aerogenerados o molinos de viento, partes y funciones

1. Un aerogenerador es un generador eléctrico movido por una turbina accionada por el viento (turbina eólica).
Sus precedentes directos son los molinos de viento que se empleaban para la molienda y obtención de harina.
En este caso, la energía eólica, en realidad la energía cinética del aire en movimiento, proporciona energía
mecánica a un rotor hélice que, a través de un sistema de transmisión mecánico, hace girar el rotor de un
generador, normalmente un alternador trifásico, que convierte la energía mecánica rotacional en energía
eléctrica.
Existen diferentes tipos de aerogeneradores, dependiendo de su potencia, la disposición de su eje de rotación,
el tipo de generador, etc.
Los aerogeneradores pueden trabajar de manera aislada o agrupados en parques eólicos o plantas de
generación eólica, distanciados unos de otros, en función del impacto ambiental y de las turbulencias
generadas por el movimiento de las palas.
Para aportar energía a la red eléctrica, los aerogeneradores deben estar dotados de un sistema de
sincronización para que la frecuencia de la corriente generada se mantenga perfectamente sincronizada con la
frecuencia de la red.
Ya en la primera mitad del siglo XX, la generación de energía eléctrica con rotores eólicos fue bastante
popular en casas aisladas situadas en zonas rurales.
La energía eólica se está volviendo más popular en la actualidad, al haber demostrado la viabilidad industrial,
y nació como búsqueda de una diversificación en el abanico de generación eléctrica ante un crecimiento de la
demanda y una situación geopolítica cada vez más complicada en el ámbito de los combustibles tradicionales.
La energía eólica es la energía que se puede lograr del movimiento que produce el viento al interaccionar con
las palas de un aerogenerador. Esta energía, que sigue en proceso de desarrollo, nace como respuesta a una
mayor demanda del consumo energético, la necesidad de garantizar la continuidad del suministro en zonas
importadoras netas de recursos energéticos y de la búsqueda de la sostenibilidad en el uso de los recursos.
En general las mejores zonas de vientos se encuentran en la costa, debido a las corrientes térmicas entre el
mar y la tierra; las grandes llanuras continentales, por razones parecidas; y las zonas montañosas, donde se
producen efectos de aceleración local.
Son aquellos en los que el eje de rotación del equipo se encuentra paralelo al suelo. Ésta es la tecnología que
se ha impuesto, por su eficiencia y confiabilidad y la capacidad de adaptarse a diferentes potencias.

2. Aerogeneradores de eje horizontal
Son aquellos en los que el eje de rotación del equipo se encuentra paralelo al suelo. Ésta es la tecnología que
se ha impuesto, por su eficiencia y confiabilidad y la capacidad de adaptarse a diferentes potencias.
Las partes principales de un aerogenerador de eje horizontal son:
Rotor: las palas del rotor, construidas principalmente con materiales compuestos, se diseñan para transformar
la energía cinética del viento en un momento torsor en el eje del equipo. Los rotores modernos pueden llegar a
tener un diámetro de 42 a 80 metros y producir potencias equivalentes de varios MW. La velocidad de
rotación está normalmente limitada por la velocidad de punta de pala, cuyo límite actual se establece por
criterios acústicos.
Góndola o nacelle: sirve de alojamiento para los elementos mecánicos y eléctricos (multiplicadora, generador,
armarios de control, etc.) del aerogenerador.
Caja de engranajes o multiplicadora: puede estar presente o no dependiendo del modelo. Transforman la baja
velocidad del eje del rotor en alta velocidad de rotación en el eje del generador eléctrico.
Generador: existen diferente tipos dependiendo del diseño del aerogenerador. Pueden ser síncronos o
asíncronos, jaula de ardilla o doblemente alimentados, con excitación o con imanes permanentes.Lo podemos
definir como parte del generador que convierte la energía en electricidad.
La torre: sitúa el generador a una mayor altura, donde los vientos son de mayor intensidad y para permitir el
giro de las palas y transmite las cargas del equipo al suelo.
Sistema de control: se hace cargo del funcionamiento seguro y eficiente del equipo, controla la orientación de
la góndola, la posición de las palas y la potencia total entregada por el equipo.
Todos los aerogeneradores de eje horizontal tienen su eje de rotación principal en la parte superior de la torre,
que tiene que orientarse hacia el viento de alguna manera. Los aerogeneradores pequeños se orientan
mediante una veleta, mientras que los más grandes utilizan un sensor de dirección y se orientan por
servomotores o motorreductores.
Existen 2 tecnologías de generadores eléctricos: multi-polos y de imanes permanentes. Los primeros
funcionan a velocidades del orden de 1000 rpm. Dado que la velocidad de rotación de las aspas es baja (12
rpm), requieren el uso de una caja reductora o multiplicadora para conseguir una velocidad de rotación
adecuada. Los de imanes permanentes no requieren multiplicadora.
En la mayoría de los casos la velocidad de giro del generador está relacionada con la frecuencia de la red
eléctrica a la que se vierte la energía generada (50 o 60 Hz).
En general, las palas están emplazada de tal manera que el viento, en su dirección de flujo, la encuentre antes
que a la torre (rotor a barlovento). Esto disminuye las cargas adicionales que genera la turbulencia de la torre
en el caso en que el rotor se ubique detrás de la misma (rotor a sotavento). Las palas se montan a una distancia
razonable de la torre y tienen alta rigidez, de tal manera que al rotar y vibrar naturalmente no choquen con la
torre en caso de vientos fuertes. El rotor suele estar inclinado 6º para evitar el impacto de las palas con la
torre.
A pesar de la desventaja en el incremento de la turbulencia, se han construido aerogeneradores con hélices
localizadas en la parte posterior de la torre, debido a que se orientan en contra del viento de manera natural,
sin necesidad de usar un mecanismo de control. Sin embargo, la experiencia ha demostrado la necesidad de un

