mercado en el futuro (después de la solar). Pero, ¿cómo funcionan exactamente las turbinas eólicas?
Descripción:
Las turbinas de aire son dispositivos que convierten la energía cinética del viento y los cambios en el flujo de aire en energía eléctrica. En general, constan de los siguientes componentes: un rotor, un generador y un componente de soporte estructural (que puede tomar la forma de una torre, un mecanismo de giro del rotor o ambos).
El Centro de Investigación Ames de la NASA y el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía de EE. UU. Probaron una turbina eólica de investigación en el túnel de viento más grande del mundo en abril de 2000. Crédito: NASA
Un rotor consta de palas que capturan la energía del viento y un eje, que convierte la energía eólica en energía de rotación de baja velocidad. El generador, que está conectado al eje, convierte la rotación lenta a alta en energía eléctrica utilizando una serie de imanes y un conductor (que generalmente consiste en alambre de cobre enrollado).
Cuando los imanes giran con el alambre de cobre, se produce una diferencia en el potencial eléctrico, creando voltaje y corriente eléctrica. Por último, está el componente de soporte estructural, que asegura que la turbina se encuentre en altitudes suficientemente altas para capturar de manera óptima los cambios en la presión del viento, y / o se oriente en la dirección del flujo del viento.
Tipos de aerogeneradores:
En la actualidad, existen dos tipos principales de aerogeneradores: aerogeneradores de eje horizontal (HAWT) y aerogeneradores de eje vertical (VAWT). Como su nombre lo indica, las turbinas eólicas horizontales tienen un eje de rotor principal y un generador eléctrico en la parte superior de una torre, con las palas apuntando hacia el viento. La turbina generalmente se coloca a barlovento de su torre de soporte, ya que es probable que la torre produzca turbulencias detrás de ella.
Las turbinas de eje vertical (una vez más, como su nombre lo indica) tienen el eje del rotor principal dispuesto verticalmente. Por lo general, son de naturaleza más pequeña y no es necesario apuntar en la dirección del viento para girar. De este modo, pueden aprovechar el viento que es variable en términos de dirección.
Un aerogenerador Darrieus, ubicado en Martigny, Suiza. Crédito: Wikipedia Commons / Lysippos
En general, las turbinas eólicas de eje horizontal se consideran más eficientes y pueden producir más energía. Si bien el modelo vertical genera menos electricidad, se puede colocar en elevaciones más bajas y necesita menos componentes (en particular, un mecanismo de guiñada). Las turbinas eólicas también se pueden dividir en tres grupos generales según su diseño, que incluye los modelos Towered, Savonius y Darrieus.
El modelo con torre es la forma más convencional de HAWT, que consiste en una torre (como sugiere el nombre) y una serie de palas largas que se encuentran delante (y paralelas) a la torre. El Savonis es un modelo VAWT que se basa en palas contorneadas (palas) para capturar el viento y los efectos. Por lo general, son de baja eficiencia, pero tienen la ventaja de poder iniciarse automáticamente. Este tipo de turbinas a menudo forman parte de las operaciones de viento en los tejados o están montadas en embarcaciones marítimas.
El modelo Darrieus, también conocido como turbina “Eggbeater”, lleva el nombre del inventor francés que fue pionero en el diseño: Georges Darrieus. Este modelo VAWT emplea una serie de hojas verticales que se asientan paralelas al soporte vertical. Por lo general, son de baja eficiencia, requieren un rotor adicional para comenzar a girar, producen un alto par y ejercen una gran tensión en la torre. Por lo tanto, se consideran poco fiables a medida que avanzan los diseños.
Historia del desarrollo:
La energía eólica se ha utilizado durante miles de años para empujar velas, impulsar molinos de viento o generar presión para bombas de agua. Los primeros ejemplos conocidos provienen de Asia Central, donde los molinos de viento utilizados en la antigua Persia (Irán) se han fechado entre 500 y 900 d.C. La tecnología comenzó a aparecer en Europa durante la Edad Media y se convirtió en una característica común en el siglo XVI.
La primera turbina eólica operada automáticamente, construida en Cleveland en 1887 por Charles F. Brush. Crédito: Wikipedia Commons
En el siglo XIX, con el desarrollo de la energía eléctrica, se construyeron las primeras turbinas eólicas capaces de generar electricidad. El primero fue instalado en 1887 por el académico escocés James Blyth para iluminar su casa de vacaciones en Marykirk, Escocia. En 1888, el inventor estadounidense Charles F. Brush construyó la primera turbina eólica automatizada para alimentar su casa en Cleveland, Ohio.
