Turbinas de viento: Funcionamiento

El viento es una forma de energía solar. Los vientos son causados por el calentamiento desigual de la atmósfera por el sol, las irregularidades de la superficie de la tierra, y la rotación de la tierra. Los patrones de flujo del viento son modificados por el terreno de la tierra, los cuerpos de agua y la vegetación. Los seres humanos utilizan este flujo de viento, o energía de movimiento, para muchos propósitos: navegar, volar una cometa, e incluso la generación de electricidad.

El término de energía eólica o la energía eólica describe el proceso por el que el viento se utiliza para generar energía mecánica o electricidad. Las turbinas eólicas convierten la energía cinética del viento en energía mecánica. Esta energía mecánica se puede utilizar para tareas específicas (como moler grano o bombear agua) o un generador puede convertir esta energía mecánica en electricidad.

Entonces, ¿cómo hacer que las turbinas eólicas produzcan electricidad? En pocas palabras, una turbina eólica funciona al revés a como lo hace un ventilador. En lugar de utilizar electricidad para producir viento, como un ventilador, las turbinas eólicas utilizan el viento para producir electricidad. El viento hace girar las aspas, que hacen girar un eje, que se conecta a un generador y produce electricidad. Echa un vistazo dentro de una turbina de viento para ver las distintas partes.


Tipos de Turbinas de viento

Las modernas turbinas de viento se dividen en dos grupos básicos: diseño del tipo eje horizontal como se muestra en la foto, y de eje vertical, y del tipo batidora-Darrieus, llamado así por su inventor francés.

La turbina de viento del tipo eje-horizontal normalmente tiene dos o tres aspas. Estas tres aspas trabajan con vientos frontales los cuales hacen que las aspas giren.


Dimensiones de las turbinas de viento

Las turbinas de viento varían en tamaño y van desde 100 kilovatios hasta llegar a varios megavatios. Las turbinas más grandes se agrupan en parques eólicos, que proporcionan energía en grandes cantidades a la red eléctrica pública.

Las pequeñas turbinas individuales, por debajo de 100 kilovatios, se utilizan en los hogares, en antenas parabólicas de telecomunicaciones, o en el bombeo de agua. Estas pequeñas turbinas se utilizan a veces junto a los generadores Diesel, baterías y sistemas fotovoltaicos. Estos sistemas se denominan sistemas híbridos de viento y se utilizan normalmente en zonas remotas, lugares situados fuera de la red pública de electricidad, donde una conexión a la red eléctrica no está disponible.


La parte interna de una Turbina de Viento


Anemómetro:
Mide la velocidad del viento y transmite datos a alta velocidad del viento al controlador

Aspas:
La mayoría de las turbinas tienen dos o tres aspas. El viento que sopla sobre las aspas produce el giro que las hace trabajar para producir electricidad.

Freno:

El freno de disco, que puede ser aplicado mecánica, eléctrica o hidráulicamente para detener el rotor en caso de emergencia.

Controlador:

El controlador pone en marcha la máquina a velocidades de viento de alrededor de 8 a 16 millas por hora (mph) y apaga la máquina a unos 55 kilómetros por hora. Las turbinas no funcionan a velocidades de viento superiores a unos 55 mph, ya que podrían ser dañadas por los fuertes vientos.

Caja de cambios:

La caja de cambios conectan el eje de baja velocidad con el de alta velocidad y aumentan la velocidad de rotación de 30 y 60 rotaciones por minuto (rpm) a 1000 y 1800 rpm, la velocidad de rotación requerida por la mayoría de los generadores para producir electricidad. La caja de cambios es la parte mas costosa y pesada de la turbina de viento y los ingenieros están explorando y estudiando generadores de control directo que operan a velocidades más bajas de rotación y no necesitan cajas de cambio.

Generador:

Usualmente un generador de auto inducción que produce una salida de voltaje a una frecuencia de 60 Hz (ciclos) de corriente alterna.

Eje de alta velocidad:

Impulsa el generador.

Eje de baja velocidad:
El rotor gira a baja velocidad usualmente unos 30 a 60 vueltas por minuto.

Góndola:

Es la base ubicada encima de la torre que contiene la caja de cambios, los ejes de baja y alta velocidad, el generador, el controlador, y los frenos. Algunas góndolas son lo suficientemente grandes como para que un helicóptero pueda aterrizar sobre ellas.

Paso:

Encargados de girar las aspas para controlar la velocidad del rotor y mantener el rotor de giro en los vientos que son demasiado altos o demasiado bajos para producir electricidad.

Rotor:
Las aspas (palas) y el eje del conjunto, se denominan el rotor.

Torre:

Las torres son de acero tubular (mostrado aquí), hormigón, o de celosía de acero. Debido a que aumenta la velocidad del viento con la altura, las turbinas en torres más altas permiten capturar más energía y generar más electricidad.

Dirección del viento:

Se trata de una turbina de viento superior, llamada así porque actúa de cara al viento. Otras turbinas están diseñadas para funcionar "a favor del viento", de espaldas al viento.

Veleta:

Mide la dirección del viento y se comunica con la unidad de orientación para orientar la turbina correctamente con respecto al viento.

Unidad de orientación:

Son turbinas orientadas de cara al viento y se utilizan para mantener el rotor de cara al viento cada vez que el viento cambia de dirección. Las turbinas de disminución de viento no requieren elementos técnicos para su funcionamiento, pues la misma disminución de la velocidad del viento las hace aminorar de velocidad.

Motor de orientación:

Entrega la potencia a la unidad de orientación.

Fuente:www1.eere.energy.gov