3. sistema de orientación para la hélice que la ubique delante de la torre. Este tipo de montaje se justifica debido
a la gran influencia que tiene la turbulencia en el desgaste de las aspas por fatiga. La mayoría de los
aerogeneradores actuales son de este último modelo.
El límite de potencia que puede ser extraído está dado por el límite que estableció el físico Albert Betz. Este
límite que lleva su nombre se deriva de la conservación de la masa y del momento de la inercia del flujo de
aire. El límite de Betz indica que una turbina no puede aprovechar más de un 59.3% de la energía cinética del
viento. El número (0.593) se le conoce como el coeficiente de Betz. Los aerogeneradores modernos obtienen
entre un 75% a un 80% del límite de Betz2 .
La energía a la que está expuesta el rotor en Watts=(1/2)X(densidad de aire)X(Sweptarea)X(Velocidad)3. La
energía eólica a la que estará expuesta una turbina eólica está en parte determinada por la sweptarea o área de
barrido. La swept área se determina mediante la fórmula del área del círculo 3 . Por ejemplo la sweptarea de
una turbina con un rotor de 82 metros de diámetro será de 5281 m2.
Control de potencia
En general, los aerogeneradores modernos de eje horizontal se diseñan para trabajar con velocidades del
viento que varían entre 3 y 25 m/s de promedio. La primera es la llamada velocidad de conexión y la segunda
la velocidad de corte. Básicamente, el aerogenerador comienza produciendo energía eléctrica cuando la
velocidad del viento supera la velocidad de conexión y, a medida que la velocidad del viento aumenta, la
potencia generada es mayor, siguiendo la llamada curva de potencia.
Las aspas disponen de un sistema de control de forma que su ángulo de ataque varía en función de la
velocidad del viento. Esto permite controlar la velocidad de rotación para conseguir una velocidad de rotación
fija con distintas condiciones de viento.
Asimismo, es necesario un sistema de control de las velocidades de rotación para que, en caso de vientos
excesivamente fuertes, que podrían poner en peligro la instalación, haga girar a las aspas de la hélice de tal
forma que éstas presenten la mínima oposición al viento, con lo que la hélice se detendría.
Para aerogeneradores de gran potencia, algunos tipos de sistemas pasivos, utilizan características
aerodinámicas de las aspas que hacen que aún en condiciones de vientos muy fuertes el rotor se detenga. Esto
se debe a que él mismo entra en un régimen llamado "pérdida aerodinámica".
Impacto sobre el medio.
Este tipo de generadores se ha popularizado rápidamente al ser considerados una fuente limpia de energía
renovable, ya que no requieren, para la producción de energía, una combustión que produzca residuos
contaminantes o gases implicados en el efecto invernadero. Sin embargo, su uso no está exento de impacto
ambiental. Su localización —frecuentemente lugares apartados de elevado valor ecológico, como las cumbres
montañosas, que por no encontrarse habitadas conservan su riqueza paisajística y faunística— puede provocar
efectos perniciosos, como el impacto visual en la línea del horizonte, la gran superficie que ocupan debido a
la separación necesaria entre ellos —entre tres4 y diez5 diámetros de rotor— o el intenso ruido generado por
las palas, además de los efectos causados por las infraestructuras que es necesario construir para el transporte
de la energía eléctrica hasta los puntos de consumo. Pese a que se investiga para minimizarlos, se siguen
produciendo muertes de aves por su causa,6 además de que se ven afectadas las poblaciones de quirópteros.7
En algunas centrales eólicas mueren cada año cerca de 14 aves y 40 murciélagos por cada MW instalado.8

