Los molinos de viento han estado asistiendo a la humanidad a convertir la energía contenida en el viento en muchas otras formas útiles durante los últimos 2000 años. Los modernos aerogeneradores de hoy son capaces de convertir una gran cantidad de energía en el viento en electricidad. Esto se debe a las **aspas**, que se desarrollan utilizando análisis aerodinámicos de última generación y otros equipos de mejora del rendimiento.
En este artículo exploraremos estas diferentes tecnologías de manera simple pero científica. Primero, veamos su funcionamiento básico. Si el viento sopla y gira el *ala*, recibiremos electricidad del generador que está conectado a ella. Sin embargo, ¿cómo hace el viento soplar y girar el ala? Observemos de cerca la *pala*.
La *pala* tiene muchas secciones transversales de perfil aerodinámico que varían en tamaño y forma desde la raíz hasta la punta. La sencilla tecnología del perfil aerodinámico hace que la *pala* del aerogenerador gire, es decir, que se produzca una fuerza de sustentación cuando un fluido se mueve sobre un perfil aerodinámico. De esta manera, el aerogenerado logra la rotación básica que estamos acostumbrados a ver.
Así como en un tren en movimiento experimentas las cosas de manera relativa, la *ala* del aerogenerador en movimiento también experimenta el viento de manera relativa. Para la *ala* en movimiento, la velocidad del viento relativo es la que se muestra.
Por lo tanto, la *pala* del aerogenerador se posiciona en un ángulo inclinado para alinearse con la velocidad del viento relativo. A medida que la velocidad de la *pala* aumenta hacia la punta, la velocidad del viento relativo se inclina más hacia la punta. Esto significa que se le da un giro continuo a la *pala* desde la raíz hasta la punta. Sin embargo, esta rotación no se puede acoplar directamente a un generador porque las palas del aerogenerador giran típicamente a una velocidad muy baja debido al ruido y la resistencia mecánica.
Teniendo en cuenta esta baja velocidad de rotación, no podemos obtener ninguna frecuencia eléctrica significativa del generador. Por lo tanto, antes de conectarse al generador, se aumenta la velocidad en una caja de cambios. La caja de cambios utiliza un conjunto de engranajes planetarios para lograr una alta relación de velocidad. También hay un freno en la góndola. La función del freno es detener la rotación de las palas del aerogenerador durante condiciones de viento excesivas.
Consecuentemente, la electricidad que se produce se transfiere a través de los cables hacia la base, donde se encuentra un transformador de aumento de tensión. El aerogenerador debe estar orientado hacia el viento normalmente para obtener la máxima extracción de energía. Sin embargo, la dirección del viento puede cambiar en cualquier momento. Un sensor de velocidad colocado en la parte superior de la góndola mide la velocidad y dirección del viento.
La desviación en la dirección del viento se envía a un controlador electrónico que a su vez envía una señal apropiada al mecanismo de orientación del aerogenerador para corregir el error. Puedes ver cómo los motores de orientación giran la góndola, por lo que el aerogenerador siempre estará alineado con la dirección del viento según la velocidad del viento.
La eficiencia de un aerogenerador es un tema realmente interesante para comprender a fondo. Supongamos que estás midiendo la velocidad del viento aguas arriba y aguas abajo de un aerogenerador. Puedes observar que la velocidad del viento aguas abajo es mucho menor que aguas arriba. Esto se debe a que las palas absorben algo de energía cinética del viento. La misma cantidad de energía se convierte en potencia mecánica del aerogenerador.
Es interesante destacar que un aerogenerador puede absorber el 100% de la energía cinética disponible solo si la velocidad del viento aguas abajo se vuelve cero. Sin embargo, una velocidad del viento cero aguas abajo es una condición físicamente imposible. Esta animación animada representa claramente este hecho. Una velocidad cero aguas abajo simplemente significa que el flujo completo está estancado.
Esta realidad física exige una cierta cantidad de velocidad del viento de salida, lo que significa que hay un límite teórico máximo de eficiencia que un aerogenerador puede alcanzar, conocido como «límite de Betz». En esencia, esto significa que ningún aerogenerador en el mundo puede cruzar el límite de eficiencia del 59,3%.
Esperamos que ahora hayas desarrollado una buena comprensión del funcionamiento de los aerogeneradores. ¡Gracias!
