Tren de Fuerza con multiplicador (página 2)

1. Brisa Marina: Durante el día
   la
   tierra se calienta más rápidamente que el
   mar por efecto del sol. El aire sube,
   circula hacia el mar, y crea una depresión a nivel del suelo que
   atrae el aire frío del mar. Esto es lo que se llama
   brisa marina. Durante la noche los vientos soplan en
   sentido contrario. Normalmente durante la noche la brisa
   terrestre tiene velocidades inferiores, debido a que la
   diferencia de temperaturas entre la tierra y
   el mar es más pequeña.

   Nombre	Características	Lugar
   Autan	Seco y templado	SW de Francia
   Berg	Seco y cálido	Sudáfrica
   Bora	Seco y frío	NE de Italia
   Brickfielder	Seco y caliente	Australia
   Buran	Seco y frío	Mongolia
   Chinook	Seco y templado	W de Norteamérica
   Föhn	Seco y templado	Alpes
   Harmattan	Seco y fresco	Norte de África
   Levante	Húmedo y templado	Zona Mediterránea
   Mistral	Seco y frío	Valle del Ródano
   Santa Ana	Seco y caliente	Sur de California
   Sirocco	Seco y caliente	Sur de Europa
   Tramontana	Seco y frío	NE de España
   Zonda	Seco y templado	Argentina

   Tabla 1. Vientos
   Orográficos

   La energía en el viento: densidad
   del aire y área de barrido del rotor

   Un aerogenerador obtiene su potencia
   de entrada convirtiendo la fuerza
   del viento en un par (fuerza de giro) actuando sobre las
   palas del rotor. La cantidad de energía transferida
   al rotor por el viento depende de la densidad del aire, del
   área de barrido del rotor y de la velocidad del viento. Ej. una porción
   cilíndrica de aire de 1 metro de espesor pasa a
   través del rotor de un aerogenerador típico
   de 600 kW. Con un rotor de 43 metros de diámetro
   cada cilindro pesa realmente 1,9 toneladas, es decir, 1.500
   veces 1,25 kg.

   Densidad del aire: La energía
   cinética de un cuerpo en movimiento es proporcional a su masa (o
   peso). Así, la energía cinética del
   viento depende de la densidad del aire. En
   otras palabras, cuanto "más pesado" sea el aire
   más energía recibirá la turbina. A
   presión atmosférica normal y a
   15 °C el aire pesa unos 1,225 kg/m3, aunque
   la densidad disminuye ligeramente con el aumento de la
   humedad.

   Área de barrido del rotor: El
   área del rotor determina cuanta energía del
   viento es capaz de capturar una turbina eólica. Dado
   que el área del rotor aumenta con el cuadrado del
   diámetro del rotor, una turbina que sea dos veces
   más grande recibirá 22 = cuatro
   veces más energía.

2. Estudios de los vientos.

En la actualidad muchos países están
iniciándose en el uso de la energía eólica o
sus gobiernos le están prestando interés a
esta forma de obtención de energía. Como primera
medida deben investigar las posibilidades de instalación
de máquinas en dependencia de la velocidad y
constancia de los vientos que existan y donde sean más
intensos.

Argentina: En Argentina por ejemplo el 53%
de sus centrales produce energía primaria, derivada de
combustibles fósiles. Green Peace enfatiza la necesidad de
alcanzar una potencia eólica instalada de 3.000 MW en el
año 2010. Esa meta cubriría el 7% de la electricidad a
escala nacional.
Para el desarrollo de
esta se estima necesario que grandes compañías de
energía se vuelquen al desarrollo eólico. Proyectos en
Chubut: uno en Rada Tilly (con una potencia proyectada de 50 MW)
y otro en Puerto Madryn (con una potencia proyectada de 60 MW).
En la Argentina existen nueve parques eólicos que en total
tienen instalado una potencia de 25.520 kW. Algunos parques
instalados en este país.

• Neuquén 400 kW.
• Chubut 18.220 kW.
• Buenos Aires 5.700 kW.
• Santa Cruz 1.200 kW.

México: El Istmo de Tehuantepec en
Oaxaca, México ha
sido identificado como un área con alto potencial para el
desarrollo de centrales eólicas. Las turbinas serán
colocadas en las crestas de terrenos montañosos para
aprovechar una mejor exposición
al viento, y la distribución será dictada por la
ubicación de dichas cadenas montañosas). Dentro de
las hileras, el espaciamiento es dictado por la dirección del viento. Los vientos tienden a
ser unidireccionales (provenientes de una sola dirección),
requiriendo un espaciamiento de 3 x 10: tres diámetros de
rotor entre turbinas y 10 diámetros de rotor entre
hileras. En la región del Istmo de Tehuantepec, para un
rango de turbinas seleccionadas de 660 kW a 1.5 MW, se
requerirán aproximadamente 7.7 a 10.4 ha/MW
(hectárea/Megawatt), y dependiendo de la turbina
específica que se utilice, entre 6.6 a 15.6
hectáreas por aerogenerador.

Australia: En Australia también
podemos constatar que según los estudios realizados, en su
costa sur existen grandes posibilidades de aumentar el potencial
eólico que ya tienen instalado, siendo las zonas costeras
las de mejor incidencia del viento (velocidades mayores de 8 m/s)
y más tierra dentro encontrándose lugares con
velocidades entre (5 – 6 m/s). Hasta el año 2002
tenían instalado en sus costas 35 MW, en construcción 72 MW, en vías de ser
aprobado 375 MW, en planes 750 MW.

Cuba: Entre el 7 y el 12 de Septiembre se
efectuó un recorrido de integrantes del Grupo
Eólico con especialistas independientes de España,
que abarcó sitios de interés prioritario para el
desarrollo a corto plazo de parques eólicos conectados a
las redes del SEN, y
cuyos objetivos
principales fueron diagnosticar la posibilidad de seleccionar
áreas específicas en las zonas visitadas para
desarrollar de manera inmediata un parque eólico
demostrativo con una potencia entre 5 y 15 MW; valorar la validez
de las previsiones de emplazar estaciones anemométricas en
las zonas visitadas para evaluar su potencial eólico;
coordinar con las autoridades, empresas e
instituciones
territoriales, el inicio de los trabajos de construcción
requeridos para emplazar las estaciones; diagnosticar las
condiciones a crear en Planta Mecánica de Santa Clara para asimilar en
corto plazo la producción de las torres de
aerogeneradores; y debatir aspectos técnicos sobre las
exigencias de calidad de las
mediciones del viento, y las características
tecnológicas de los aerogeneradores que se seleccionen
para los primeros parques eólicos a emplazar en Cuba. Hoy
día se cuenta con un parque eólico demostrativo,
con 2 máquinas. Actualmente están
generando.

1. Parques Eólicos

En este acápite se expondrá de forma breve
los parques eólicos que más se conocen, dado que
son generalmente los primeros en su tipo (off shore). Por otra
parte la forma más eficiente de instalar grandes potencias
de generación es creando este tipo de granjas de
máquinas que en conjunto pueden llegar hasta los 350 MW de
generación mensual o más según lo que este
instalado.

Reino Unido: En abril de 2001, el gobierno
aprobó 18 emplazamientos para la primera etapa de
desarrollo de parques eólicos marinos. El segundo en su
tipo North Hoyle, se encuentra a 8 kilómetros de la costa
del norte de Gales, entre las ciudades costeras de Prestatyn y
Rhyl. Los 30 aerogeneradores V80-2,0 MW de Vestas que componen el
parque están dispuestos en seis filas de cinco, a unos 12
metros de profundidad, y cada uno de ellos se apoya en un
monopilote tubular de acero de 4 metros
de diámetro. El proyecto fue
entregado en Julio del 2004. Actualmente esta
generando.

Ubicación: Costa de Gales Propietarios:
N. Power Renewables Ltd.

Modelo de aerogenerador: V80-2,0
MW

Altura del buje: 70 metros sobre
la marea astronómica más baja (LAT)

Número de aerogeneradores:
30

Capacidad total: 60 MW SCADA:
VestasOnline™

Servicio: 5 años

Dinamarca: Desde abril del 2002, Vestas
trabajo en el
puerto de Esbjerg y hacia el Arrecife de los Cuernos (Horns
Reef), en la construcción del primer parque eólico
off shore. En 2003, estaban corriéndose varias pruebas
finales en la granja eólica, seguidamente las turbinas
eólicas proporcionarán la electricidad suficiente
para cubrir el consumo de
alrededor de 150,000 casas dinamarquesas.

Suiza: La colocación de una turbina
a 2,332 metros sobre el nivel del mar en el sistema
montañoso Suizo Gütsch que pasa por alto la ciudad
pequeña de Andermatt. ENERCON ha realizado la mayor
quimera del mundo. EWU rápidamente negoció con
ENERCON para instalar un E – 40 de 600 kW sin multiplicador
clase 1 con
vientos medios de 7
m/s, Para el uso más eficaz de los vientos en el
Gütsch, EWU está planeando instalar la versión
superior de la ya instalada la turbina E – 70 de 2
MW.

España

El parque Eólico Los Pedreros construido por
la empresa
Ecotècnia, instalado en Fuente Álamo (Albacete). El
emplazamiento cuenta con 30 aerogeneradores de 1.670 kilovatios
(kW) que producirán 123.176 megawatts/hora (MWh) al
año. El parque tiene una potencia total de 50 MW. El
complejo, dotado de 30 aerogeneradores de 74 metros de
diámetro, estará conectado con la
subestación de Pinilla. El parque está situado a
una altura de más de 800 metros en la zona que comprende
la Sierra de los Ladrones, Los Pedreros y Morrón de la
Fuente.

Cuba

Cuba cuenta actualmente con un parque eólico
demostrativo ubicado en la Isla de Turiguano. Cuenta con 2
máquinas Ecotècnia 28 – 225, tripala con una
altura del buje de 32.5 m, generando diariamente de 1 – 2
MW/h. En los estudios de prospección realizados en la zona
la velocidad promedio anual de los vientos fue de 6 m/s siendo
una de las zonas de más aprovechamiento de los vientos.
Son turbinas clase I (para vientos de 250 km/h), activo a
barlovento. Presentan multiplicador de velocidad de 4 ejes
paralelos y diente recto con generador asincrónico con
doble devanado 90 kW y 225 kW.

Las velocidades de diseño
de la turbina son:

• Velocidad de arranque es de 3.8 m/s (14
  km/h)
• Velocidad nominal es de 14 m/s (50km/h)
• Velocidad de corte o parada es de 25 m/s (90
  km/h)

Es una turbina de velocidad fija y paso de pala fija con
limitación de potencia por pérdida
aerodinámica o stall. Cuenta con control
automático (memoria EPROM)
con monitoreo a distancia vía MODEM
telefónica.

Por la parte de generación, anualmente debe
generar 998 MWh/año. En el periodo que comprende desde el
16 de abril de 1999 hasta el 25 de mayo del 2006 ha sido de 2000
MWh/año. Disponibilidad promedio mensual de 64.3%. Factor
de capacidad promedio mensual de 10.3 % (aproximadamente 480 Ton
petróleo.)

