04-Energía eólica

La energía del viento está relacionada con el calentamiento no uniforme de la superficie terrestre por parte de la radiación solar. Cuando una masa de aire se calienta tiende a subir, y cuando se enfría tiende a bajar.

La distribución ideal de corrientes de aire en la Tierra sería con aire caliente ascendente en el Ecuador, y aire frío descendente en los Polos, como en el gráfico de la izquierda. Pero las diferencias de calentamiento se producen tanto por la latitud como por la presencia de mares. Ésto provoca una serie de corrientes de aire en la Tierra, y debido al propio giro de ésta, aparecen vientos dominantes típicos de cada zona, como en el dibujo de la derecha:

Entre el 1 y 2% de la energía proveniente del sol se convierte en energía cinética del viento. Esta energía se ha aprovechado tradicionalmente mediante máquinas dotadas de aspas que recogen el aire para hacer girar un molino de cereal o una bomba de agua en los molinos holandeses.

Pero el giro también se puede aprovechar para obtener electricidad mediante aerogeneradores, que aprovechan hasta el 40% de la energía cinética del viento. Éstos aerogeneradores tienen un elemento provisto de varias palas que gira por acción del viento y transmite el giro a un generador eléctrico. Pueden tener su eje de giro horizontal, y el elemento es una hélice. Pero los aerogeneradores también pueden tener el eje vertical, al elemento se le llama rotor.

AEROGENERADORES DE EJE HORIZONTAL

Las máquinas de baja potencia o molinos americanos se utilizan para bombear agua.

AEROGENERADORES DE EJE VERTICAL

Históricamente fueron los primeros, utilizados ya en Babilonia, aprovechando el impulso del viento como en los anemómetros. Con este mismo principio se usan los rotores Savonius:

A partir de las primeras investigaciones aerodinámicas y del descubrimiento del principio de Bernouilli, por el cual el aire pierde presión cuando se acelera, se desarrollaron no sólo las alas de los aviones, sino también los aerogeneradores Darrieus y Giromill:

Estos aerogeneradores tienen varias ventajas respecto a los de eje horizontal, como sufrir menos vibraciones y, sobre todo, que no necesitan sistema de orientación.

VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA ENERGÍA EÓLICA

Normalmente se conceden una serie de ventajas como son:

• No produce ningún tipo de emisiones atmosféricas ni residuos contaminantes, y puede convivir con otros usos del suelo, por ejemplo prados para uso ganadero o cultivos.

• Su instalación es rápida, entre 6 meses y un año.

• Posibilidad de construir parques parques offshore (en el mar), donde el viento es más fuerte y constante.

Pero también hay unos inconvenientes:

• Los parques eólicos suelen estar situados en parajes naturales apartados, con lo que se produce un impacto en el paisaje debido a los propios molinos y a las líneas de alta tensión.

• El viento es imprevisible, por lo cual es necesario disponer de grupos de acumulación de energía para cubrir los momentos en que no hay viento. Pese a su dificultad, se empieza a desarrollar acumuladores de tipo químico (que hidrolizan el agua y separan el hidrógeno, almacenándolo para quemarlo luego en un motor). Pero el almacenamiento de energía por excelencia son las centrales hidroeléctricas de bombeo.

CÁLCULOS CON ENERGÍA EÓLICA

La energía que tiene el viento viene expresada por la siguiente ecuación:

donde:

• d: densidad del aire (1,225 kg/m³ en condiciones normales de 20º C y 1 atm de presión))

• S: superficie total de las aspas

• v: velocidad de paso del agua por la turbina

• t: tiempo considerado

Para ver cómo se obtiene la expresión, pulsa para visitar la demostración

Y nuevamente, hay que tener en cuenta que la energía o potencia útiles vienen afectadas por el rendimiento: