ingenieria ambiental

1. Tecnologías Limpias y
Energías Alternativas
CAPITULO IV: ENERGIA EOLICA
Gestión I/2023

2. 4.1 Introducción
Las corrientes de viento permiten generar energía eléctrica a
partir de implementar aerogeneradores.
Este tipo de energía generada es ecológica adaptarse a zonas
donde presentan condiciones de viento donde la instalación
de energía del SIN resulta ser costoso.
La reaparición de la energía eólica se concentra en el XX. LAS
EERR y en particular la eólica, surge hace mas de 30 años tras
las guerras en oriente Medio, para paliar la crisis energética

3. Anuario eólico 2020

4. Caso España

5. 4.2 Características del Viento
El viento se genera por el calentamiento desigual de la tierra.
• El calentamiento es mas intenso en la línea del ecuador,
esto produce masas de aire caliente, que se mueven de
acuerdo al movimiento de la tierra.
• Generalmente el aire caliente sube para luego circular en la
atmosfera y caer en las zonas frias.
• En el suelo la circulación es en sentido inverso.
• El calentamiento desigual de la tierra y de fuerzas
centrifugas y Coriolis por la rotación, da lugar a los vientos
a escala terráquea.

7. Coriolis, movimiento perpendicular de las masas de aire en relación
al eje de rotación de la tierra

8. Viento geostrófico, la dirección del viento viene marcada por las
líneas de presión constante, las isobaras. Hay un equilibrio entre las
furzas de Coriolis y las de Presión

9. Espiral de Ekman, efecto de Coriolis es el movimiento de las masas de
agua oceánicas (y los materiales en suspensión en ellas) con un cierto
ángulo con respecto a la dirección del viento en la capa superficial

10. 4.3 Variación del viento con la altura
Aun en terreno llano el viento varia con la altura.

11. Entonces:
• A mayor altura hay mayor velocidad, entonces la potencia de las
Aero turbinas será también mayor.
• Cada pala al girar se encuentra con viento variable, generando
cargas alternativas.
• Por esta razón se generan paras alternativos que dan lugar a la
fluctuación de la energía eléctrica generada

12. Por tanto, el viento por encima de una cierta altura está sujeto a un
EQUILIBRIO por la acción de las fuerzas de Presión y las de Coriolis.

13. 4.4 Teoría básica de la energía eólica
Consideraciones:
• La producción de energía por una turbina eólica o
aerogenerador va en función de la velocidad del viento.
• La relación entre velocidad del viento y la energía esta dada
por la curva de potencia, única para cada modelo de
turbina.
• La mayoría de los aerogeneradores producen energía a
partir de velocidades de 4 m/s, logrando una potencia
nominal de 13 m/s y se detiene la producción de energía a
25 m/s.
• La variabilidad de viento hace que el aerogenerador en
funcionamiento este cambiando los niveles de potencia.

14. Velocidad del viento
Potencia nominal

16. Entonces:
• La velocidad mínima del viento para hacer rotar las palas,
es entre 3 a 4 m/s.
• La velocidad nominal es la mínima velocidad del viento a la
que la turbina generará su potencia nominal de diseño. Ej.
Un aerogenerador de 10kW, no generará 10 kW hasta que
la velocidad del viento no alcance la potencia nominal. La
potencia de salida es proporcional al cubo de la velocidad
del viento.
• Si las velocidades del viento superan los 25 m/s, la mayoría
de los aerogeneradores dejan de producir energía y se
apagan, o velocidad de corte para proteger de daños a la
turbina eólica (en algunas tiene freno automático mediante
sensor, en otras se cambia el Angulo de las palas).
• La variabilidad de viento hace que el aerogenerador en
funcionamiento este cambiando los niveles de potencia.

17. 4.4.1 Tipos de turbina
a) Aerogenerador de eje horizontal
La mayoría de las turbinas que se fabrina son de eje
horizontal, con rotor a barlovento con 2 a 3 palas. Tiene rotor
de eje paralelo al suelo y horizontal al viento.

18. b) Aerogenerador de eje vertical
Los aerogeneradores verticales tiene un eje perpendicular al
flujo del viento.