Conectada al sistema eléctrico nacional (SEN) a
través de un transformador de 1025 KVA

Fig.1 Esquema de Conexión del
parque de Turiguano

1. Ventajas y Desventajas

El gran beneficio medioambiental que reporta el
aprovechamiento del viento para la generación de energía
eléctrica viene dado, en primer lugar, por los niveles
de emisiones gaseosas evitados, en comparación con los
producidos en centrales térmicas. Esto afecta tanto a
elementos contaminantes como dióxidos de azufre,
partículas, etc., como a la emisión de
CO2 (Dióxido de Carbono), que
en este caso es inexistente, con lo que contribuye a la
estabilidad climática del planeta.

Ventajas Sociales

1. De todas las fuentes de
   generación de energía eléctrica, la
   eólica es la que genera más puestos de trabajo
   por unidad energética producida.
2. El fomento de la energía eólica produce
   un efecto sobre la industria de
   bienes de
   equipo que debe responder de manera indirecta en los sectores
   económicos.
3. El despliegue de las fuentes de energía
   renovables puede ser una característica clave del
   desarrollo regional con el objetivo de
   lograr mayor cohesión social y
   económico
4. La instalación de parques eólicos
   mejora la garantía de abastecimiento y la
   infraestructura eléctrica de la zona donde se
   implantan.
5. Los parques eólicos constituyen en la
   actualidad un signo de sensibilidad medioambiental y suponen
   una evidente acción de educación
   ambiental hacia el consumidor.

Inconvenientes de la energía
eólica

Alteraciones paisajísticas:

• Son preferidas las turbinas de torre tubular, rotor
  de tres palas y pinturas no llamativas. Asimismo es conveniente
  que la potencia de cada aerogenerador sea elevada, para
  disminuir así su número. Los parques
  eólicos se han de colocar lejos de las ciudades, fuera
  de espacios de gran belleza o de contenido cultural y
  seleccionando sus emplazamientos mediante estudios rigurosos de
  alternativas entre aquellos espacios que hagan rentable la
  instalación de un parque. Son preferibles los
  emplazamientos en espacios humanizados por cultivos o pastos,
  así como las tierras estériles.
• Dependiendo de lo poblado que sea un territorio,
  puede variar sensiblemente la pérdida de potencial
  eólico aprovechable de aplicar restricciones a la
  ubicación de turbinas eólicas.
• La energía eólica conlleva una fuerte
  carga de sensibilización medioambiental, al evidenciar
  ante el ciudadano la relación existente entre su consumo
  de energía y la necesidad de producirla por medios que
  no dañen gravemente el equilibrio
  ecológico.

De lo anteriormente expuesto se deduce que la
limitación en lo posible del impacto paisajístico
de la energía eólica pasa por elegir cuidadosamente
los emplazamientos y por cuidar extremadamente la
realización de las infraestructuras.

Efectos sobre la avifauna:

La colisión de estas con las palas de las
máquinas al no percatarse en el vuelo, incidiendo esto en
un aumento de la mortalidad de ciertas especies que tienen su
canal migratorio en estas zonas. Podemos incluir también
la afección a la nidificación. Pérdida
directa del hábitat, molestias durante la cría y
molestias en los primeros vuelos de jóvenes, así
como alteración de las rutas migratorias.

Emisión de ruidos

Las turbinas eólicas modernas son bastante
silenciosas y lo serán más en el futuro. Cuando se
planifica una granja eólica, se debe prestar especial
cuidado cualquier sonido que pueda
ser escuchado desde el exterior de las casas vecinas. El nivel de
intensidad máximo que soporta el oído
humano es de 120 dB. El límite legal, en algunos
países de Europa, para las
instalaciones es de 40 dB. Por esta razón, el siguiente
esquema representa el área donde debe instalarse un
generador para que cumpla con la condición antes
mencionada.

D > 55 dB.

3D ® 45 dB.

6D ® 40 dB.

10 D ® 30 dB

Fig.2. Niveles de dB según la
distancia a la que esta la máquina

1. Análisis Estadístico de los
   Vientos

La ubicación de un parque eólico no es
poner una veleta en un lugar y si simplemente sopla el viento con
una velocidad apreciable entonces será el lugar de la
instalación, no, esto es un trabajo mucho más
complejo el cual lleva un estudio estadístico de
mediciones. Dichas mediciones se realizan con anemómetros
instalados en torres de 10 o 50 metros según se posea en
tecnología
o se desee.

Datos del viento existentes en
Cuba

• Mapa eólico nacional
• Mapa eólico elaborado por NREL
• Red de mediciones del INSMET
• Resúmenes por estaciones meteorológicas
  del INSMET
• Mediciones de corto plazo realizadas por el CETER,
  INEL e INSMET en el 91-92 en cinco sitios
• Mediciones a corto plazo realizadas por Ecosol. Solar
  del 93 al 96.

¿Qué hacer si no hay medidas de
vientos?

Velocidad media

• Buscar datos de viento
  del INSMET de la estación más cercana
• Teniendo en cuenta la altura de medición de la estación de
  referencia, su altura sobre el nivel del mar, el tipo de
  terreno circundante y estas mismas características en
  nuestro emplazamiento, se puede establecer una
  correlación del viento en nuestra zona

La velocidad del viento está siempre fluctuando,
por lo que el contenido energético del viento varía
continuamente. De qué magnitud sea exactamente esa
fluctuación depende tanto de las condiciones
climáticas como de las condiciones de superficie locales y
de los obstáculos. La producción de energía
de una turbina eólica variará conforme varíe
el viento, aunque las variaciones más rápidas
serán hasta cierto punto compensadas por la inercia del
rotor de la turbina eólica. En la mayoría
localizaciones del planeta el viento sopla más fuerte
durante el día que durante la noche. El Gráfico 1
muestra, en
intervalos de 3 horas, como varía la velocidad del viento
a lo largo del día. En Cuba los mayores valores de
velocidad del viento se registran entre las 10am y la
1pm.