A principios del siglo XX, las turbinas eólicas comenzaron a convertirse en un medio común para alimentar hogares en áreas remotas (como granjas). En 1941, la primera turbina eólica de clase megavatio se instaló en Vermont y se conectó a la red de servicios públicos local. En 1951, el Reino Unido instaló su primera turbina eólica conectada a la red eléctrica en las Islas Orcadas.
En la década de 1970, la investigación y el desarrollo de la tecnología de turbinas eólicas avanzó considerablemente gracias a la crisis de la OPEP y las protestas contra la energía nuclear. En las décadas siguientes, comenzaron a surgir asociaciones y grupos de presión dedicados a las energías alternativas en las naciones de Europa occidental y Estados Unidos. En la última década del siglo XX, surgieron esfuerzos similares en India y China debido a la creciente contaminación del aire y la creciente demanda de energía limpia.
Energía eólica:
En comparación con otras formas de energía renovable, la energía eólica se considera muy confiable y estable, ya que el viento es constante de año en año y no disminuye durante las horas pico de demanda. Inicialmente, la construcción de parques eólicos fue una empresa costosa. Pero gracias a las recientes mejoras, la energía eólica ha comenzado a fijar precios máximos en los mercados mayoristas de energía en todo el mundo y ha reducido el ingresos y ganancias de la industria de los combustibles fósiles.
Sección transversal de un aerogenerador vertical. Crédito: energy.gov
Según un informe emitido por el Departamento de Energía en marzo de 2015, el crecimiento de la energía eólica en los Estados Unidos podría conducir a empleos aún más altamente calificados en muchas categorías. Noble 'Visión eólica: una nueva era para la energía eólica en los Estados Unidos' , el documento indica que para 2050, la industria podría representar hasta el 35% de la producción eléctrica de EE. UU.
Además, en 2014, la Consejo Global de Energía Eólica y Greenpeace Internacional se unieron para publicar un informe titulado 'Global Wind Energy Outlook 2014' . Este informe indicó que en todo el mundo, la energía eólica podría proporcionar entre el 25 y el 30% de la electricidad mundial para 2050. En el momento de redactar el informe, las instalaciones comerciales en más de 90 países tenían una capacidad total de 318 gigavatios (GW), lo que proporciona alrededor del 3,1% de la oferta mundial.
Esto representa un aumento de casi dieciséis veces en la tasa de adopción desde el año 2000, cuando la energía eólica representaba menos del 0,2%. Otra forma de verlo sería decir que la cuota de mercado de la energía eólica ha duplicado cuatro veces en menos de 15 años. Esto lo coloca solo detrás de la energía solar, que se duplicó siete veces en el mismo período, pero aún está por detrás del viento en términos de su participación de mercado general (alrededor del 1% en 2014).
Un parque eólico marino ubicado frente a las costas de Bélgica. Crédito: Wikipedia Commons / Hans Hillewaert
En términos de sus desventajas, una cuestión que se plantea constantemente es el efecto que tienen las turbinas eólicas en la vida silvestre local y la perturbación que tiene su presencia en el paisaje local. Sin embargo, a menudo se ha demostrado que estas preocupaciones están infladas por grupos de intereses especiales y cabilderos que buscan desacreditar la energía eólica y otras fuentes de energía renovable.
Por ejemplo, un Estudio de 2009 publicado por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable determinó que menos de 1 acre por megavatio es perturbado permanentemente por la construcción de parques eólicos a gran escala, y menos de 3.5 acres por megavatio son perturbados temporalmente. El mismo estudio concluyó que los impactos son relativamente bajos en la vida silvestre de aves y murciélagos, y que las mismas conclusiones son válidas para las plataformas marinas.
En todo el mundo, los gobiernos y las comunidades locales buscan la energía eólica para satisfacer sus necesidades energéticas. En una era de aumento de los precios del combustible, creciente preocupación por el cambio climático y mejora de la tecnología, esto no es sorprendente. Al ritmo actual de adopción, es probable que a mediados de siglo se convierta en una de las mayores fuentes de energía.
Y asegúrese de disfrutar de este video sobre turbinas eólicas, cortesía del Centro de Investigación Lewis de la NASA:
Hemos escrito muchos artículos interesantes sobre turbinas eólicas y energía eólica aquí en Universe Today. Aquí está ¿Qué es la energía alternativa? , ¿Qué son los combustibles fósiles? , ¿Cuáles son los diferentes tipos de energía renovable? , Energía eólica en el océano (con ayuda del espacio) , y ¿Podría el mundo funcionar con energía solar y eólica?
Para obtener más información, consulte el artículo Cómo funcionan las cosas sobre historia y mecánica de la energía eólica y de la NASA Espacio verde página.
Astronomy Cast también tiene algunos episodios que son relevantes para el tema. Aquí está Episodio 51: Tierra y Episodio 308: Cambio climático .
Fuentes: