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Energía Eólica o Energía del Viento: Definición, Tipos y Usos

¿ Qué es la Energía Eólica ?

La energía Eólica es aquella que se genera aprovechando la acción del viento. Es el proceso mediante el cual éste se utiliza para generar electricidad.

El viento es una forma de energía solar que se origina por una combinación de tres eventos concurrentes:

  1. El sol calienta de manera desigual la atmósfera.
  2. Irregularidades de la superficie terrestre.
  3. La rotación de la tierra.

Los patrones y velocidades del flujo de viento varían mucho en los países como Estados Unidos, por ejemplo, y están modificados por cuerpos de agua, vegetación y diferencias en el terreno. Los humanos usan este flujo de viento, o energía de movimiento, para muchos propósitos: navegar, volar una cometa e incluso generar electricidad.

¿Cómo Funciona la Energía Eólica?

El viento es causado por el calentamiento desigual de la atmósfera provocado por el sol, las variaciones en la superficie de la tierra y la rotación de la misma. Las montañas, los cuerpos de agua y la vegetación influyen en los patrones de flujo del viento.

Que es la energia eolica y como funciona
Energía Eólica o del Viento

Las turbinas eólicas convierten la energía del viento en electricidad mediante la rotación de las palas de hélice alrededor de un rotor. El rotor gira el eje de transmisión, que hace girar un generador eléctrico.

Existen 3 factores clave afectan la cantidad de energía que una turbina puede aprovechar del viento:

  • Velocidad del viento
  • Densidad del aire
  • Área barrida

Las turbinas eólicas convierten la energía cinética del viento en potencia mecánica. Un generador puede convertir la potencia mecánica en electricidad.

Fórmula de la Energía Eólica

Imagen Ecuacion Energia Eolica

 

 

Las Variables de la Ecuación

“P” representa la potencia medida en W/m²
“ρ” representa la densidad del viento en Kg/m³
“A” representa el área barrida por las aspas en m²
“V” representa la velocidad el viento en m/s

Densidad del Viento

Cuanto más denso es el aire, más energía recibe la turbina. La densidad del aire varía con la elevación y la temperatura.

El aire es menos denso en alturas mayores al nivel del mar, y el aire caliente es menos denso que el aire frío. Con todo lo demás igual, las turbinas producirán más potencia en elevaciones más bajas y en lugares con temperaturas promedio más bajas.

Velocidad del Viento

La cantidad de energía en el viento varía exponencialmente con la velocidad de éste, ya que se eleva al cubo. Por lo tanto si la velocidad  se duplica, hay ocho veces más energía en él (2³  = 2 x 2 x 2 = 8). Eso ocasiona que los pequeños cambios en la velocidad tengan un gran impacto en la cantidad de potencia qué ofrece.

Área Barrida de la Turbina

Cuanto mayor sea el área barrida (el tamaño del área a través de la cual gira el rotor), más energía puede capturar la turbina del viento.

Dado que el área de barrido es A = pi . r ², donde r = radio del rotor, un pequeño aumento en la longitud de la pala resulta en un aumento mayor en la potencia disponible para la turbina.

Fuentes: ¿Cómo se Obtiene?

La energía eólica se obtiene a través de los llamados molinos de viento, de los cuales los más modernos tienen tres aspas. Hay muchos tipos diferentes de molinos de viento, y se han probado variaciones, dos e incluso una sola aspa, pero la opción de tres ha resultados la más eficiente.

Actualmente, los molinos de viento son controlados por computadoras. Uno de los trabajos principales es mantener el molino encarándolo. Para hacer esto, la computadora monitorea la dirección y la velocidad usando instrumentos en la parte superior del molino.

Con los datos, el “cubo” del molino (la broca a la que están unidas las tres aspas) se mantiene girado para que las aspas estén siempre orientadas hacia el viento y preparadas para atraparlo o para arrojarlo, si las circunstancias lo requieren. Los molinos podrían arrojar el viento en un vendaval por ejemplo (cuando hay demasiada energía en éste) o en caso de una falla en el sistema

Las Aspas

Las aspas de un molino están optimizadas aerodinámicamente para aprovechar al máximo la energía del viento y convertirla en energía de rotación haciendo que éstas giren.

Están conectadas a un generador, a veces a través de una caja de engranajes, en lo que se conoce como máquinas de velocidad fija y a veces conectadas directamente en máquinas de velocidad variable o de accionamiento directo. En ambos casos el generador convierte la energía mecánica de la rotación de las aspas en energía eléctrica,  verde por supuesto.

Las máquinas de velocidad fija funcionan a una misma velocidad de rotación, cualquiera que sea la potencia del viento, mientras que las máquinas de velocidad variable aumentan y disminuyen a medida que éste aumenta y disminuye, lo que hace todo el tiempo.

