planta eolica

7/25/2019 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



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.,: "#'&nis;! 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



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.

%



-.,, 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

*



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



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'<=>

@



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

)



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



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



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.

(+



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,

((



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



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&

(%



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.,: "#'&nis;! 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

(*



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



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.

(@



.,, *&'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.

()



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



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



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+



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(



=.,, 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



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%



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*



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



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@



C!n'usi!n#s

2)



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.

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http://www.infoeolica.com/

http://www.windpower.org/

http://sky.net.co/energia/Wind_power.htm

http://www.infoeolica.com/

http://www.windpower.org/

http://sky.net.co/energia/Wind_power.htm



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&.

planta eolica

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