4. Más recientemente, se ha propuesto la posibilidad de que su uso generalizado podría incluso contribuir al
calentamiento global al bloquear las corrientes de aire.9
Por otro lado, teniendo en cuenta los gases de efecto invernadero que sí se producen por las tareas derivadas
de construcción, transporte y mantenimiento del aerogenerador, la energía eólica terrestre (onshore) es la
segunda energía menos contaminante10 tras la energía hidroeléctrica, con 12 g de CO2 por cada kWh, frente
a los 4 de la energía hidroeléctrica, los 16 de la energía nuclear o los 22 de la energía solar térmica.
Aerogeneradores de eje vertical
Son aquellos en los que el eje de rotación se encuentra perpendicular al suelo. También se denominan VAWT
(del inglés, Vertical Axis Wind Turbine), en contraposición a los de eje horizontal o HAWT.11
Sus ventajas son:12
Se pueden situar más cerca unos de otros, debido a que no producen el efecto de frenado de aire propio de los
HAWT, por lo que no ocupan tanta superficie.
No necesitan un mecanismo de orientación respecto al viento, puesto que sus palas son omnidireccionales.
Se pueden colocar más cerca del suelo, debido a que son capaces de funcionar con una menor velocidad del
viento, por lo que las tareas de mantenimiento son más sencillas.
Mucho más silenciosos que los HAWT.
Mucho más recomendables para instalaciones pequeñas (de menos de 10 kW) debido a la facilidad de
instalación, la dismunución del ruido y el menor tamaño.
Sus desventajas son:
Al estar cerca del suelo la velocidad del viento es baja y no se aprovechan las corrientes de aire de mayor
altura.
Baja eficiencia.
Mayor gasto en materiales por metro cuadrado de superficie ocupada que las turbinas de eje horizontal.
No son de arranque automático, requieren conexión a la red para poder arrancar utilizando el generador como
motor
Tienen menor estabilidad y mayores problemas de fiabilidad que los HAWT. Las palas del rotor tienen
tendencia a doblarse o romperse con fuertes vientos.
Microeólica[editar · editar código]
Son aerogeneradores que se utilizan para uso personal. Los hay que producen desde 50 W hasta unos pocos
kW.
La configuración ideal de un aerogenerador es sobre un mástil sin necesidad de cables de anclaje y en un
lugar expuesto al viento. Muchos de los diseños convencionales de turbinas eólicas no se recomendan para su
montaje en edificios. Sin embargo, si el único sitio disponible es el tejado de un edificio, instalar un pequeño
sistema eólico puede ser factible si está lo suficientemente alto como para minimizar la turbulencia, o si el
régimen del viento en ese emplazamiento en particular es favorable.