Grafico 1 Variación de la
velocidad del viento a lo largo del día en un sitio
dado.

Uno de los resultados más importantes que se
puede obtener tanto de las mediciones en estaciones
meteorológicas como en estaciones anemométricas
móviles, es la distribución de frecuencias de la
velocidad del viento, necesaria para obtener las disponibilidades
de energía de los sistemas de
aprovechamiento de energía eólica.

Tabla 2. Probabilidad de
que ocurra una velocidad del viento.

La Tabla anterior representa la frecuencia o
probabilidades estadísticas de que ocurra una determinada
velocidad v, perteneciente a un intervalo de la primera
columna. En la tercera columna se presenta el número de
horas que sopla el viento con velocidades en el intervalo
correspondiente. Estos valores se obtienen multiplicando el
valor absoluto
de la frecuencia por las 8760 horas que tiene un año. Con
estos valores se construye un gráfico de frecuencia de la
velocidad conocido como histograma:

Grafico 2. Histograma de las velocidades
del viento

Distribución de probabilidades del
viento.

Las expresiones analíticas más usadas para
representar la distribución de probabilidades de
velocidades del viento p (v), por su similitud con las
distribuciones reales (histograma de mediciones), son la
distribución de Weibull y la distribución de
Rayleigh. La expresión analítica que ha sido
más empleada para representar las probabilidades del
viento es la distribución de Weibull (función de
densidad de probabilidad), cuya forma general es:

Ec. 1

k – factor de forma (adimensional).

c – factor de escala. (m/s).

Ambos parámetros son función de la
velocidad media

Ecuación 1. Función de la
probabilidad de Weibull

Grafico 3. Histograma variación en
la velocidad del viento en función de K.

Ejemplos de p (v), para varios valores de k y una
misma velocidad media de 8 m/s. Se pude apreciar como a medida
que el valor de k aumenta el pico de la curva se hace más
agudo, indicando que hay más variación en la
velocidad del viento.

Función de distribución acumulativa
de Weibull

Ec. 2

k – factor de forma (adimensional).

c – factor de escala. (m/s).

Ecuación 2. Función de la
probabilidad de la velocidad del viento en un momento
dado

Este parámetro estadístico representa la
fracción de tiempo o
probabilidad de que la velocidad del viento sea menor o igual que
una velocidad del viento dada v.

Distribución de Rayleigh

Esta es distribución de probabilidad más
simple de representar el potencial eólico, ya que solo
requiere de la velocidad media. La distribución de
Rayleigh es un caso particular de Weibull con k = 2 y c se
calcula según:

Ec.
3

:
Velocidad media promedio

:
Velocidad media

P (v): Probabilidad de que ocurra una velocidad
dada.

Ecuación 3. Función de la
distribución Rayleigh para k = 2 calculando el valor de
C.

El valor k a menudo ofrece dificultades para su
determinación. En ausencia de este dato un valor de k = 2
es recomendable debido a que los valores de
k frecuentemente se encuentran en un intervalo cercano a
2.

Grafico 4. Distribución Rayleigh
para K = 2.

El gráfico muestra una distribución de
probabilidad para k=2 (distribución de Rayleigh). El
área bajo la curva siempre vale exactamente 1, ya que la
probabilidad de que el viento sople a cualquiera de las
velocidades, incluyendo el cero, debe ser del 100 %.

Nótese que la distribución de Rayleigh
necesita de un sólo parámetro que es la velocidad
media del viento, que como se dijo anteriormente es el dato por
lo general más asequible. En la Tabla se presenta esta
distribución para determinados valores de la velocidad
media anual del viento:

Tabla 3. Probabilidad de ocurrencia para
velocidades medias anuales en m/s.

Grafico 5. Distribución Rayleigh
para K = 2

Como se muestra, un mayor valor de velocidad media da
una mayor probabilidad de altas velocidades. La obtención
de un resultado final después de analizar estos datos da
la medida de la caracterización de los recursos
eólicos en el lugar del emplazamiento, el cual interviene
de forma muy importante en varias áreas de trabajo
relacionadas con los sistemas de aprovechamiento de la
energía eólica:

• En la selección del emplazamiento más
  favorable para la instalación de los sistemas
  eólicos
• En la estimación de su producción
  energética y de su funcionamiento global del sistema
  eólico en lugares específicos.
• En su diseño
• En su operación y regulación del
  sistema eólico.

Por otra parte todo este análisis también ayuda a la
selección de la máquina que se va a instalar y de
su rendimiento energético, dado que si las
especificaciones de la máquina adquirida (valor de k,
generalmente 1.25 – 2, velocidades de viento a las que
produce la potencia nominal, etc.) no concuerda con las
características del terreno entonces estaremos haciendo
una inversión muy costosa sin
recuperación en corto plazo.

2. CapÍtulo
   2. Máquinas para el aprovechamiento de la
   energía del viento.

1. Tipos de aerogeneradores. Partes
   componentes.

El aprovechamiento de la energía eólica se
realiza mediante el empleo de
aeroturbinas, que pueden ser de muy diversos tamaños y
potencias, instalándose individualmente o como colectivo,
recibiendo en este ultimo caso la denominación de Parque
Eólico. Por otra parte, la energía obtenida
dependerá tanto del potencial de viento en el sitio de
emplazamiento como del tipo de máquina (figura 3) y de la
aplicación concreta que se pretende realizar con la
instalación.

.