Los molinos de viento de velocidad fija utilizan una caja de engranajes para generar electricidad a la frecuencia adecuada para la red, 50Hz. Las máquinas de velocidad variable utilizan la electrónica para hacer el mismo trabajo, a veces  se puede comparar a una caja de cambios electrónica.

En ambos casos, una vez que se genera la electricidad y se hace adecuada para ingresar a la red local, es cuando se envía a través de cables subterráneos. Desde allí puede usarse para alimentar las edificaciones.

La recuperación de energía de un molino de viento moderno (el tiempo que toma recuperar la energía utilizada para fabricar e instalar cada molino de viento) es de 6 a 9 meses, dependiendo de la ubicación (algunos lugares son más ventosos que otros).

Después de eso, quizás durante otros 20 a 25 años, los molinos de viento aportan una gran ganancia neta de energía limpia y evitan las emisiones de carbono, esas son solo dos de las ventajas de la energía eólica.

Ejemplos de Energía Eólica

La energía eólica se puede utilizar para cualquier cosa, desde energía en botes, carga de baterías o electricidad para uso comercial.

Se sabe que la energía eólica se usa desde 200 a. C. Los molinos de viento originales se usaron en el Medio Oriente en áreas que se conoce como Irán y áreas en Afganistán. Estos molinos de energía eólica se usaron para cualquier cosa, ejemplos moler granos y obtener azúcar.

Características de la Energía Eólica

Las principales características de este tipo de energía son:

  • Necesita de un molino o aerogenerador para poder funcionar.
  • Es una energía limpia, que no daña la capa de ozono.
  • Es segura y está disponible gratis en el medio ambiente.
  • Reducción de la dependencia de los combustibles fósiles.

Tipos de Energía Eólica

Cuando hablamos de tipos de energía eólica, nos referimos a dos amplias clasificaciones de aerogeneradores:

  • Turbinas Eólicas de Eje Horizontal (HAWT)
  • Turbinas de viento de eje vertical (VAWT)

Turbinas de Viento de Eje horizontal

Estas son turbinas de tipo molino con la parte superior del eje apuntando hacia la dirección del viento. Dado que tienen que apuntar en esa dirección, las turbinas más pequeñas son dirigidas por paletas de viento montadas en la estructura. Las turbinas más grandes tienen sensores de viento con servo para hacerlas girar.

También están equipadas con cajas de engranajes para acelerar la rotación lenta, con el fin de que sea lo suficientemente fuerte para las turbinas del generador. Las aspas son lo suficientemente rígidas para evitar que se rompan o se doblen debido al momento de giro del viento.

Generalmente este tipo de turbinas se monta en una torre, así que experimentan vientos de alta velocidad. Están ligeramente dobladas para reducir el área de barrido. Un área de barrido más baja reduce la resistencia, lo que puede causar fatiga y fallas.

Turbinas de Viento de Eje vertical

La raíz principal está montada en el eje vertical. Esto elimina las dificultades asociadas con los aerogeneradores horizontales. Los subtipos incluyen:

Turbina Eólica Darius

Esto también se conoce como la turbina de batidor de huevos y se asemeja a un batidor de huevos enorme. Es eficiente, pero puede tener más tiempos de inactividad, por lo tanto, se consideran menos confiables. Para mejorar su rendimiento y fuerza se deben usar tres o más aspas.

Turbina de Viento Savonious

Estos tipos tienen una mayor fiabilidad que las turbinas Darius. Su inconveniente es que no se pueden montar encima de las torres. Por lo tanto, están expuestas a patrones de viento turbulento e irregular. Dado que son turbinas de arrastre, son menos eficientes en comparación con el HAWT, su ventaja es que son capaces de soportar turbulencias extremas.

La mayoría de los VAWT no pueden auto iniciarse y requieren energía externa para darles una sacudida. Para un rendimiento óptimo, los VAWT deben montarse en los techos. El techo canaliza el viento hacia las aspas.

Generador de Energía Eólica

Una turbina eólica transforma la energía del viento en electricidad utilizando la fuerza aerodinámica creada por las palas del rotor, que funcionan de manera similar al ala de un avión o la pala del rotor de un helicóptero.

Cuando el viento fluye a través del aspa, la presión del aire en un lado de la ella disminuye. La diferencia en la presión del aire en los dos lados del aspa crea tanto la elevación como la resistencia. La fuerza de la elevación es más fuerte que el arrastre y esto hace que el rotor gire.

El rotor está conectado al generador, ya sea directamente si es una turbina de accionamiento directo o a través de un eje y una serie de engranajes que aceleran la rotación y permiten un generador físicamente más pequeño. Esta traducción de la fuerza aerodinámica a la rotación de un generador genera electricidad.

¿Para qué Sirve la Energía del Viento?

El término energía eólica describe el proceso mediante el cual se utiliza el viento para generar energía mecánica o electricidad. Este proceso se lleva a cabo  a través las turbinas eólicas.

