Energía Eólica. La Producción de Energías Alternas.

Juan Carlos Leal Caballero UNAD MEXICO 2014 JUAN CARLOS LEAL CABALLERO

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Energía Eólica. La Producción de Energías Alternas

INDICE

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

INTRODUCCION LA ENERGIA EOLICA HISTORIA EL AEROGENERADOR PANORAMA ACTUAL LEGISLACIONES EL FUTURO CONCLUSIONES FUENTES DE CONSULTA

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Energía Eólica. La Producción de Energías Alternas

1. INTRODUCCION Cada día con el aumento de la población mundial y con las nuevas necesidades de consumo de energía surgen preguntas sobre su producción y manejo. ¿Cuál es el futuro de la producción mundial de energía?, ¿cuáles son las alternativas con las que contamos para abastecer a la población mundial?, ¿qué están haciendo los gobiernos para satisfacer las necesidades de energía sin afectar el medio ambiente? Durante los últimos años el mundo ha volteado la mirada hacia la producción de energías limpias y amigables con el entorno obtenidas de fuentes renovables como lo son el sol, el viento, la biomasa, la geotermia, etc. pero aún se está muy lejos de las metas propuestas, por un lado los grandes costos de instalación y por otro lado la indiferencia de algunos gobiernos hacia el cambio son dos grandes razones que afectan la producción de energías limpias imposibilitando el crecimiento en ese sector. La importancia de la energía eléctrica radica en la necesidad de iluminar y calentar los hogares, preparar alimentos, extraer agua, mover grandes maquinarias, desplazarse, en un sin fin de actividades que realizamos y que serían en muchos casos, si bien no imposibles, sin energía eléctrica extremadamente difícil de llevarlas a cabo dificultando la vida cotidiana.

2. LA ENERGIA EOLICA Según la Secretaria de Energía de Argentina la energía eólica hace referencia a aquellas tecnologías y aplicaciones en que se aprovecha la energía cinética del viento, convirtiéndola en energía eléctrica o mecánica. Por otro lado la organización Bridges From Gray To Greening brinda un concepto más general definiéndola como aquella que transforma la energía cinética del viento. La energía eólica es la energía producida por la acción del viento sobre una superficie móvil transformándola, mediante un sistema mecánico o electromecánico en energía útil, dicho de otra manera es la transformación de la energía cinética del viento en energía eléctrica o mecánica con la ayuda de turbinas o aerogeneradores. Para la producción de energía a partir de la fuerza de los vientos ya sea energía eléctrica o mecánica el sol juega un papel importante ya que, además de brindarnos calor, luz, permitir la fotosíntesis en plantas, etc., es uno de los principales factores que influye en la generación de corrientes de aire sobre la superficie terrestre. El sol calienta la tierra de

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manera no uniforme siendo con mayor intensidad en las zonas cercanas al ecuador haciendo que exista diferencia en la temperatura entre los puntos situados sobre el globo( temperaturas mayores en puntos situados cerca del ecuador y menores en puntos alejados), el aire es calentado haciendo que el de mayor temperatura suba a las capas más externas de la atmosfera y el fresco baje debido a la diferencia en la densidad, el aire más denso desplaza al menos denso generando las corrientes, entre mayores sean las temperaturas del aire caliente y menores las de aire frio aunado al movimiento terrestre mayores serán la fuerza de los vientos. Pero, ¿que hace de la energía eólica una fuente tan atractiva y viable para la producción de energía eléctrica?, “La energía eólica no contamina, es inagotable y retrasa el agotamiento de combustibles fósiles contribuyendo a evitar el cambio climático. Es una tecnología totalmente madura y puesta a punto” (Rubio, Diseño de Aerogeneradores) por ello es una excelente fuente de energía, es renovable y limpia para abastecer de electricidad a los hogares, industrias, ciudades, etc. Las características que la hacen ser cada vez más utilizada y por las que se espera un crecimiento notable en su producción en los próximos años son: 1. 2. 3. 4. 5.

