Cómo funcionan los aerogeneradores: La ciencia detrás del diseño
Para producir energía a partir del viento natural se necesitan turbinas. Estas turbinas tienen tres palas para extraer la máxima cantidad de energía cinética del viento. Cada pala tiene una longitud diferente, por lo que las velocidades y presiones del viento son distintas entre ellas. La pala más corta se encuentra en la parte inferior de la turbina, ya que atrapa y fuerza el aire hacia abajo para impulsar el generador situado encima. Las palas centrales, más altas y largas, fuerzan el aire hacia arriba y hacia fuera de la parte superior, reduciendo la presión allí. Esto ayuda a traer el aire desde abajo, donde ahora es más fácil de atrapar debido a la menor presión desde arriba debido a la tercera pala más corta. Siga leyendo para conocer más detalles…
¿Por qué los aerogeneradores tienen tres palas?
Es más fácil entender el funcionamiento de los aerogeneradores observando primero la pala más corta, la del medio. La longitud más corta y la orientación hacia arriba de la pala significa que atrapa el aire localmente. Esto provoca una reducción de la presión por encima de la pala y un aumento por debajo. En cambio, la pala superior, más larga, está orientada hacia abajo, lo que ayuda a que el aire se desplace desde arriba hacia abajo. Esta corriente de aire descendente debida a la pala superior provoca un aumento de la presión por encima de la pala y una disminución por debajo. La combinación de estas diferencias de presión provoca un flujo de aire desde arriba de las turbinas, a través de ellas, y por debajo de las mismas. Este flujo de aire arrastra el viento y lo lleva hacia el suelo. La energía cinética del viento se convierte en energía potencial después de pasar por la turbina. Esto ocurre porque la diferencia de presión por debajo de la turbina es mayor que por encima.
¿Cómo extraen las turbinas la energía del viento?
La diferencia entre las presiones por encima y por debajo de la pala central más corta es mayor que las presiones por encima y por debajo de la pala superior más larga. Esto significa que la pala central empuja más aire hacia abajo y hacia fuera de la turbina que la pala superior. Esta diferencia de presión provoca un flujo de aire desde arriba, a través de las turbinas, y por debajo de las mismas. La diferencia de presión hacia arriba entre los álabes superiores y los centrales provoca un flujo de aire desde abajo hacia arriba de las turbinas. Estos dos flujos de aire arrastran el viento y lo llevan hacia el suelo. La energía cinética del viento se convierte en energía potencial después de pasar por las turbinas. Esto ocurre porque la diferencia de presión por debajo de las turbinas es mayor que por encima. Estos dos flujos de aire, uno desde arriba y otro desde abajo, se combinan y se alejan de la turbina. Este flujo de aire se lleva tanto la energía del viento como el calor de la turbina.
Ventajas de las turbinas eólicas
– Bajos costes de funcionamiento: Las turbinas tienen pocas piezas móviles, por lo que el mantenimiento necesario es muy bajo. La energía producida por las turbinas es suficiente para su funcionamiento, y no se necesita combustible adicional. – Disponibilidad: Las turbinas pueden producir energía incluso cuando no hay viento. Esto se debe a que extraen la energía de la diferencia de presión creada por el viento. – Estabilidad: La variabilidad de la velocidad del viento es baja y es constante durante largos periodos de tiempo. Esto significa que hay una gran previsibilidad, lo que permite a los aerogeneradores producir un suministro constante de electricidad. – Reducción de las emisiones de CO2: Los aerogeneradores no producen emisiones de CO2 ni otros contaminantes nocivos. Tampoco consumen combustibles que produzcan CO2 al ser quemados. – Respetuosos con el medio ambiente: Una vez construida la turbina, tiene muy poco impacto en el medio ambiente. Los únicos subproductos son aire y agua limpios. – Escala: Los aerogeneradores pueden construirse en cualquier tamaño para adaptarse a las necesidades de un lugar concreto. – Seguridad: Los aerogeneradores son extremadamente seguros. De hecho, el sonido de sus aspas es más peligroso que la exposición al rotor.
Desventajas de los aerogeneradores
– Ruido: El ruido producido por la turbina durante su funcionamiento es molesto y fuerte. Puede oírse hasta a 16 kilómetros de distancia en determinadas condiciones. – Contaminación visual: La vista de los aerogeneradores no es tan agradable como la de otras fuentes de energía. Como son visibles desde largas distancias, a veces las comunidades cercanas las consideran una monstruosidad. – Seguridad: Hay algunos accidentes raros, como cuando los pájaros vuelan hacia la turbina. Las grandes aspas de los aerogeneradores pueden ser peligrosas si la gente se acerca demasiado. – Falta de fiabilidad: Los aerogeneradores producen energía cuando sopla el viento. Esto significa que pueden ser poco fiables cuando no hay viento. – Coste: La construcción y el mantenimiento de los aerogeneradores son caros. A veces, el coste de la energía producida es mayor que la energía necesaria para su funcionamiento. – Uso del suelo: La construcción y el mantenimiento de los aerogeneradores requiere mucho terreno. Esto significa que sólo pueden utilizarse en determinados lugares.
Cómo producen electricidad las turbinas
En el apartado anterior hemos visto cómo las turbinas eólicas atrapan el viento y utilizan su energía cinética para producir energía potencial. Ahora veremos cómo la energía potencial se convierte de nuevo en electricidad. Las palas de la turbina giran, y el movimiento de las palas hace que el eje de la turbina también gire. Este eje está conectado a un generador que produce electricidad. Esta electricidad se transporta a través de líneas de transmisión hasta el lugar donde se necesita. Las turbinas eólicas funcionan mejor cuando la velocidad del viento está entre 6 y 25 millas por hora. La cantidad de electricidad que se puede producir depende del tamaño de la turbina. Las turbinas más pequeñas pueden utilizarse para hogares y empresas, mientras que las más grandes son necesarias para toda una ciudad.