19. 4.5 Descripción y componentes de un
aerogenerador de eje horizontal
Consideraciones:
• Las palas son un elemento fundamental que capta la
energía del viento.
• Las palas transmiten su giro a un eje alojado en la góndola,
donde esta también el generador eléctrico, la caja de
cambios y los mecanismos de control.
• La góndola reposa sobre una placa o plataforma, sobre la
que gira, cambiando el ángulo de guiñada, con el fin de
orientar la aeroturbina, de manera que su giro paralelo al
viento.
• La placa esta sobre una torre, que a su vez esta unida al
suelo mediante la cimentación.

20. Caja de
cambios Generador
Torre
Conexión de red
Cimientos
Góndola
Buje

21. a) Palas del rotor
Cumple los siguientes objetivos:
• Maximizar la energía obtenida mediante un diseño aerodinámico
apropiado.
• Limitar la potencia máxima a la nominal de la aeroturbina, a
través de un sistema de control adecuado.
• Evitar fenómenos de resonancia y amplificación excesiva de la
carga dinámica.
• Resistir las cargas extremas.
• Resistir las cargas por fatiga de acuerdo con las previsiones de
vida de la maquina.
• Evitar deflexiones. Las palas son como vigas empotradas en el
buje.
• Minimizar peso y coste.

22. b) Buje
• Es el componente de la aeroturbina que conecta las palas
al eje principal.
• A través del buje se transmite el par motor al generador, y
en general todas las cargas aerodinámicas y el peso de las
palas a la góndola.
• El buje puede ser rígido o puede permitir cierto juego o
movimiento relativo de las palas.
• El buje es la unión al eje de forma que no permita
deslizamientos.

23. c) Eje principal de baja velocidad – Eje lento
• Por el se transmite el par y soporta el peso de las palas.
• Además esta soportado por cojinetes que transmiten las
cargas a la góndola.
• En ocasiones alguno de los cojinetes suele estar integrado
en la caja de cambios.
• A veces la conexión a la caja de cambios se hace usando un
acoplamiento hidráulico para deslizamiento y amortigüe de
las fluctuaciones del par.

24. d) Caja de cambios
• Es responsable de aumentar la velocidad de giro para
poderse conectar la Aero turbina a la red eléctrica..
• Es una de las partes mas pesada.
• Pueden ser de ejes paralelos o planetarias. .

25. e) Eje de alta velocidad
Conecta la caja de cambios con el generador eléctrico.

26. f) Sistema de generación eléctrica
Hay dos tipos: generadores eléctricos síncronos y asincronos.

27. g) Freno mecánico
Además de los frenos aerodinámicos, las aeroturbinas suelen
llevar por seguridad algún freno mecánico. La norma indica
que debe haber ambos tipos de freno: aerodinámico y
mecánico.

28. h) Control de orientación
En general la góndola y las palas deben poder girar de manera
que se orienten alineadas con la dirección del viento.

29. i) Torre
Soporta la góndola y las palas que eleva a una altura
apropiada. Pueden ser tubulares o de estructura en forma de
rejilla.

30. j) Cimentación
Sirve para mantener derecha y estable toda la Aero turbina,
para soportar condiciones extremas de viento. Dependiendo
si se instala en suelo firme o en el mar.

31. 4.6 Consideraciones para implemntar un
aerogenerador
Las turbinas eólicas para uso residencial e industrial van entre 20 a
50 W de potencia:
a) Velocidad del viento
• Para esta variable se requiere una velocidad media del viento de
4 m/s durante el año (velocidad minima = 3 m/s y velocidad
máxima = 25/ms).
b) Velocidad de giro
• Como ya se indico, cuanto mayor sea la velocidad de giro menos
requerimientos se imponen en la caja de cambios.
c) Número de palas
• Cuanto mayor el número de palas, mayor será el coeficiente de
potencia óptimo. Esto se debe a que las perdidas asociadas a la
punta de las palas, disminuyen con el número de palas.

32. d) Control de potencia
• Se trata de conseguir un funcionamiento de la aeroturbina, en la
que para velocidades del viento mayores que la velocidad
nominal y menores que la velocidad nominal y menores que la
velocidad de corte la aeroturbina produce una potencia
constante.
e) Cuanto de energía se necesita?
• Se establece la demanda de energía a partir del uso doméstico o
industrial que se espera dar al sistema eólico.
f) Instalación de generador
• Es mejor instalar sobre una torre, antes que sujetar con cables y
otros mecanismos de sujeción
g) Posición del rotor respecto a la torre
• Puede ser aguas arriba (upwind o a barlovento), o aguas abajo
(downind o a sotavento) de la torre

40. Gracias