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2. HISTORIA DE LA ENERGÍA EÓLICA
2. HISTORIA DE LA ENERGÍA EÓLICA
la energía del viento
la energía del viento
Solo un 2 % de la energía solar que llega a la Tierra se convierte en energía eólica y por diversos motivos, sólo una pequeña parte de esta energía es aprovechable.
A pesar de ello, se ha calculado que el potencial energético de esta fuente de energía es unas 20 veces el actual consumo mundial de energía, lo que hace de la energía eólica una de las fuentes de energía renovables de primera magnitud.
La energía del viento es de tipo cinético (debida a su movimiento); ello hace que la potencia obtenible del mismo dependa de forma acusada de su velocidad, así como del área de la superficie captadora. Así, todas las máquinas que ha construido el hombre para obtener el mayor rendimiento posible de la energía del viento se basan en frenar el viento por medio de algún dispositivo colocado en su camino, como queda patente al hacer un breve repaso histórico del aprovechamiento de la energía eólica.
La energía eólica encontró su aplicación masiva más evidente con el uso de la vela en embarcaciones marinas, ya desde los antiguos egipcios en el quinto milenio A.C. y usándose aún hoy en día.
La primera máquina eólica conocida por la historia aparece en el año 1700 a.C. en Babilonia, usándose para bombear agua, aunque parece que en la antigua Persia (Siglo VII AC) se utilizaban ya molinos de eje vertical para moler grano y elevar el agua de riego. No obstante tenían un problema, y es que al usar muros de mampostería para aumentar el par sobre las palas que avanzan a sotavento, se anulaba la capacidad de orientarse según la dirección del viento. El control de la potencia se realizaba por medio de compuertas o postigos en las palas o la mampostería.
Anteriormente a éstos, y posiblemente como precursores, los chinos ya utilizaron un sistema de bombeo de agua llamado panémonas.
Hasta el siglo X no es posible encontrar documentos que mencionen los molinos de viento como práctica generalizada, pero a partir del siglo XI, aparecen en la zona mediterránea molinos con rotores a vela que derivan en los típicos molinos manchegos y mallorquines, probablemente por influencias llegadas de Europa, cuya característica era el rotor de cuatro aspas de entramado de madera recubierto de tela.
El molino occidental, en contraste, es de eje horizontal y se cree que podría haber sido una evolución del molino persa, eventualmente traído a Europa por los cruzados y entrando en el continente a través de España, Italia y Grecia.
Al ser de eje horizontal, requiere de un sistema de orientación para encarar el rotor al viento, lo cual complica su construcción, aunque la potencia que se obtiene es mucho mayor.
Aunque la evolución en la historia de los molinos de viento transcurre de forma continua, a finales de la Edad Media las innovaciones y las aplicaciones de las máquinas eólicas se producen con rapidez. Entre la segunda mitad del siglo XVIII y la segunda mitad del XIX, los molinos de viento europeos alcanzan su más alto nivel de perfeccionamiento, dentro de las limitaciones de la tecnología artesanal. Los sistemas de orientación y regulación se ven completados por mecanismos internos, convirtiendo los molinos de viento en factorías mecanizadas con un alto grado de automatización, incluyendo incluso sistemas de orientación. En estos modernos molinos sólo gira ya la parte superior del molino, que incluye el rotor, siendo la base una torre de ladrillo, piedra o madera, lo que les da una mayor solidez y duración.
Los usos a los que se les somete no sólo es moler cereal, sino también bombear agua, mover serrerías, extraer mineral… las potencias podrían cifrarse en unos 7.000 a 15.000 W y constituyeron los inicios de la revolución industrial, al concentrar a los artesanos en torno a los centros de producción y zonas favorables.
La aparición de la máquina de vapor y de los motores térmicos de combustión desplazó casi por completo a la máquina eólica en la revolución industrial del siglo XIX, quedando su uso limitado a las poblaciones rurales, especialmente las más pobres y remotas, siguiendo usándose para el bombeo de agua y la molienda.
En la segunda mitad del siglo XIX aparece una nueva generación de máquinas eólicas, con una concepción de diseño diferente: el "multipala americano" abrió el camino hacia mejoras en el rendimiento de estas máquinas, que no se produjo realmente hasta principios del siglo XX, cuando se aplicaron al diseño de los rotores las teorías aerodinámicas para usos aeronáuticos.
El funcionamiento de esta máquina era muy simple, con un rotor multipala acoplado a un sistema de biela-manivela que acciona una bomba de émbolo. Esta ha sido la máquina eólica más difundida, habiéndose fabricado unos 6 millones de unidades, de las cuales están hoy en servicio más de 150.000. En España se encuentran mucho en la isla de Fuerteventura.
Sobre esta base se fueron decantando las distintas familias de aeroturbinas: aerobombas (5 a 15rpm) aerogeneradores de potencias iniciales de unos 5000W para carga de baterías y los más modernos aerogeneradores para suplir otros generadores como los diesel en sitios apartados o para empezar a formar parte de la propia red eléctrica.
Uno de los fundadores de la industria eléctrica americana fue C Brush, inventor de dinamos, de baterías eléctricas y de la primera luz de arco comercial. Fundador de la General Electric Company, en 1887 construyó la primera turbina eólica de funcionamiento automático, un gigante de 17m de rotor, 60 pies de altura y 144 palas de madera que alimentaba a 350 bombillas y 3 motores eléctricos, con una potencia total de 12.000W. Funcionó durante 20 años.