Fig.3 Tipos de Aeroturbinas

Las modernas turbinas de viento se mueven por dos
procedimientos: el arrastre, en el que el viento
empuja las aspas, y la sustentación, en el que las aspas
se mueven de un modo parecido a las alas de un avión a
través de una corriente de aire. Las turbinas que
funcionan por sustentación giran a más velocidad y
son, por su diseño, más eficaces. Las turbinas de
viento pueden clasificarse en turbinas de eje horizontal, en las
que los ejes principales están paralelos al suelo y
turbinas de eje vertical, con los ejes perpendiculares al
suelo.

Aerogeneradores de eje
vertical.

Estos aerogeneradores cuentan con algunas ventajas de
tipo estructural, respecto a los de eje horizontal, debido a la
sujeción de las palas. Por otra parte la no necesidad de
orientación, por la simetría de las palas, permite
aprovechar vientos de cualquier dirección, así como
instalar el generador en tierra con una menor complejidad a la
hora de efectuar labores de mantenimiento.

Existe una gran variedad de modelos
verticales, algunos muy antiguos, apareciendo casi todos los
años nuevas patentes interesantes. Los modelos más
utilizados son el Savonius y el Darrius que permite
el aprovechamiento de las altas velocidades del viento dentro de
una banda muy amplias su mecanismo de control es por perdida
aerodinámico

Fig. 4. Aerogenerador de eje vertical
tipo Darrius

Las grandes desventajas de estos tipos de aerogeneradores,
respecto a los de eje horizontal, son las siguientes:

1. Necesitan un motor impulsor
   primaria, ya que los perfiles aerodinámicos y la
   simetría de las palas no permiten el
   autoarranque.
2. Se ha probado en algunos casos que a igual potencia
   instalada, entre un modelo de
   eje vertical y otro de eje horizontal, el primero genera
   aproximadamente la mitad de la energía eléctrica.
   Esta ha sido una de las principales razones por las que
   normalmente el mercado
   eólico ha demandado menos máquinas de este
   tipo.

Aerogeneradores de eje
horizontal

Los aerogeneradores horizontales representan más
del 95% de los instalados en el mundo, estos requieren de
sistemas de orientación. Conviene señalar que
existen dos tipos de aeroturbinas, según la velocidad de
giro de sus rotores: las aeroturbinas lentas y las
rápidas. Estas últimas reciben propiamente la
denominación de Aerogeneradores. Las aeroturbinas lentas,
son conocidas como Multipalas, son menos complejas, pesadas y
costosas tienen una eficiencia del
25-35%, sus palas son de metal, su gran aplicación es para
el bombeo de agua
(aerobombas).

Un aerogenerador de eje horizontal consiste
básicamente en una máquina rotacional, cuyo
movimiento es producido por la energía cinética del
viento al actuar este sobre un rotor dotado, normalmente, de tres
palas con perfiles de avanzado diseño aerodinámico,
el movimiento rotacional producido es trasmitido y multiplicado a
través de un multiplicador de velocidad, hasta un
generador que produce la energía eléctrica. Los
componentes citados están instalados sobre una
góndola, o bastidor, que va situado en lo alto de la torre
o fuste.

Fig. 5. Aerogenerador de eje
horizontal.

Partes componentes de una Turbina
Eólica

• La góndola

Contiene los componentes clave del aerogenerador,
incluyendo el multiplicador y el generador eléctrico. A la
izquierda de la góndola tenemos el rotor del
aerogenerador, es decir las palas y el buje.

• Las palas del rotor

Capturan el viento y transmiten su potencia hacia el
buje. Son construidas de materiales
livianos y altamente resistentes.

• El buje

El buje del rotor está acoplado al eje de baja
velocidad del aerogenerador. En la mayoría de los
aerogeneradores modernos de estilo danés con
multiplicador, está instalado al eje de baja de la etapa
planetaria

• El eje de baja velocidad

Conecta el buje del rotor al multiplicador. Generalmente
el rotor gira muy lento, a unas 19 a 30 r.p.m. Este contiene
conductos del sistema hidráulico para permitir el
funcionamiento de los frenos aerodinámicos.

• El multiplicador

Sistema complejo de engranajes, sistemas
hidráulicos, de enfriamiento etc. Tiene a su izquierda el
eje de baja velocidad. Permite que el eje de alta velocidad que
está a su derecha gire 50 veces más rápido
que el eje de baja velocidad.

• El eje de alta velocidad

Gira aproximadamente a 1.500 r.p.m. lo que permite el
funcionamiento del generador eléctrico. Está
equipado con un freno de disco mecánico de emergencia. El
freno mecánico se utiliza en caso de fallo del freno
aerodinámico, o durante las labores de mantenimiento de la
turbina, también en caso de paradas de emergencia si
fueran necesarias

• El generador eléctrico

Suele ser un generador asíncrono o de inducción. En los aerogeneradores modernos
la potencia máxima suele estar entre 500 y 3500 kW.
También se usan en las máquinas sin multiplicador
generadores sincrónicos o asincrónicos de
imán permanente, estos son de gran tamaño lo cual
permite aprovechar las velocidades bajas de los vientos (Enercon
es un fabricante por excelencia de estos generadores).

• El controlador electrónico

Es un ordenador que continuamente monitoriza las
condiciones del aerogenerador y que controla el mecanismo de
orientación. En caso de cualquier disfunción (por
ejemplo, un sobrecalentamiento en el multiplicador o en el
generador), automáticamente para el
aerogenerador.

• La unidad de refrigeración

Contiene un ventilador eléctrico utilizado para
enfriar el generador eléctrico. Además contiene una
unidad refrigerante por aceite
empleada para enfriar el aceite del multiplicador. Algunas
turbinas tienen generadores refrigerados por agua.

