ESTADO DEL ARTE DE LAS TECNOLOGÍAS Y TIPOS DE APROVECHAMIENTO EÓLICO
En los últimos años, los países desarrollados han tenido grandes avances en la tecnología para el aprovechamiento adecuado de la energía eólica, actualmente constituye una de las principales alternativas para la generación eléctrica renovable, gracias a los avances tecnológicos en aerodinámica, materiales, control y almacenamiento energético.
Tecnologías actuales de aprovechamiento eólico
Basadas principalmente en aerogeneradores, que convierten la energía cinética del viento en energía eléctrica mediante un generador acoplado a un rotor.
Las principales innovaciones incluyen:
§ Aerogeneradores de eje horizontal (HAWT):
Los más utilizados a nivel mundial. Poseen tres palas orientadas hacia la dirección del viento y ofrecen altos niveles de eficiencia (hasta el 50% del límite de Betz). Su capacidad varía desde unos pocos kilovatios (kW) para aplicaciones domésticas hasta más de 15 MW en turbinas offshore.
§ Aerogeneradores de eje vertical (VAWT):
§ Aerogeneradores basados en el principio de sustentación (Darrieus)
Se destacan por su simplicidad mecánica y su capacidad para operar con vientos turbulentos o variables. Aunque su eficiencia es menor que la de los HAWT, se están desarrollando nuevos diseños como el Darrieus mejorado y el Savonius híbrido, con aplicaciones en entornos urbanos o rurales aislados.
Turbinas offshore (marinas):
Representan el futuro del aprovechamiento eólico a gran escala. Estas turbinas, instaladas en plataformas fijas o flotantes, aprovechan vientos más constantes y potentes del mar. Ejemplo: turbinas flotantes como la Hywind Scotland o WindFloat Atlantic. Su capacidad supera los 14–18 MW por unidad.
Turbinas Onshore (terrestre)
Se instalan parques eólicos en zonas de alto recurso eólico (valles, llanuras, montañas). Su principal ventaja es el menor costo de instalación y mantenimiento comparado con el offshore
Turbinas inteligentes con sistemas de control avanzado:
Incorporan sensores y algoritmos de control adaptativo que ajustan el ángulo de paso y la orientación del rotor para maximizar la producción energética y minimizar el desgaste. También utilizan inteligencia artificial y mantenimiento predictivo para optimizar el rendimiento.
Materiales compuestos y diseño aerodinámico avanzado:
Las palas actuales utilizan fibra de carbono o materiales híbridos que reducen peso y aumentan la resistencia, permitiendo mayores longitudes (más de 100 metros por pala).
Características técnicas de un Aerogenerador
Potencia nominal
· Varía desde 1 kW a 100 kW en microgeneradores y hasta 15–18 MW en turbinas eólicas marinas (offshore).
Velocidad del viento
- · Velocidad de arranque: 3–4 m/s (viento mínimo para generar energía).
- · Velocidad nominal: 12–15 m/s (Viento que alcanza su máxima potencia).
- · Velocidad de corte: 25–30 m/s (Se detiene para evitar daños por exceso de viento).
Rotor y palas
- · El rotor está formado por 2 o 3 palas de material compuesto (fibra de vidrio, carbono o epoxi).
- · Diámetro: entre 40 y 160 metros, dependiendo de la potencia del equipo.
- · Las palas están diseñadas con perfil aerodinámico, similar al de un ala de avión.
Eje y orientación
- · Eje horizontal (HAWT): el más común, con orientación hacia el viento mediante una góndola móvil.
- · Eje vertical (VAWT): funciona independientemente de la dirección del viento (tipos Darrieus o Savonius)
Torre
- Altura entre 30 y 160 m depende del tamaño del Aerogenerador y puede ser de acero tubular o concreto
Generador eléctrico
- Convierte la energía mecánica del eje en electricidad, puede ser síncrono o asíncrono, y está acoplado al rotor mediante un multiplicador de velocidad o sistema directo sin engranajes.
Sistema de control
- · Control de orientación
- · Control del ángulo de las palas (pitch control).
- · Frenos aerodinámicos y mecánicos para seguridad.
- · Sensores y algoritmos de inteligencia artificial para mantenimiento predictivo.
Sistema eléctrico
- Incluye convertidores de potencia, transformadores y cableado interno, Permitiendo conectar la energía generada a la red eléctrica o a sistemas de almacenamiento (baterías o hidrógeno).
Eficiencia y rendimiento
- · El límite teórico de aprovechamiento (Límite de Betz) es 59,3 %.
- · Los aerogeneradores modernos alcanzan eficiencias reales del 45–50 %.
BIBILIOGRAFIA
[1] E. M. Alave-Vargas, R. Orellana Lafuente, D. F. Sempértegui-Tapia, E. M. Alave-Vargas, R. Orellana Lafuente, y D. F. Sempértegui-Tapia, «ESTADO DEL ARTE SOBRE AEROGENERADORES DE EJE VERTICAL», Investig. Amp Desarro., vol. 22, n.o 1, pp. 161-172, 2022, doi: 10.23881/idupbo.022.1-13i.
B