La energía eólica es una fuente inagotable. Es de origen limpio. No contamina. Costo de transformación a energía eléctrica relativamente bajo. Puede abastecer de electricidad a lugares remotos lejanos a la infraestructura tradicional. 6. El mantenimiento a los equipos es relativamente sencillo. Las desventajas del uso de la energía eólica son: 1. Solo se genera electricidad mediante los aerogeneradores en lugares donde el viento es lo suficientemente fuerte. 2. Los aerogeneradores o los parques eólicos deben estar alejados de las ciudades y edificios. 3. Para su instalación puede llegar a afectar el ecosistema debido al desplazamiento de ciertas especies endémicas de aves y mamíferos. 4. A muchas personas les desagrada el impacto visual de los aerogeneradores.

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3. HISTORIA El uso de la energía eólica no es nuevo, ha sido utilizado desde la antigüedad para moler granos, bombear agua, regar campos e incluso para mover ejércitos enteros en barcos a través de mares y océanos. Desde las investigaciones y experimentos realizados por uno de los más grandes científicos e inventores, Nikola Tesla quien vislumbraba un mundo donde la energía eléctrica fuera transferida de forma gratuita y rápida a todos los hogares del mundo mediante el uso de la corriente alterna, la humanidad ha dado grandes saltos en la producción cada vez más eficiente de energía eléctrica y muchos de los esfuerzos han sido encaminados a abastecer a la población pero descuidando el impacto ambiental que esto representa. Partiendo con la invención del generador eléctrico por Faraday en 1831 que después fue perfeccionado por Pixii en 1836 se realizaron diversos experimentos para lograr generar energía eléctrica de una manera más eficiente. A finales del Siglo XIX Charles F. Brush logro la construcción de la primer turbina eólica o aerogenerador( ver Fig. 1) para después ser mejorado por Paul Le Cour ( ver Fig. 2) quien es conocido como el pionero de la tecnología moderna en aerogeneradores, inventos que pusieron de manifiesto la posibilidad de generar electricidad con alta eficiencia a partir de la fuerza de los vientos sin la utilización de combustibles fósiles, sin contaminación y de manera casi gratuita pudiendo ser llevada a los lugares más apartados empujando al mundo a una nueva era en la generación de energía y de cuidado ambiental.

Fig. 1 Aerogenerador construido por Brush en 1888

Fig. 2 Aerogenerador construido por Paul laCour

No es hasta la década de 1970 con el desabasto de lo que hasta ahora es la principal fuente de energía en el mundo, el petróleo que la utilización de los vientos para

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generar energía eléctrica empezó a repuntar. Valiéndose de los inventos realizados desde la antigüedad en este rubro y de los avances en la tecnología aerodinámica, eléctrica y electrónica fue que los científicos e ingenieros realizaron diversos prototipos que aumentan la eficiencia y captación de los vientos, aerogeneradores con 2 y 3 palas, aerogeneradores en espiral y verticales empezaron a ser estudiados e instalados, aunque ya habían sido utilizados durante la década de 1940 y la época de la postguerra para proporcionar energía eléctrica en diversas ciudades.

4. EL AEROGENERADOR El aerogenerador es el dispositivo encargado de convertir la energía cinética del viento en energía eléctrica. Puede ser un dispositivo tan sencillo o tan complejo dependiendo de su utilización y las necesidades de energía, puede tratarse de un simple alternador capaz de producir unos cuantos Watts o ser la más compleja obra de ingeniería con una potencia en el rango de MW que, agrupados en parques eólicos, pueden abastecer ciudades enteras. En la figura 3 se esquematizan los pasos en el proceso de generación de energía eléctrica a partir de la energía eólica, en él se pueden identificar tres sistemas; el encargado de recibir la energía del viento, el sistema de potencia y el encargado de la generación de electricidad, aunque implícitamente existe un tercero que se trata de la torre o soporte sobre el que descansa.