• La torre

Soporta la góndola y el rotor. Generalmente es
una ventaja disponer de una torre alta, dado que la velocidad del
viento aumenta conforme nos alejamos del nivel del suelo. Estas
pueden ser torres tubulares o torres de celosía. Las
torres tubulares son más seguras para el personal de
mantenimiento. La principal ventaja de las torres de
celosía es que son más baratas.

• El mecanismo de orientación

Está activado por el controlador
electrónico, que vigila la dirección del viento
utilizando la veleta. Normalmente, la turbina sólo se
orientará unos pocos grados cada vez, cuando el viento
cambia de dirección.

• El anemómetro y la veleta

Las señales
electrónicas del anemómetro son utilizadas por el
controlador electrónico del aerogenerador para conectarlo
cuando el viento alcanza aproximadamente 5 m/s. El ordenador
parará el aerogenerador automáticamente si la
velocidad del viento excede de 25 m/s, con el fin de proteger a
la turbina y sus alrededores. Las señales de la veleta son
utilizadas por el controlador electrónico para girar el
aerogenerador en contra del viento, utilizando el mecanismo de
orientación.

1. Fabricantes y tecnologías puestas en
   el mercado.

El desarrollo de la industria Eólica ha avanzado
a pasos agigantados desde que surgió la primera
máquina moderna. Muchas industrias han
visualizado el potencial que tiene la producción de
dispositivos para las turbinas eólicas, desde las palas
hasta las torres de acero, celosía o de concreto
(investigando acerca de nuevas
tecnologías para su fundición).

• ABB

ABB ha estado
diseñando y fabricando generadores para turbinas
eólicas por mas de 20 años. Todos los tipos de
generadores están diseñados especialmente para
aplicaciones en turbinas eólicas. El funcionamiento
eléctrico de un generador individual es optimizado en
cooperación con los fabricantes de turbinas. El
aislamiento del generador e impregnación están
diseñados para resistir elevados factores de estrés
ambiental. El sistema de aislamiento Clase F de ABB, usa la misma
tecnología de asilamiento contra altos voltajes que los
Generadores HV, asegurando un periodo de vida largo y provee una
elevada capacidad para sobrecargas momentáneas.

ABB suministra generadores para sistemas regulados por
perdida (stall) y control de paso, con un rango de salida desde
55 kW hasta 4MW y más.

• Generadores de velocidad variable

El concepto
tradicional de regulación por pérdida con el
generador acoplado directamente a la red.

• Sencillo y de 2 velocidades
• Enfriamiento por aire y agua
• Carcasa de acero y hierro
  fundido.
• Tecnología de bobinado
• Fabricado según especificaciones del
  cliente

• Doble alimentación,
  generador de velocidad semi – variable.

La línea principal del concepto de
regulación de paso con el rotor conectado a la red usando
un convertidor pequeño

• Vía económica para obtener velocidad
  variable y suministrar energía reactiva, y aumenta la
  producción de energía a bajas velocidades del
  viento.´
• Reducida carga de torque en el tren principal hace
  que toda la construcción mecánica sea simple y garantice una
  elevada confiabilidad.

• Generadores de Imán Permanente

Generadores modernos de imán permanente no
necesitan separar el sistema de excitación. Ellos pueden
no poseer multiplicador de velocidad y son completamente
controlables con velocidad variable y suministra energía
reactiva. Proveen al usuario final una energía de elevada
calidad y eficiencia. ABB ofrece tres conceptos diferentes de
generadores de imán permanente.

• Sistemas robustos de baja velocidad sin
  multiplicador: En una aplicación sin multiplicador el
  generador y la turbina están integrados para formar una
  unidad estructuralmente unida. El diseño da libre acceso
  a todas sus partes para un fácil mantenimiento e
  instalación. El diseño sencillo y robusto del
  rotor de baja velocidad, unido con el sistema de
  excitación o enfriamiento da como resultado un bajo
  nivel de desgaste, reducidos requerimientos de mantenimiento, y
  una larga vida.
• • Alta eficiencia
  • Robusto y censillo
  • Menor demanda
    de mantenimiento
  • Máxima confiabilidad.

• Unidades compactas y económicas de velocidad
  media.

Este es un sistema de baja velocidad con el rodamiento
principal y el generador de imán permanente integrado a un
multiplicador de una sola etapa dando una alta eficiencia con
pocas necesidades de mantenimiento. Esto destaca el mismo
diseño de rotor de baja velocidad sencillo y robusto con
sistema de excitación y enfriamiento unido.

• Pequeñas unidades de potencia, alta
  velocidad.

El sistema es mecánicamente similar al de doble
alimentación incluso con menores requerimientos de
espacio. Extremadamente potente con un pequeño
tamaño. Rango de velocidad típico es 1000 a 2000
r.p.m usan 6 a 8 polos.

Sus características son:

• Tamaño de la armazón: 500
  mm
• Velocidad nominal: 1500 r.p.m
• Rango típico de velocidad: 25 – 125
  %
• Eficiencia: > 98 %
• Rango de potencia: sobre los 3600 kW

Pocas perdidas en el rotor con el generador de IP significan
que el rotor puede ser mantenido a bajas temperaturas, lo cual a
cambio reduce
la temperatura
del rodamiento.

Fuente: Catálogo de la ABB

• Rexroth Bosch Group

Innovadoras Cajas de velocidad para Turbinas
Eólicas Rexroth suministra todos los tipos de cajas de
velocidad usados en turbinas eólicas, para generador,
control de posición y control de paso. Según los
fabricantes para la optimización del ruido los
engranajes son diseñados en base a las curvas de
funcionamiento específico de las plantas. En los
mayores mercados de la
Energía Eólica, tales como Alemania, USA,
Dinamarca y España e Italia, mantienen
centro de servicios
locales, donde se pueden obtener repuestos de la misma calidad y
producción que las originales. Su servicio
incluye además actualización de los dispositivos
instalados según las necesidades particulares de los
propietarios.

