3. COMPONENTES Y FUNCIONAMIENTO DE UN AEROGENERADOR

tipos de aerogeneradores empleados en la actualidad

Las máquinas empleadas para transformar la fuerza cinética del viento en electricidad reciben el nombre de turbinas eólicas o aerogeneradores. Éstos se dividen en dos grandes grupos: los de eje horizontal y los de eje vertical. Aunque a día de hoy se siguen instalando aerogeneradores multipala o de eje vertical, sobre todo en modelos de baja potencia, el aerogenerador de eje horizontal, considerado el más eficiente, es, con diferencia, el más empleado en la actualidad y, sin duda, el modelo que más se ha desarrollado y más se usa es el de eje horizontal y 3 palas (aerogenerador "tradicional").

También de una forma muy puntual, podemos encontrar variantes a la tradicional, con 2 aspas (aerogenerador bipala) una sola pala, o incluso se están desarrollando aerogeneradores sin ellas (aerogenerador "vortex").

el aerogenerador tripala

El modelo de aerogenerador más extendido en la actualidad, y el que está desarrollando las mayores prestaciones, es el modelo tripala. Es un diseño que alcanza el equilibrio perfecto, a día de hoy, entre potencia ofrecida y coste de instalación.

El principio básico de funcionamiento del aerogenerador es el siguiente:

• Aprovechando la energía cinética del viento, movemos unas aspas (palas) .

• Las palas transforman la fuerza en una fuerza rotacional que, a través de un eje, y multiplicando por medio de una caja de engranajes la velocidad de giro, accionan el rotor de un generador.

• El generador convierte esta energía en energía eléctrica.

• Un transformador adapta la energía producida a la red usada en la zona.

partes principales:

las palas o aspas

Están diseñadas para que giren con en el viento. Mueven el generador de la turbina. Las turbinas más modernas generalmente constan de tres palas. La pala más grande fabricada hasta ahora mide 107 m de longitud. A través de un sistema mecánico, eléctrico o hidráulico, las palas giran, con el objetivo de adaptarse a la velocidad del viento y conseguir una velocidad de giro del rotor lo más constante posible. Se encarga de buscar el ángulo requerido en la pala para las distintas condiciones: trabajo, parada, servicio.

Las palas se fabrican en materiales ligeros, principalmente fibra de vidrio, con refuerzos de materiales más rígidos como madera o fibra de carbono. El diseño de las palas está estudiado para que se consiga el empuje requerido según el ángulo de ataque a las que se coloquen, y para que en posición de parada o bandera consigan, por sí solas parar el aerogenerador.

Las palas se unen al buje por medio de una brida atornillada.

el buje

• Es un punto de unión muy importante, pues sujeta las palas y traslada su peso y fuerzas soportadas. Por ello, su mayor componente es el chasis, realizado en fundición de acero.

• El buje o hub contiene también el sistema de giro de las palas. Los sistemas de giro actualmente son casi siempre hidráulicos, pero también hay modelos eléctricos o mecánicos, accionados desde la nacelle. Un Rodamiento conecta la pala y el cuerpo del buje, posibilitando el giro de la misma.

• Para accionar el giro en los aerogeneradores con sistema hidráulico, un grupo hidráulico accionado desde la nacelle actúa de forma controlada unos cilindros que mueven los rodamientos.

• Finalmente, el buje es recubierto con paneles de fibra de vidrio que dan la forma aerodinámica y protegen los elementos internos.

sistema de transmisión

Este sistema transmite el movimiento que se produce por el viento desde las palas al generador. Este componente se encarga de elevar la velocidad de las palas al generador mediante un conjunto de engranajes que actúan a modo de caja de cambios. Además, el sistema de transmisión se encarga de trasladar las cargas y pesos del rotor al chasis.

Por lo normal, el sistema de transmisión comprende un eje con uno o más rodamientos, la multiplicadora y el sistema de frenado.

