Evolución De Los Sistemas De Orientación
Desde la aparición de los molinos de viento, la orientación del rotor fue el problema más importante que impidió su desarrollo. Desde los sistemas de orientación mediante palanca de los primeros molinos, se han inventado numerosos artilugios pero la verdadera solución al problema la aportaron las mejoras de diseño que estaban dirigidas a reducir el volumen y el peso de la parte del rotor que había de orientarse y la introducción de rodamientos y piezas deslizantes.
El primer sistema de auto-orientación lo invento el inglés Edmund Lee en 1745. El mecanismo consistía en un rotor auxiliar, dispuesto perpendicularmente al rotor principal, que iba montado sobre la escalera de acceso al molino y acoplado a unas ruedas apoyadas sobre el suelo (Fig. I-11). Cuando el molino no estaba debidamente orientado, el viento incidía sobre el rotor auxiliar, y este actúa sobre las ruedas y movía a la máquina. Este sistema automático de orientación se utilizó, en principio, en Inglaterra durante el siglo XVIII, y en el siglo siguiente se extendió por Holanda y los Países Bajos.
Las palas de los molinos anteriores al siglo XVI se construían con un entramado de varillas a ambos lados de un mástil principal, cubriéndose posteriormente con una tela (Fig. I-12a).
Más tarde, el mástil se colocó en el borde de ataque de la pala, de forma que soportara mejor la entrada de aire y le diera cierta torsión a la pala a lo largo de su envergadura, con el fin de mejorar su rendimiento aerodinámico (Fig. I-12b). Las palas con torsión se desarrollaron en el siglo XVII y la incorporación de los sistemas de regulación aerodinámica en el XVIII.
La pala con freno aerodinámico incorporado fue inventada por Andrew Meikle en 1772. Estas palas llevaban un flap en el extremo que actuaba mediante un resorte cuando el viento era demasiado fuerte (Fig. I-12c).
En 1807, Sir Eilliam Cubitt incorporó unas masas de acción centrifuga en el extremo del mecanismo y consiguió así, por primera vez, un sistema de regulación automática (Fig. I-12d).
A pesar de las avances técnicos conseguidos para los molinos trípode y los de tipo torre, la orientación de estas máquinas, que cada vez eran de mayor tamaño, constituía un problema de difícil solución. Tal vez por esta razón los sistemas de eje vertical nunca llegaron a desaparecer, a pesar de ser, por su aerodinámica, menos eficaces. Las mayores aportaciones en lo que se refiere a los molinos de eje vertical se deben al francés Jacques Bressons y al obispo polonés Verancio.
Bressons, en su obra Théâtre des instruments mathématiques et mécaniques publicada en 1578, desarrollo un sistema de rotor de eje vertical (Fig. I-13) que posiblemente fue el antecesor del que desarrollaría el ingeniero finlandés Sigurd Savonius en 1924.
El obispo Verancio, publicó en 1616 una obra titulada Machinae Novae; en ella recogía gran parte de los conocimientos de su época sobre las máquinas eólicas y describía algunas turbinas desarrolladas por él (Fig. I-14).
TERCERA ETAPA: Una nueva concepción de los molinos.
En la segunda mitad del siglo XIX empieza a aparecer una nueva generación de turbinas eólicas, con una diferente concepción de diseño. Son máquinas sencillas y su ámbito de aplicación se reduce a zonas rurales más o menos aisladas, donde las ventajas de la industrialización no se han hecho notar y en general se utilizan para bombear agua de los pozos.
Las primeras bombas eólicas aparecieron en Estados Unidos en 1854, y fueron desarrolladas por Daniel Halladay. Se trataba de rotores de múltiples alabes (multipala) acoplados a una bomba de pistón (Fig. I-15).
En 1884, Steward Perry fabricó otro modelo con alabes metálicos. Ese molino, conocido como "multipala americano", era un molino mucho más ligero que sus antecesores y llegó a convertirse en el molino de viento más extendido de cuantos hayan existido. Tenía un rotor de 3 metros de diámetro, un número de palas que oscilaba entre 18 y 24 e iba montado sobre un eje horizontal en la parte superior de una torre metálica (Fig. I-16).