Multiplicadores para
generadores.

Los multiplicadores para generadores sirven para
aumentar la velocidad del rotor a la velocidad racional requerida
para que el generador produzca electricidad. Hasta hoy ha
suministrado más de 5000 multiplicadores para generadores
a los 5 grandes productores de turbinas. Muchos de esos
multiplicadores se componen de etapas planetarias y helicoidales,
designados para proporcionar una relación de
transmisión óptima.

Tipos de multiplicadores
suministrados.

Tabla 4. Multiplicadores suministrados
por Rexroth Bosch Group

* Suministrado en 1993 por Turbinas Eólicas
AEOLUS

Características técnicas

Los ejes y los engranajes planetarios están
montados exclusivamente en rodamientos antifricción de
alta calidad de fabricantes reconocidos. El engranaje helicoidal
del sol es endurecido y cementado, el aro del engranaje es
cementado y nitrogenado. Engranajes y rodamientos son abastecidos
de aceite por un sistema circular de lubricación. La
mayoría de los componentes del sistema de
lubricación por ejemplo: las tuberías, están
alojadas dentro de la carcasa de la caja. Los sistemas
están sensorizados.

Reductores para cambio de
posición.

El dispositivo de cambio de paso MOBIFLEX GFB esta
equipado con cuatro etapas planetarias, las cuales juntas provee
de una alta relación de transmisión. Esto permite a
la góndola ser alineada con mucha exactitud. Sin embargo
el elevado peso necesita de altos torques, por lo que se ubican
varias unidades alrededor del aro dentado de la base. De esta
manera de 2 a 8 unidades reductoras pueden operar en una
góndola simultáneamente.

Tipos de reductores de cambio de
posición suministrados.

Tabla 5. Reductores de cambio de
posición suministrados por Rexroth Bosch
Group

Reductores para cambio de paso.

Sus reductores reúnen la condición de ser
pequeños por el poco espacio de instalación de
estos en la base de las palas. En dependencia del espacio, el
problema del dispositivo puede ser resuelto a través del
uso de engranajes oblicuos en las etapas. Los reductores de
control de paso giran constantemente con el rotor por tanto
necesitan requerimientos particulares en términos de
sellado y lubricación.

Tipos de reductores de cambio de paso
suministrados.

Tabla 6. Reductores de cambio de paso
suministrados por Rexroth Bosch Group

* Tomado de Bosch Rexroth AG. de Agosto del
2003

Fuente: Catálogo de Bosch
Rexroth.

• Enercon.

La firma Enercon pone en el mercado una gama de
aerogeneradores sin multiplicador como son:

Características Técnicas

E 70 2000 kW

• Potencia 2000 kW
• Diámetro del Rotor 71 m
• Altura del Buje 64 -113 m (Varias torres y
  bases)
• Turbina Sin engranajes, velocidad variable, control
  de paso variable.
• Rotor En dirección el viento con control de
  paso activo.

Dirección de rotación A favor de las
manecillas del reloj.

Numero de palas 3

Área de barrido 3952 m2

Material de las palas Fibra de vidrio
(resina epóxica) con protección contra rayos
integrada.

Velocidad de Rotación Variable, 6 –
21.5 r.p.m

Velocidad de punta de pala 22 – 80
m/s

Control de paso Sistema de control de paso
ENERCON.

• Tren de fuerza con generador

Buje Rígido

Rodamiento principal Rodamiento cilíndrico de
doble fila/ una fila.

Generador Sincrónico anular.

• Alimentación de red Convertidor
  Enercon
• Sistema de frenado

Freno del rotor Bloqueado del rotor 3 sistemas
independientes de control de paso con alimentación de
emergencia.

• Velocidad de arranque 2.5 m/s
• Velocidad promedio 13.5 m/s
• Velocidad de parada 28 – 34 m/s
• Monitoreado remoto ENERCON SCADA.

Para curva de potencia ver Catálogo de firma
Enercon

E 48 800 kW

• Potencia 800 kW
• Diámetro del Rotor 48 m
• Altura del Buje 50 – 76 m (Torres de acero
  tubular y varias bases)
• Turbina Sin engranajes, velocidad variable, control
  de paso variable.
• Rotor En dirección el viento con control de
  paso activo.

Dirección de rotación A favor de las
manecillas del reloj.

Numero de palas 3

Área de barrido 1810 m2

Material de las palas Fibra de vidrio (resina
epóxica) con protección contra rayos
integrada.

Velocidad de Rotación Variable, 16 –
32 rpm.

Velocidad de punta de pala 22 – 80
m/s

Control de paso Sistema independiente de control
de paso.

• Tren de fuerza con generador

Buje Rígido

Rodamiento principal Rodamiento cilíndrico de
una sola fila.

Generador Sincrónico anular sin
engranajes.

• Alimentación de red Convertidor
  Enercon

Sistema de frenado Similar al anterior

• Velocidad de arranque 3.0 m/s
• Velocidad promedio 13 m/s
• Velocidad de parada 28 – 34 m/s
• Monitoreado remoto ENERCON SCADA.

Para curva de potencia ver Catálogo de firma
Enercon

E 33 330 kW

• Potencia 330 kW
• Diámetro del Rotor 33.4 m
• Altura del Buje 49 + 50 m (Torres de acero tubular
  y varias bases)
• Turbina Sin engranajes, velocidad variable, control
  de paso variable.
• Rotor En dirección el viento con control de
  paso activo.