A la vez, en Europa, donde históricamente el uso de aerobombas no había sido importante, pero se conocía y se consideraba el viento como una importante fuente de energía, también se empezaron a desarrollar los aerogeneradores. Dentro de un programa del gobierno danés, en el año 1892, el profesor La Cour diseñó el primer prototipo de aerogenerador eléctrico, y sus pasos fueron los primeros en el desarrollo de los modernos aerogeneradores, ya que, a pesar de su formación como meteorólogo, fue pionero en la experimentación aerodinámica, construyéndose su propio túnel de viento para sus experimentos.
Su aerogenerador, a pesar del poco rendimiento del rotor clásico que utilizaba, llegó a producir entre 20 y 35kW, construyéndose sobre una torre metálica de celosía de 24m de altura y usando un modelo cuadripala del que se llegaron a instalar casi 200 unidades hasta la 1ª Guerra Mundial.
La teoría aerodinámica desarrollada durante las primeras décadas del siglo XX permitió comprender la naturaleza y el comportamiento de la fuerza que actuaba sobre las palas y científicos que trabajaban en el campo aeronáutico establecieron los criterios que debían cumplir las nuevas turbinas eólicas. Asimismo, al aumentar la velocidad de giro, dejó de afectar en el rendimiento el número de palas, con lo que se empezaron a utilizar las aeroturbinas de dos y tres palas.
En 1924, Savonius desarrolló una turbina de eje vertical muy sencilla y barata de construir, que arranca con vientos muy bajos pero de pequeño rendimiento. En 1927 Darrieus desarrolló otra turbina de eje vertical, que hoy en día es una de las opciones de interés dentro del campo de los aerogeneradores, ya que su rendimiento y velocidades de giro son bastante elevados.
Aerogenerador Darrieus
A lo largo del siglo XX, las aplicaciones basadas en el aprovechamiento del viento fueron declinando, a medida que se hacía más popular el uso del petróleo. Aun así, en países como EEUU o Dinamarca se siguió con el estudio de esta energía, y así, en 1957 un alumno de la escuela de La Cour instaló en Gedser, Dinamarca, un aerogenerador de palas de 24m con control de paso y 200kW de potencia que funcionó durante 11 años sin mantenimiento.
La crisis energética de los años 70 inició de nuevo un período en el campo del aprovechamiento eólico, elaborándose innumerables programas de estudio que centraron su interés en dos grandes aspectos:
Elaboración de mapas eólicos y localización de emplazamientos.
Cálculo, diseño y construcción de plantas de gran potencia.
Dentro de un nuevo avance eólico del gobierno Danés, ya en 1952 se empezó a realizar el mapa eólico de este país. Esto permitió que el coste del kW instalado cayera más de un 50%, a partir de ahí se empezó a apoyar gubernamentalmente la instalación de aerogeneradores y las estrictas regulaciones de seguridad hicieron que los aerogeneradores empezaran a ser cada vez más eficientes, fiables y seguros.
Posteriormente, también en Dinamarca, el aerogenerador TVIND comenzó a operar en 1977, con una potencia nominal de 2 MW y un rotor de 54 m de diámetro, y constituyó otro hito histórico y tecnológico, ya que fue una prueba convincente de que la energía eólica podía ser utilizada a gran escala, gracias a los nuevos generadores y a la electrónica de potencia usada.
El concepto danés es un principio de diseño de una tecnología que se describe como sigue: una turbina de eje horizontal con tres palas operando a barlovento (de frente al viento), cuyas palas están fijadas rígidamente al cubo o centro del rotor. Este concepto, que ya había sido empleado en la turbina Gedser, se caracteriza por ser un diseño relativamente simple, fiable y robusto. La primera generación de turbinas eólicas comercialmente exitosas estaba basada en este principio.
Basados en el concepto danés aparecieron las primeras turbinas estándar a principio de los años ochenta. Una de las turbinas más famosa fue la de la firma Vestas de 15 m de diámetro y una potencia nominal de 55 kW (conocida por Vestas V15-55), que se convirtió en la representante típica de esta clase estándar en esos años, lo que facilitó su producción en serie.
Aunque ha habido altibajos, en Europa se siguió desarrollando imparablemente, sobre todo en países como Dinamarca, Alemania o España, y cada vez se fueron construyendo aerogeneradores más avanzados y de mayor potencia. Ahora mismo, la energía eólica está implantada en los cinco continentes y su desarrollo continúa. Los nuevos gigantes, como la Vestas V174 o la General Electric Haliade-X son los referentes de una nueva era, enfocada a la energía off-shore.
La energía eólica no contamina, es inagotable y frena el agotamiento de combustibles fósiles contribuyendo a evitar el cambio climático. Es una tecnología de aprovechamiento totalmente madura y puesta a punto.
Debido a ello, los gobiernos han apoyado la implantación de esta fuente de energía, que cada día cobra más importancia. Por ejemplo, en España la energía eólica se ha consolidado hace años como tercera tecnología del sistema eléctrico español, solo superada por las centrales térmicas de gas de ciclo combinado, y las nucleares.
Su desarrollo, junto con el de otras energías renovables como la solar, así como las graves consecuencias del cambio climático, han condenado a fuentes obsoletas y contaminantes, como el fuel-oil o el carbón, a la desaparición, en aras a un futuro más limpio.
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