- Resumen
- Breve historia de los
aerogeneradores - Descripción de
la fuente de energía utilizada (El
viento) - Clasificación
de las diferentes configuraciones de los
aerogenerador - Selección del
número de palas - Aerogeneradores de
caja reductora y de imanes permanentes
(P.M.G.) - Tipos de
P.M.G. - Selección
de la configuración del
aerogenerador - Número de
palas en el rotor - Sistema
de transmisión y tipo de configuración del
aerogenerador - Sistemas de
Regulación – Orientación ( Selección
del Adecuado) - Regulación
por momento de inercia en la cola - Criterios para el
diseño del sistema de regulación por momento de
inercia - Bibliografía
Resumen.
Debido a la importancia que tiene en estos momentos el
aprovechamiento de las fuentes
renovables de energía en el mundo, cada vez más
eficiente, es que se acomete el siguiente trabajo, donde
se propone a partir de un estudio realizado la
configuración de un aerogeneradores de pequeña
potencia, para
ser construidos en talleres de pocos requerimientos
técnicos.
En este trabajo se realiza una revisión
bibliográfica con el objetivo de
conocer entre las configuraciones de aerogeneradores existentes,
las mejores variantes en cuanto a fiabilidad, ventajas
económicas y sociales.
Introducción.
Actualmente las reservas energéticas constituyen
preocupaciones para la humanidad, tanto desde el punto de vista
de sus cantidades como desde el punto de vista nocivo para su
supervivencia y de otras especies que ya comenzaron a sufrir en
gran medida los efectos del medio en ese sentido. Así la
humanidad ha visto cómo cada día se incrementan las
especies que tienden a desaparecer; finalmente el hombre se
ha visto en la obligación de tomar medidas para su
protección.
En los últimos años las campañas
por la toma de conciencia de
que, el hombre
será la próxima especie en tender a extinguirse,
han aumentado y se han creado organizaciones
internacionales encargadas de velar por el cumplimiento y
control de
algunos lineamientos, a fin de disminuir los daños
provocados por el uso indiscriminado de las reservas y fuentes de
energía. Dándose pasos para buscar fuentes
alternativas y menos dañinas a la salud y existencia de la
humanidad.
Indudablemente lo que impulsa la evolución tecnológica es la
disponibilidad de energía, cuyo precio de
distribución y consumo
estableció y establece una selección
de usuarios potenciales.
Resulta un hecho comprobado que incluso en los
países más pobres el consumo de energía se
ha incrementado. Al analizar este crecimiento y la forma en que
se ha producido, se aprecia el ascenso más pronunciado en
los países desarrollados, siendo este fenómeno una
consecuencia del propio proceso de
desarrollo.
Este incremento en el consumo esta basado en la generación
a partir de combustibles fósiles y energía
nuclear los que presentan dos grandes
limitaciones:
- Representan un recurso limitado en el planeta, lo que
significa que su consumo afectará a las futuras
generaciones.
- Su combustión genera gran cantidad de
gases
contaminantes o desechos sólidos altamente peligrosos,
los cuales se han ido acumulando en diferentes lugares del
planeta con el decursar de los años.
Los científicos han encontrado una
solución al problema de cómo generar la
energía necesaria para la sustentación del planeta
que consiste en el uso de fuentes inagotables de energía a
las cuales se les ha llamado Fuentes Renovables de
Energía. Entre las que pueden citarse:
- Hidráulica.
- Biomasa.
- Residuales sólidos.
- Eólica.
- Solar Fotovoltaica y Térmica.
- Geotérmica
- Otras fuentes poco aplicadas por su complejidad
tecnológica (Hidrógeno como combustible,
Energía de las mareas). [16]
Se aborda en este trabajo la energía
eólica, por el interés
que posee actualmente como fuente energética en Cuba para la
generación de electricidad,
vía muy poco utilizada hasta el momento.
La situación energética en Cuba invita a
reflexionar sobre la necesidad del aprovechamiento de las fuetes
renovables de energía. En 1996 alrededor del 60 % de la
energía primaria usada en nuestro país era generada
a partir de petróleo, así como el 90 % de la
generación eléctrica era quemando este tipo de
combustible. Debido a la reducción de la cantidad de
petróleo
para la producción de energía, se impone
entonces el aprovechamiento de los recursos
renovables con que cuenta el país.
Por ello la energía eólica se puede
imponer como una fuente alternativa en el desarrollo y constituye
un tema de especial interés.
La energía eólica: Como su nombre
indica se basa en el uso de la energía de los vientos, la
cual constituye una fuente inagotable, esta dada principalmente
por las diferencias de temperatura y
factores de tipo geográficos.
El elevado desarrollo tecnológico y
científico existente, alcanzado por numerosos
países, han realizado estudios muy profundos acerca del
aprovechamiento de la energía del viento, encontrado
soluciones
favorables al mismo.