5. La mayoría de los sistemas de energía eólica14 disponibles necesitan la intervención del dueño durante el
funcionamiento. Muchos fabricantes ofrecen servicio de mantenimiento para las turbinas eólicas que ellos
instalan. El fabricante debe, en cualquier caso, proporcionar información detallada acerca de los
procedimientos de mantenimiento.
Junto con los costes de inversión, se debe llevar a cabo una evaluación económica que incluya los siguientes
aspectos:
Reducción de los costes anuales de electricidad como resultado de la producción de la misma por el sistema
de energía eólica. Debe tener en cuenta expectativas futuras del precio de la electricidad.
Posibles programas de apoyo por parte del Gobierno, por ejemplo, subvenciones o incentivos fiscales para
fomentar el uso de los sistemas de energía eólica.
Costes asociados a la emisión de CO2 (materias primas, construcción y mantenimiento).
Además de las ventajas propias de la energía eólica, la microeólica es más eficiente si se genera la electricidad
cerca del lugar donde se consume, puesto que se minimizan las pérdidas en el transporte. También es posible,
en estos casos, almacenar la energía en baterías para su uso en ausencia de viento.
En España, hay fabricantes de microeólica, como Bornay.15
Minieólica
No existe una frontera definida entre la microeólica y la minieólica. Generalmente, se puede considerar que la
microeólica comprende un único aerogenerador, mientras que la frontera superior de la minieólica se define
por potencia, y no debe superar los 100 kW.16 Se denominan también aerogeneradores domésticos o de
pequeña potencia.
Aplicaciones:
Zonas aisladas: los miniaerogeneradores se utilizan en zonas aisladas donde existe un gran coste o dificultad
para llevar la energía de la red eléctrica. Aquí estarían no sólo las viviendas o cabañas aisladas, también
granjas, torres de telecomunicación, bombeo de agua, etc. En estos casos el aerogenerador suele ir
acompañado de paneles solares fotovoltaicos que garantizan el óptimo funcionamiento del sistema.
Instalaciones con un alto índice de consumo eléctrico: fábricas, desalinizadoras y otras infraestructuras que
consumen una gran cantidad de energía pueden recurrir a la instalación de aerogeneradores para reducir el
consumo eléctrico de la red.
Conexión a la red: Los particulares y empresas que dispongan de un aerogenerador de minieólica pueden
consumir la energía que necesitan y vender el sobrante a la red.
Dónde colocar un aerogenerador de pequeña potencia:20 hay que conocer los vientos dominantes que existen
en la zona y la forma en que pueden variar a lo largo del año. Por lo general el punto más elevado del terreno
es el que recibe más viento, aunque esta regla puede verse alterada por la presencia de ríos, valles o zonas
boscosas, así como los obstáculos que existan alrededor como edificios o árboles. Estos pueden variar tanto la
velocidad, como la dirección del viento.
Se recomienda instalar el aerogenerador de pequeña potencia al menos 10 metros por encima de cualquier
obstáculo y al doble de altura que esta.

6. Auge de la microeólica y la minieólica
La Asociación Mundial de la Energía Eólica (en inglés: WorldWindEnergy Association21 22 ), en el del
Informe Mundial sobre Minieólica,23 ha publicado que a finales de 2011 la minieólica alcanzó los 576 MW,
lo que supone un 27% más de potencia instalada que el año anterior. Más de 330 fabricantes de pequeñas
turbinas eólicas operan en 40 países de todo el mundo.24

8. Componentes de una Turbina Eólica o Aerogenerador
Torre y Cimientos
Estructura que soporta la góndola (nacelle), así como el rotor de la turbina. La altura de las torres oscilan entre
40m a más de 130m. La gran altura representa una ventaja ya que las velocidades del viento se incrementan
conforme aumenta la altitud respecto a la base. Debido a su altura es de vital importancia que la estructura de
ésta sea planeada y modelada para soportar el peso y resistir las cargas del viento.
Tipo de Torres:
Tubulares de acero: Su área es mayor en la base y va disminuyendo conforme aumenta la altura. Consideradas
más seguras y el personal de mantenimiento puede usar la escaleras internas para subir.
Concreto y Concreto prefabricado: Se puede constuir in situ la torre o transporta segmentos prefabricados.
Reticuladas: Son menos costosas, pero más antiguas tecnológicamente y visualmente no deseables.
Rotor
Contiene a las aspas y al buje del rotor que se conecta con componentes internos de la góndola de la turbinas
Aspas o Palas
Estructuras que captan al viento. Su diseño aerodinámico es escencial para su eficiencia. El diseño de las
aspas de una turbina eólica es muy parecido a las alas de los aviones aplicando el mismo principio físico de
Bernouli. Las aspas representan normalmente la mayor parte del costo de las turbinas eólicas.
El diseño de las mismas es también escencial para reducir el ruido que puede generar la turbina eólica.
Los materiales de los que están fabricados son usualmente materiales compuestos que brinden resistencia y
bajo peso.
Las aspas pueden tener también un recubrimiento especial para reducir su desgaste.
Los rotores con tres aspas tienen mejor distribuida la masa dando una rotación más estable.
Swept Area: Es el área circular que ocupan las aspas. La swept area se calcula fácilmente mediante la
fórmula de área de un círculo, el radio es el de las aspas. La swept area es un factor que determinará la energía
que podrá captar la turbina eólica; esta energía se puede calcular mediante la siguiente ecuación:
Energía eólica a la que está expuesta la turbina en Watts=(1/2)(densidad del aire)(swept area) (Velocidad del
viento)3
Buje del Rotor