Dirección de rotación A favor de las
manecillas del reloj.

Numero de palas 3

Área de barrido 876 m2

Material de las palas Fibra de vidrio (resina
epóxica) con protección contra rayos
integrada.

Velocidad de Rotación Variable, 16 –
32 r.p.m

Velocidad de punta de pala 31 – 79
m/s

Control de paso Sistema independiente de control
de paso.

• Tren de fuerza con generador

Buje Rígido

Rodamiento principal Rodamiento cilíndrico de
una sola fila.

Generador Sincrónico anular sin
engranajes.

• Alimentación de red Convertidor
  Enercon

Sistema de frenado Similar al anterior

• Velocidad de arranque 2.5 m/s
• Velocidad promedio 12 m/s
• Velocidad de parada 28 – 34 m/s
• Monitoreado remoto ENERCON SCADA.

Para curva de potencia ver Catálogo de firma
Enercon

E 82 2000 kW

• Potencia 2000 kW
• Diámetro del Rotor 80 m
• Altura del Buje 78 m, 98m, 108 m

Prototipo Autumn 2005

Producción en serie En el último
trimestre del 2006

• Turbina Sin engranajes, velocidad variable, control
  de paso variable.
• Rotor En dirección el viento con control de
  paso activo.

Dirección de rotación A favor de las
manecillas del reloj.

Numero de palas 3

Área de barrido 5281 m2

Material de las palas Fibra de vidrio (resina
epóxica) con protección contra rayos
integrada.

Velocidad de Rotación Variable, 6 –
19.5 rpm.

Velocidad de punta de pala 25 – 80
m/s

Control de paso Sistema de control de paso
ENERCON.

• Tren de fuerza con generador

Buje Rígido

Rodamiento principal Rodamiento cilíndrico de
doble fila/ una fila.

Generador Sincrónico anular con conexión
directa.

• Alimentación de red Convertidor
  Enercon
• Sistema de frenado Freno del rotor

Bloqueado del rotor

3 sistemas independientes de control de paso con
alimentación de emergencia.

• Velocidad de arranque 2.5 m/s
• Velocidad promedio 12.0 m/s
• Velocidad de parada 22 – 28 m/s
• Monitoreado remoto ENERCON SCADA.

Para curva de potencia ver Catálogo de firma
Enercon

E 112 4500 kW

• Potencia 4500 kW
• Diámetro del Rotor 114 m
• Altura del Buje 124 m (torre de
  concreto)
• Turbina Sin engranajes, velocidad variable, control
  de paso variable.
• Rotor En dirección el viento con control de
  paso activo.

Dirección de rotación A favor de las
manecillas del reloj.

Numero de palas 3

Área de barrido 10207 m2

Material de las palas Fibra de vidrio (resina
epóxica) con protección contra rayos
integrada.

Velocidad de Rotación Variable, 6 –
19.5 rpm.

Velocidad de punta de pala 25 – 80
m/s

Control de paso Sistema de control de paso
ENERCON.

• Tren de fuerza con generador

Buje Rígido

Rodamiento principal Rodamiento cilíndrico de
doble fila/ una fila.

Generador Sincrónico anular con conexión
directa.

• Alimentación de red Convertidor
  Enercon
• Sistema de frenado

Freno del rotor Bloqueado del rotor 3 sistemas
independientes de control de paso con alimentación de
emergencia.

• Velocidad de arranque 2.5 m/s
• Velocidad de parada 28 – 34 m/s
• Monitoreado remoto ENERCON SCADA.

Para curva de potencia ver Catálogo de firma
Enercon

Fuente: Catálogo de firma
Enercon.

• Gamesa Eólica

La máquina G52 – 850 kW tiene muy buenas
prestaciones
en todos los terrenos y vientos, de paso variable para dominar
vientos variables,
velocidad variable con mejor calidad energética,
diseño de pala de última
tecnología.

• Rotor

Diámetro 52 m

Área de barrido 2124 m2

Velocidad de giro Variable 14.6 – 30.8
rpm

Sentido del giro Agujas del reloj (vista
frontal)

Peso (incluido buje) 10 000 kg

Peso góndola 23 000 kg.

• Palas

Numero de palas 3

Longitud 25.3 m

Perfil NACA 63.XXX + FFA – W3

Material Fibra de vidrio preimpregnada de resina
epoxy.

Peso pala completa 1900 kg.

• Multiplicador G52 – 580kW

Tipo 1 etapa planetaria/ 2 etapas
helicoidales

Relación de transmisión 1:
61.74

Refrigeración Bomba de aceite con radiador de
aceite.

Calentamiento aceite 1.5 kW.

• Torre tubular 2 secc. 44m, 40 000 kg

2/3secc. 55m, 57 000 kg

3 secc. 65 m, 73 000 kg

3 secc. 74 m, 90 000 kg

4 secc. 86 m, 112 000 kg

• Generador

Tipo Doblemente alimentado

Potencia nominal 850 kW

Tensión 690 V AC.

Frecuencia 50 Hz

Clase de protección IP 54

Numero de polos 4

Velocidad de giro 900: 1.900rpm (nominal 1620
rpm)

Intensidad nominal (Estator) 670 A @ 690 V

Factor de potencia 1.0

Rango de factor de potencia 0.95 CAP – 0.95 IND
(opción)

• Protección contra rayos Protección
  completa contra rayos siguiendo la normativa IEC 1024 –
  1
• Freno Freno primario aerodinámico, freno
  mecánico de disco hidráulicamente activado
  colocado a la salida del eje rápido del
  multiplicador.

Para curva de potencia ver Catálogo de firma
Gamesa Eólica

Fuente: Catálogo de Gamesa
Eólica.

• MWT (Japón)