En Cuba desde hace mucho tiempo se
viene utilizando principalmente en los lugares donde no existe
corriente
eléctrica para el bombeo de agua con
molinos multipalas, los cuales requieren de una baja velocidad del
viento para su puesta en funcionamiento y han sido muy
útiles en regiones ganaderas, mientras que para la
generación eléctrica prácticamente nunca han
sido utilizados.
Los aerogeneradores de mediano y gran tamaño
(>10kW), generalmente son conectados a las redes de distribución
nacional de electricidad brindando su aporte directo y continuo a
la misma. [16]
Los aerogeneradores de pequeño tamaño
(<10 kW) son usados en comunidades rurales o en lugares donde
no se cuente con la posibilidad de usar electricidad proveniente
de la red nacional,
también se usan como aerobombas para extraer agua de los
pozos, la cual puede ser usada para el consumo o para el riego de
los cultivos u otros usos de la comunidad.
[16]
Estas pequeñas unidades también son
instaladas como parte de un sistema combinado
de varias fuentes de energía lo cual garantizará un
suministro estable de electricidad. Estos sistemas son muy
usados en los cayos donde existen comunidades pesqueras que
necesitan refrigerar sus pescados y disfrutar al mismo tiempo de
las ventajas que la energía eléctrica brinda con
relación al mejoramiento de las condiciones de
vida.
Las pequeñas unidades, por su aplicación
presentan una marcada influencia social al incidir directamente
en las personas o comunidades más necesitadas de recursos
o posibilidades para mejorar su nivel de vida. En los casos
más favorables donde en la comunidad exista electricidad
producida por un motogenerador, la implementación de un
sistema eólico combinado con el existente permite el
ahorro de
combustible, cooperando de esta forma a la solución del
problema global existente, dado por el uso de los combustibles
fósiles.
Esta línea de trabajo recibió un
importante impulso a mediados de los años 90, al calor de toda
una serie de discusiones que tomó el país en esos
momentos para reforzar las tareas energéticas, entre las
que se destacan la creación de la Comisión Nacional
de Energía, de las áreas energéticas en los
organismos y provincias, entre otras instituciones.
Todo esto permitió no sólo ganar en
criterios de selección sino también en el diseño,
instalación, producción y estudio de
emplazamientos.
La problemática del desarrollo de turbinas
eólicas y específicamente los molinos de imanes
permanentes (PMG) adquiere significativa importancia
científico técnica y económica, dada las
condiciones especiales en que se acomete la producción
industrial de estas turbomáquinas en la etapa
actual.
En el caso de los aerogeneradores PMG hasta el momento
no se ha desarrollado ningún equipo, al no existir una
base de conocimientos necesaria para acometer el desarrollo de
este equipo en el país. Se tienen noticias de
experiencias realizadas por el MININT y el MINAGRI, las cuales no
han tenido resultados satisfactorios, por múltiples
problemas de
funcionamiento eléctricos y/o mecánicos, muchas de
estas experiencias se han basado en alternadores de autos, lo que
limitan la capacidad y estabilidad en el
funcionamiento.
El presente trabajo estará encaminado a
solucionar algunas de las dificultades y dejar incógnitas
para continuar posteriormente la investigación, representando este trabajo
un paso inicial en Cuba para este campo.
A partir de lo referido anteriormente y teniendo en
cuenta la necesidad de desarrollar la energía
eólica en el país por métodos
científicos y considerando como uno de los factores
principales la enorme influencia que tendría para el
medio ambiente
la utilización de los recursos eólicos como
variante energética en el país y a nivel mundial,
tal como aparece plasmado en el Programa
Energético del Ministerio de Ciencia
Tecnología
y Medio Ambiente
(CITMA).
Desarrollo.
Breve
historia de los
aerogeneradores.
Llegar a los aerogeneradores actuales ha sido un camino
largo y escabroso. No es posible indicar en que parte del mundo
se construyeron los primeros molinos de viento. Existen
múltiples versiones de diferentes autores sobre el
principio de la evolución de estos aparatos, existen
razones para creer que fue en Egipto y los
cruzados fueron quienes llevaron consigo la idea desde el Cercano
Oriente a Europa.
Por otra parte se plantea que en el siglo V antes de
Cristo se encuentran los primeros aerogeneradores en Asia: son
máquinas de eje vertical iguales a las
denominadas panemonas en algunas islas griegas que aún hoy
se pueden contemplar. Alrededor de este mismo periodo Guy Cunty
[16], Araus M [5]; plantean que en Egipto se utilizaban molinos
de eje horizontal aunque lo único demostrable es que en el
siglo VI d. de C. Se utilizaban aeromotores de eje vertical en la
zona de Sijistán (entre Irán y
Afganistán).
Aún siendo distintos desde el punto de vista
tecnológico, los molinos tenían el mismo principio,
ser capaces de transformar la energía eólica en
energía para el bombeo de agua, la moledura de granos,
etc. Lo cual limitó el aprovechamiento del viento durante
siglos solo a estas aplicaciones.