Fig 3. (Iannini, González, Sabino. Energía Eólica, Teoría y Características de Instalaciones)

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En la práctica, el generador eólico se divide en: 1. Soporte 2. Góndola 3. Hélice Soporte El soporte es la base sobre la que descansa el aerogenerador completo, debe poder resistir el peso y las inclemencias del tiempo ya que se encuentra expuesto a fuertes vientos y lluvias así como a la corrosión. Existen diferentes tipos de soporte utilizados y esto dependerá de los requerimientos y las necesidades del consumidor. La altura del soporte es dado por el análisis detallado del área donde se instalan los aerogeneradores ya que se espera se encuentren situados donde la captación de los vientos sea la mejor, por lo general se recomienda ser instalados a una altura aproximada de 35 metros. Góndola Se trata de la carcasa en la que se encuentran todos los componentes mecánicos y eléctricos y su función es la de protegerlos. Dentro de la góndola se encuentran diferentes mecanismos, los cuales se explican a continuación en la Fig. 4 tomando como base el diseño más básico de un aerogenerador:

Fig. 4 Partes de un aerogenerador ~6 Imagen obtenida de energiasrenovadas.com

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Soporte principal: es el acoplamiento que se da entre el rotor proveniente de la hélice y la caja de cambios. Caja de cambios: se trata de una transmisión y su función es la de tomar la potencia generada por el viendo en el rotor y aumentar las revoluciones por minuto, esto se logra con un tren de engranajes diseñados para que cada giro del rotor a la entrada sea multiplicado, movimiento que será aprovechado por el generador eléctrico. Generador: se trata del sistema electromecánico capaz de convertir el movimiento del rotor proveniente de la salida de la transmisión en corriente eléctrica, se encuentra conformado por imanes y bobinados, dependiendo del tamaño del generador será la potencia total que podrá ser entregada por el aerogenerador. Sistema de control: Controla la salida de corriente, es el encargado de eliminar picos de voltaje no deseados. Motor orientador: es un sistema que le permite al aerogenerador orientarse en sentido del viento moviendo la Góndola completa para obtener el máximo rendimiento en la captación de vientos. Además de los sistemas mencionados, los aerogeneradores modernos cuentan con un sistema de seguridad con el cual el operador puede, mediante un freno de disco, detener el movimiento de la hélice, esto como medida de control y para efectuar mantenimientos al equipo. Además se tiene un Clutch mecánico que, en caso de que la fuerza de los vientos sobrepase los límites esperados éste desconecta la hélice del rotor para evitar daños al aerogenerador.

5. PANORAMA ACTUAL Hoy en día, los aerogeneradores son tan pequeños para abastecer energía eléctrica para un solo hogar o tan grandes que, agrupados en lo que llamamos granjas eólicas logran abastecer de electricidad a ciudades enteras. La creación de granjas eólicas es un reto enorme para la ingeniería ya que es indispensable un análisis completo de la zona, los vientos y las condiciones climáticas, además de lograr la mayor eficiencia en la producción de energía eléctrica lo

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que representa mayores ganancias para los inversionistas pero también se busca cuidar la forma de generar energía con lo que todos ganamos. Actualmente el crecimiento en la generación de energía limpia es acelerado ya que está dando resultados satisfactorios alrededor del mundo, países como España y Noruega llevan un paso adelante, en ellos existen legislaciones vigentes que protegen los intereses de quienes optan por utilizar este tipo de energía además de brindar estímulos fiscales. Según los datos de la Asociación Mundial de Energía Eólica (WWEA), los aerogeneradores conectados hasta el año 2009 sumaban una potencia instalada de 215 GW, logrando la cobertura del 2 por ciento del consumo energético mundial. En México, hasta el 2013 según la Asociación Mexicana de Energía Eólica (AMDEE) había una capacidad instalada de 1917 MW con 26 parques eólicos operando a nivel nacional, siendo el 40% de la demanda de energías renovables en el país.