• El eje (en blanco) se encarga de transmitir el giro del rotor, a baja velocidad (12-15rpm) y, conectado al chasis de la nacelle por medio de uno o más rodamientos, transmite los pesos hacia la torre y la cimentación.

sistema de giro de la nacelle

Entre la góndola y la torre tenemos el sistema de giro, que es capaz de orientar el rotor en la dirección del viento. Para maximizar la producción y controlar las fuerzas en las palas, es esencial poder mover la turbina con el viento. Los instrumentos de medición que equipa la turbina miden tanto la dirección como la velocidad del tiempo, y esos datos son leídos por el controlador, que acciona el sistema de giro.

El sistema de giro tiene un rodamiento que es accionado por unos motores eléctricos y un sistema de frenado para mantener el rotor en la posición deseada.

el generador

sistema de control

Son los componentes que transmiten y procesan la información de los distintos sensores y de las condiciones en las que se encuentra la máquina: temperatura, viento, desgaste, necesidad de servicio… se miden los datos de los distintos componentes y un controlador analiza los datos y también los envía a un centro de control remoto, desde donde se analizan las condiciones de todas y cada una de las turbinas que hay en funcionamiento.

Para realizar el control de la potencia entregada, se usan tiristores (un tipo de semiconductor, que puede ser controlado electrónicamente).

sistema de refrigeración

Debido a las grandes potencias generadas, a los componentes mecánicos en movimiento, y a las temperaturas extremas en las que los aerogeneradores han de trabajar, se instalan sistemas de refrigeración, donde se combinan aceites, anticongelantes, sistemas de ventilación por aire, calentadores eléctricos, etc. para asegurar las temperaturas de trabajo adecuadas en cada uno de los elementos de la turbina.

otros sistemas

Dentro de la nacelle podemos encontrar otros sistemas que ayudan al funcionamiento general y facilitan las operaciones de funcionamiento y mantenimiento: sistemas de detección y extinción de incendios, sistemas de control de vibraciones, módulo de grúa para subir y bajar recambios de la nacelle al suelo, iluminación interior, etc.

Finalmente, la nacelle es recubierta con paneles de fibra de vidrio que protegen y aíslan los componentes interiores y con unas escotillas en el techo para facilitar la entrada de luz natural.

transformación de la electricidad

• Para poder transportar la electricidad producida minimizando las pérdidas, es necesario elevar el voltaje. Mediante transformadores vamos a subir y bajar la tensión eléctrica para adaptarla a las necesidades de la red.

• Cada aerogenerador está dotado de un transformador que adapta el voltaje proporcionado por el generador al de la red local donde se encuentre instalada la turbina. El transformador se instalará, dependiendo del modelo de aerogenerador, en la nacelle o en la torre. Mientras que el generador produce tensiones inferiores a 1000V, el transformador las eleva a valores entre los 10.000 y 40.000 Voltios.

• Por medio de distintas etapas de transformación, se adapta el voltaje para el transporte y distribución de la energía eléctrica.

• Desde un gran centro de control, se conectan y desconectan las distintas fuentes de generación eléctrica para satisfacer la demanda instantánea de los usuarios.

torre

La torre es el componente que da soporte al resto. La torre sirve de acceso a los trabajadores para realizar las tareas de mantenimiento necesarias para mantener en funcionamiento la máquina. La altura y el diámetro de la torre variarán en función del viento en la zona, del peso, fuerzas a soportar específicas y del número y tipo de palas que llevará montada la turbina eólica.

Las torres se fabrican por chapas de acero que se enrollan y se sueldan en tramos, los cuales se conectan entre sí atornillándose en el parque.

Dentro de la torre vamos a tener sistemas de control, para poder ver el estado de la turbina y conectarla/desconectarla sin necesidad de subir a la nacelle. Encontraremos también los interruptores generales de conexión y desconexión del aerogenerador a la red, y otros sistemas de iluminación, comunicación y control. La torre tiene una escalera para poder subir a la nacelle y al rotor, con distintas plataformas intermedias, y en algunos casos dispone de un montacargas para facilitar las tareas de mantenimiento.

cimentación

La cimentación se encarga de transmitir al suelo las cargas totales que soporta el aerogenerador. En instalaciones en tierra firme se fabrican en hormigón armado, mientras que en instalaciones marinas se usan estructuras de acero que se "clavan" sobre el fondo marino. También se han desarrollado plataformas flotantes, las cuales se mantienen ancladas al suelo marino.

vídeo resumen

funcionamiento del aerogenerador

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