La potencia mecánica se puede utilizar para tareas específicas como la molienda de granos o bombear agua y un generador puede convertir la potencia mecánica en electricidad para alimentar hogares, empresas, escuelas y similares.

Imágenes y Dibujos de Energía Eólica

Energia Eolica Tipos y Usos
Imagen de Energía Eólica

 

Energia eolica para que sirve
Dibujo de Energía Eólica (Cortesía de newtimes.co.rw)

Usos de la Energía Eólica

1 – Generación de Energía Eléctrica

La energía eólica ha aumentado considerablemente su popularidad y eficiencia desde que la primera turbina generadora de electricidad fue creada por el académico escocés James Blyth en 1887 para proporcionar electricidad a la iluminación de su casa de vacaciones.

Hoy en día, existe la tecnología que nos permite construir vastos parques eólicos que tienen una capacidad de más de 1.000 MW.

2 – Transporte

Las civilizaciones han utilizado durante muchos miles de años la energía eólica en el transporte en forma de navegación. Los investigadores creen que la navegación ha existido de alguna forma desde el año 5000 AC. En tiempos más recientes, hemos visto barcos pequeños y grandes capaces de navegar bajo la fuerza del viento.

3 – Deportes y Actividades de Viento

Un uso más agradable de la energía eólica es para deportes y actividades que dependen del poder del viento. Éstos son sólo algunos de los deportes que hacen uso de esta energía:

Windsurf: utiliza un mástil y una vela que se adjunta a una tabla de surf en la que una persona se pondrá de pie para operar la vela.

Navegación: este uso más tradicional de la energía eólica se puede usar en deportes en los que los individuos o equipos competirán entre sí.

Navegación en tierra: similar a la navegación, esto se realiza en tierra con un vehículo pequeño que tiene ruedas y una vela.

Kitesurf: una persona que practica kitesurf se para en una tabla de surf mientras sostiene un kite y monta las olas alcanzando alturas significativas en el proceso.

Kite Boarding: similar al kite surf, solo el kite boarding se realiza en tierra y la tabla de surf se reemplaza por una tabla más pequeña con ruedas.

Kite Buggying:  Esto es similar al kite boarding, solo se usa un pequeño buggy para reemplazar una tabla y la persona se sienta en lugar de las gradas.

4 – Producción de Alimentos

La energía del viento se ha utilizado tradicionalmente para fines de producción de alimentos mediante el uso de molinos de viento.

5 – Bombeo de Agua

También se puede utilizar para bombear agua mediante el uso de una bomba de viento. Las bombas de viento tienen un aspecto similar a un molino de viento tradicional, pero en lugar de moler grano, pueden bombear agua.

Energía Eólica Residencial

Los sistemas eléctricos eólicos residenciales generalmente consisten en una turbina eólica montada en un poste instalada en un área sin obstrucciones. Las alturas comienzan a 35 pies de altura, pero pueden ser más altas para capturar los vientos dominantes constantes.

Los diámetros de los rotores varían desde 4 a 15  pies de largo y la producción de electricidad promedio con vientos de 12 mph prevalecen aproximadamente 400 kWh por mes.

En un sistema conectado a la red, la electricidad producida por el viento fluye a su propio medidor eléctrico para complementar el suministro eléctrico existente de la empresa de servicios públicos.

Cuando sopla el viento, el hogar consumirá primero la electricidad producida por él, cuando esté quieto utilizará la electricidad de la red.

En caso de que produzca más electricidad de la que consume su hogar en un momento dado, el exceso de electricidad se envía a la red pública, lo que hace que el medidor de electricidad retroceda.

¿Por qué la Energía Eólica es Renovable?

El viento es una fuente de energía renovable limpia, gratuita y fácilmente disponible. Cada día, en todo el mundo, los aerogeneradores capturan la energía de él y la convierten en electricidad. La energía eólica es una fuente de energía renovable debido a que una vez que se usa, se puede reemplazar.

Esta fuente de generación de energía juega un papel cada vez más importante en la forma en que potenciamos nuestro mundo. Aprovechar el viento es una de las formas más limpias y sostenibles de generar electricidad. La energía eólica no produce emisiones tóxicas y ninguna de las emisiones que atrapan el calor que contribuyen al calentamiento global.

Además el hecho de que la energía eólica es uno de los recursos energéticos más abundantes y cada vez más competitivos en costos, lo convierte en una alternativa viable a los combustibles fósiles que dañan nuestra salud y amenazan el medio ambiente.

Sumario
Energía Eólica o Energía del Viento
Nombre del Artículo
Energía Eólica o Energía del Viento
Descripción
La energía Eólica es aquella que se genera aprovechando la acción del viento. Es el proceso mediante el cual éste se utiliza para generar electricidad. Definición, cómo funciona, para qué sirve, tipos, usos como el residencial, características, fuentes, ejemplos y más.
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