Resumen de Eficiencia Energética y Energías Renovables

## Introducción La energía eólica transforma la energía cinética del viento en energía eléctrica mediante aerogeneradores. Este material explica los componentes principales de un aerogenerador, su principio de funcionamiento y aspectos prácticos de diseño y seguridad, con ejemplos y comparaciones que facilitan el estudio para estudiantes que no asisten a clases presenciales. > Definición: Un aerogenerador es una máquina que convierte la energía mecánica producida por el viento en energía eléctrica mediante un rotor, un tren de potencia y un generador. ## Principio básico de funcionamiento Las palas del rotor generan fuerzas aerodinámicas al interactuar con el viento. La diferencia de presión entre la cara superior e inferior de un perfil produce una fuerza resultante que se descompone en: - Fuerza de sustentación (perpendicular al viento) - Fuerza de arrastre (paralela al viento) En la mayoría de los aerogeneradores modernos la fuerza dominante es la **sustentación**, lo que permite mayor potencia con menos peso. > Definición: Velocidad de conexión es la velocidad mínima del viento necesaria para que la turbina venza rozamientos y comience a generar; típicamente entre $3$ y $5\ \mathrm{m/s}$. > Definición: Velocidad de corte es la velocidad del viento a partir de la cual por razones de seguridad la turbina se detiene; típicamente alrededor de $25\ \mathrm{m/s}$. Did you know que la potencia entregada por una turbina se mantiene en su potencia nominal aún si el viento aumenta por encima de esa condición hasta la velocidad de corte? ## Tipos de rotores y eje ### Rotores de eje horizontal - Eje paralelo al suelo y a la dirección del viento. - Ventaja: mejor aprovechamiento de corrientes a gran altura ($40$--$60\ \mathrm{m}$). - Desventaja: transporte y montaje complejos por sus grandes dimensiones. Subclasificación: - Orientadas a barlovento: enfrentan el viento, mayor rendimiento, requieren sistema de orientación. - Orientadas a sotavento: el viento orienta la góndola; menor aprovechamiento pero diseño más simple. ### Rotores de eje vertical - No requieren orientación hacia el viento; captan viento desde cualquier dirección. - Suelen tener menor velocidad de giro y necesitan mayores relaciones de multiplicación. Tipos destacados: - Rotor Savonius: simple, ideal para bajas velocidades, útil para bombeo de agua. - Rotor Darrieus: palas en forma de ala, no arranca por sí solo, pero eficiente una vez en marcha. ## Componentes principales ### Palas - Diseñadas según perfiles aerodinámicos y calibradas para minimizar vibraciones y ruido. - Cada fabricante tiene geometrías y materiales propios. ### Góndola y tren de fuerza - La góndola alberga eje del rotor, cojinetes, caja multiplicadora, generador, acoplamiento y frenos. - Debe poder orientarse mediante rodamientos para seguir la dirección del viento. ### Caja multiplicadora - Función: aumentar la velocidad de giro del eje lento (por ejemplo $18$--$50\ \mathrm{rpm}$) a la velocidad del generador (por ejemplo $\approx 1750\ \mathrm{rpm}$). - Configuraciones comunes: tren planetario y tren tándem; algunos diseños híbridos combinan ambos. > Definición: "Turbina sin caja multiplicadora" es aquella que usa un generador multipolo de anillo que gira a baja velocidad y se conecta directamente, evitando la caja. Tabla comparativa: caja multiplicadora vs conexión directa | Elemento | Caja multiplicadora | Conexión directa (sin caja) | |---|---:|---:| | Velocidad de rotor | Baja | Baja | | Velocidad de generador | Alta (mediante multiplicador) | Igual a rotor | | Complejidad mecánica | Alta | Menor mecánica, mayor tamaño del generador | | Ejemplo típico | Mayoría de turbinas con generador estándar | Turbinas ENERCON con generador de anillo | ### Generador - Tipos: asincrónicos (inductivos) y sincrónicos. - Generadores asincrónicos (indirectamente llamados de inducción) suelen conectarse directamente a la red cuando funcionan a velocidad casi constante. - Generadores sincrónic