Aunque desde Egipto se llevó rápidamente
la idea de los molinos de viento hacia Europa, no es hasta el
siglo VII después de Cristo cuando aparecen los primeros
molinos, la tecnología de los mismos evolucionó
hasta nuestros días, dando lugar a los clásicos
molinos holandeses mecánicamente sofisticados, o los
aeromotores para el bombeo de agua que progresan con la
invención de la rueda multipala en el año 1870 por
los americanos. [30]
Fue en el año 1802 cuando se pensó, por
primera ves, en la transformación de la energía
eólica en energía eléctrica. Lord Kelvin
trató de asociar un generador eléctrico a un
aeromotor, pero hubo que esperar hasta 1850 al acontecimiento de
la Dinamo, para que existiese lo que hoy conocemos como
"aerogenerador", en la producción de energía
eléctrica. [5]
El faro de la Hebe fue la primera instalación de
balizamiento marítimo equipada con una fuente de
energía eléctrica autónoma mediante un
aerogenerador.
Esta nueva aplicación de la energía
eólica tuvo cierto éxito,
de forma que en el año 1920 existían unos
trescientos constructores de estos aparatos. [16]
El estudio en los campos de la aerodinámica
permitió alcanzar grandes progresos en los aeromotores,
muchos de estos conllevaron incluso a la realización de
grandes máquinas, cuya potencia está comprendida
entre 100 y 1 000 kW, lo cual demuestra que la producción
de energía eléctrica a partir de la del viento es
factible, ello ocurrió hasta el año 1961.
Desgraciadamente en ese año el precio del petróleo
bajó, poniendo al kilowatt "eólico" a precios
inaccesibles. Todas las máquinas fueron desmontadas y
vendidas a precio de chatarra. [30]
Desde el año 1973, poco a poco, ocurre el proceso
inverso, impulsando programas de
estudio y realización de aerogeneradores. No obstante, en
1978 eran pocas las instalaciones eólicas. La demanda de
aerogeneradores de potencia pequeña y mediana en
países industrializados permanece limitada a aplicaciones
muy concretas. No obstante su demanda en países
tercermundistas aumentó, esto se debe al bajo costo de
producción e instalación de estos equipos en
comparación con las ganancias retribuidas. [5]
A partir de las diversas experiencias internacionales de
operación de grandes conjuntos de
aerogeneradores modernos, constituyendo centrales
eoloeléctricas, de 1980 a 1995 se evolucionó de la
máquina de 50 kW a la de 500 kW, estando para el 1998 en
proceso de introducción las unidades de 750 y 1000 kW,
las que se consideraban el tope para este tipo de arquitectura y
tecnologías actuales de grandes
aerogeneradores.
La tecnología de materiales
alrededor de los materiales compuestos, que permitan estructuras
más esbeltas y ligeras, más resistentes a la
oxidación y la corrosión, y más fuertes a la vez,
así como de súper magnetos en los generadores,
permitirán desarrollar nuevos conceptos más
confiables y económicos, desde unidades de decenas de
Watts hasta grandes aerogeneradores de potencia, trabajando en
régimen de velocidad variable, aprovechando mejor la
energía del viento y constituyendo junto con la
energía hidroeléctrica, el soporte principal de la
generación eléctrica en los sistemas nacionales.
Para fines del año 2000 se han instalado en el mundo,
más de 14,000 MW. En Europa, Alemania,
Dinamarca, el Reino Unido, España y
Grecia tienen
los programas más ambiciosos. En España, la empresa
eléctrica de la Provincia de Navarra ha instalado 54
Centrales eoloeléctricas y espera producir más del
50% de la energía que distribuye. La empresa
eléctrica de la Provincia de Euskadi (País Vasco)
también prevé un desarrollo importante, lo que ha
ocasionado, paradójicamente, que grupos
ecologistas protesten por lo que consideran excesivo.
Para el año 2020, la Asociación Europea de
Energía Eólica, estima tener más de 20,000
MW instalados de potencia eólica para generación de
electricidad. China y la
India son dos
países que han decidido dar un impulso grande a esta forma
de generación eléctrica, para lo cual se han
asociado con empresas europeas
para fabricar en esos países el equipamiento requerido. En
América
Latina, Costa Rica y
Argentina llevan la delantera, con 20 y 9 MW respectivamente. En
Argentina son las empresas eléctricas cooperativas
de la Patagonia las
que han dado el impulso, amen de que las leyes estatales
de la Provincia de Chubut, obligan a un 10% de la
generación eléctrica con energía
eólica. México
tiene una central de 1,575 kW en la Venta, Oaxaca,
con planes de ampliarla a 54 MW. Nicaragua también tiene
planes de instalar una central eólica de al menos 30 MW.
En el Caribe, la empresa eléctrica de Curazao opera desde
marzo de 1994 una centralita de 4 MW que fue la primera
eoloeléctrica en América
Latina y el Caribe. [23]
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