6. LEGISLACIONES Las legislaciones y normas mexicanas para el uso y producción de energía se encuentran establecidas por la Secretaria de Energía. NOM-002-SEDE-1999: requisitos transformadores de distribución.

de

seguridad

y

eficiencia

energética

para

NOM-001-SEDE-2005: instalaciones eléctricas y su utilización. NOM-113-SEMARNAT-1998: establece las especificaciones de protección ambiental para la planeación, diseño, construcción, operación y mantenimiento de subestaciones eléctricas de potencia o de distribución que se pretendan ubicar en áreas urbanas, suburbanas, rurales, agropecuarias, industriales, de equipamiento urbano o de servicios turísticos. NOM-114-SEMARNAT-1998: establece las especificaciones de protección ambiental para la planeación, diseño, construcción, operación y mantenimiento de líneas de transmisión y de subtransmisión eléctrica y distribución que se pretendan ubicar en áreas urbanas, suburbanas, rurales, agropecuarias, industriales, de equipamiento urbano o de servicios turísticos.

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NOM-081-SEMARNAT-1994: establece los límites máximos permisibles de emisión de ruido de las fuentes fijas y su método de medición.

7. EL FUTURO Existe mucho trabajo por delante, por un lado el lograr mayores inversiones en este rubro mediante legislaciones e incentivos, seguir mostrando al mundo la viabilidad de estas tecnologías y por otro lado la investigación en desarrollo de equipos más eficientes son los retos que se presentan para las nuevas generaciones.

Fig. 5 Eficiencia de los aerogeneradores actuales (Iannini, González, Sabino. Energía Eólica, Teoría y Características de Instalaciones)

El pronóstico del uso de energía eólica hacia el año 2030 llevado a cabo por El Consejo Global de Energía Eólica, es que este tipo de energía cubrirá entre el 25 y el 30 por ciento de la demanda mundial. Para México según la AMDEE hacia el año 2022 se espera tener capacidad de producción de 15000 MW.

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8. CONCLUSIONES Ante las necesidades crecientes en la generación de energía y las actuales condiciones climáticas derivadas de la contaminación con combustibles fósiles, la energía eólica representa una fuente viable y con gran potencial para abastecer a la población mundial. No se debe perder de vista los objetivos y el compromiso para con las nuevas generaciones, somos responsables de utilizar todo el conocimiento desarrollado y aplicarlo, hoy por hoy uno de los temas de actualidad y que nos ocupan son los referentes al cambio climático y su prevención, en este contexto la búsqueda de nuevas alternativas de generación de energía en cuyos procesos de obtención no exista contaminación o al menos sea mínima son un compromiso para con el planeta mismo. Hace décadas que científicos e ingenieros han trabajado en desarrollar dispositivos cada vez más eficientes que puedan ser utilizador por el hombre para su propia satisfacción y comodidad pero en los últimos años el enfoque ha sido la parte ambiental sin dejar de lado la parte creativa y de innovación. La energía eólica resulta ser una excelente alternativa de generación de energía eléctrica en con un enfoque ambiental.

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9. FUENTES DE CONSULTA

http://www.energia.gob.mx/ http://www.uclm.es/profesorado/ajbarbero/FAA/EEOLICA_Febrero2012_G9.pdf http://web.ing.puc.cl/power/paperspdf/CapituloEolico.pdf http://www.inti.gob.ar/e-renova/erTO/pdf/libro_energia_eolica.pdf http://www.sener.gob.mx/res/0/ER_para_Desarrollo_Sustentable_Mx_2009.pdf http://www.greenjobsproject.eu/fotos/descargas/Ventajasinconvenientes%20energias%20renovables.pdf http://www.agenergia.org/files/resourcesmodule/@random49ae9a23d0d51/1236187387 _Practicas_energ_eolica2.pdf http://www.windygrid.org/manualEolico.pdf http://www.cnea.gov.ar/sites/default/files/eolica1.pdf

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