9. Mantiene a las aspas en su posición. En inglés se le conoce como rotor hub.
En caso que la turbina tenga una caja de engranes o aerogenerador el buje del rotor se conectará al eje de baja
velociadad de la caja de engranes. Para las turbinas eólicas con sistemas Gerless o sin caja de engranes el buje
transmite directamente la energía al generador
Góndola o Nacelle
Componente que alberga la caja de engranes, el generador eléctrico y demás componentes del aerogenerador.
La forma de la góndola la determina el fabricante de acuerdo al acomodo de sus componentes.
Caja de Engranes o Multiplicadora (Gear)
Acopla la baja velocidad del rotor con la alta velocidad del generador. Funciona multiplicando la velocidad
del rotor unas 50 veces para el generador de unas 18-50 rpm a 1500 rpm.
Existen turbinas eólicas de última generación sin caja de engranes (Gearless) que reducen la fricción entre los
componentes y reducen el desgaste generado por las altas velocidades de una caja de engranes.
Para las turbinas eólicas que tienen sistema de caja de engranes representa el segundo costo más importante
de la turbina.
Generador
Convierte la energía mecánica a energía eléctrica. Existen generadores sincrónicos y asincrónicos.Los
generadores sincrónicos se conectan directo a la red y los asincrónicos requieren de un rectificador.
Sistema de Orientación
Un sensor de veleta o un rumbómetro colocados en las góndola detectan la orientación del viento. Los
motores mueven el engranaje de la góndola de tal forma que el aerogenerador orientado en la posición óptima
para recibir el viento. Este sistema también se le conoce como Yawsystem.
Sistema de Control de Potencia

10. Sistemas necesarios para evitar sobrecargas mecánicas así como eléctricas. Existen dos sistemas el Pitch
control y el Stall control. En cuanto la parte mecánica las turbinas no están diseñadas para velocidades
extremas. Antes de llegar a una velocidad que rebase su capacidad las turbinas tienen uno de dos mecanismos
para reducir la velocidad: pitch control y stall control.
Pitch Control (sistema de control activo):
Consiste de sensores que detectan cuando la potencia sube a cierto nivel generado viento muy poderoso. Las
aspas del rotor rotan en su propio eje para modificar su ángulo (ángulo de ataque). El ángulo de ataque indica
la posición en la cual las aspas están recibiendo el viento. La modificación de este ángulo en las aspas reduce
la velocidad del torot y hace que la turbina no exceda su capacidad máxima. La energía generada bajo estas
condiciones se mantendrá al máximo de acuerdo a las especificaciones de la turbina pero sin exceder su
límite.
Stall Control (sistema de control pasivo):
Este sistema depende del diseño de las aspas. Cuando se excede la velocidad límite las aspas dejan de rotar a
una alta velocidad. Para este sistema se requieren menos componentes.
Cuando se tiene un stall control sin embargo, se requiere de un sistema de frenado muy poderoso.
El stall control es un sistema más antiguo y la tendencia es que las nuevas turbinas están prefiriendo tener
pitch control en lugar.
Sistemas de Frenado:
Sistemas de Frenado aerodinámico:
Es el pitch control (ver arriba) sistemas de frenado sumamente seguros.
Sistema de Frenado mecánico:
Para turbinas eólicas que tienen un sistema de pitch control el freno mecánico rara vez se utliza y solo se
requiere como un respaldo. La potencia necesaria para este freno es baja.
Para turbinas eólicas que tienen un sistema de stall control el freno mecánico debe absorber una enorme
cantidad de energía. En caso de emergencia tiene que absorber toda la energía generada por el rotor. Por lo
tanto el sistema de frenado requerido deber ser muy poderoso para turbinas con stall control.
Otros componentes:
Sistemas de enfriamiento.
Sistemas de Protección de tormentas.
Sistemas de calentamiento: No aplica su uso en la mayor parte de las zonas de México.
Otros sistemas.