Fue en el año 1892, cuando el profesor Lacour, dentro de un programa de desarrollo eólico del gobierno danés, diseñó el primer prototipo de aerogenerador eléctrico. La máquina tenía cuatro palas de 25 metros de diámetro y era capaz de desarrollar entre 5 y 25 kW. Los trabajos de Lacour constituyeron los primeros pasos en el campo de los aerogeneradores modernos.
En esa misma época, E. L. Burne en Inglaterra y K. Bilau en Alemania, desarrollaron el sistema de regulación de paso variable, permitiendo así un mejor control de la potencia de las turbinas.
Hasta las primeras décadas del siglo XX no se tuvieron los conocimientos suficientes para aplicar a los rotores eólicos los perfiles aerodinámicos que se había desarrollado para la fabricación de las alas y las hélices de los aviones.
En 1924, el finlandés Sigurd Savonius invento un rotor de eje vertical capaz de trabajar con velocidades de viento muy bajas. El rotor Savonius está formado por dos semicilindros dispuestos alrededor de un eje vertical (Fig. I-17). La sencillez de su diseño hacen que esa turbina requiera poco mantenimiento y la convierte en un sistema adecuado para el bombeo de agua de riego en regiones poco industrializadas
En 1927, Prandtl y Betz de Alemania, demostraron analí-ticamente que el rendimiento de los rotores aumentaba con la velocidad de rotación y que, en cualquier caso, ningún sistema eólico podía superar el 60 por ciento de la energía contenida en el viento. Ese mismo año, el holandés A. J. Dekker construyó el primer rotor provisto de palas con sección aerodinámica. Hasta ese momento, las velocidades en punta de pala que se habían conseguido con los molinos multipala eran dos veces la del viento incidente, mientras que Dekker consiguió con sus perfiles, velocidades en punta de pala cuatro o cinco veces superiores a la velocidad del viento incidente.
Por esta misma época, en Francia, Darrieus desarrolló una turbina de eje vertical. Esta turbina tiene un rotor provisto de unas palas con curvatura, fabricadas mediante la yuxtaposición de dos alas (Fig. I-18). Este tipo de turbina se ha convertido en una de las opciones de interés dentro del campo de los modernos aerogeneradores.
Es de destacar también el primer aerogenerador de potencia superior a un megavatio, el Smith-Putnam construido en Estados Unidos en 1941 (Fig. I-19).
Este aerogenerador tenía un rotor de dos palas fabricadas en acero inoxidable, dispuestas hacia atrás y con cierta conicidad. Las palas tenían la particularidad de poder variar su conicidad para regular la toma de aire. Las oscilaciones produ-cidas en las palas al variar casi continuamente de conicidad provocaron que en 1945 una de las palas se rompiera por fatiga.
Al final de la II Guerra Mundial, se inicia un largo periodo en el que el petróleo tiene un precio bajo, llegando esta tendencia hasta 1973, consecuencia de la cual el interés de los países en el desarrollo de la tecnología eólica desaparece completamente. Hay que citar una excepción que supuso los cimientos de la actual tecnología. En 1952 en Dinamarca, y dentro de un programa de desarrollo eólico, se comenzó a elaborar el mapa eólico danés y en 1957 se instaló en Gedser un aerogenerador de 200 kW, con hélice tripala de 24 m de diámetro. Como consecuencia de este programa, en la actualidad Dinamarca es el líder mundial en la tecnología eólica, y sus desarrollos han servido como modelos, para los actuales diseños en construcción en distintos países.
CUARTA ETAPA: Desarrollo a partir de 1973.
Después de la crisis energética de 1973 en la que hubo un fuerte incremento del precio del petróleo, algunos países realizaron planes de investigación y desarrollo como es el caso de Estados Unidos cuyo primer resultado importante fue la instalación en 1975 del aerogenerador MOD-0, un aerogenerador bipala, de 38 metros de diámetro con palas de metal y 100 kW de potencia. A continuación se realizaron una serie de nuevos aerogeneradores dentro del mismo programa, que concluyó con la instalación del aerogenerador de 3,2 Mw y 100 m de diámetro MOD-5B, construido por la compañía Boeing e instalado en Haway en 1987.
En España, en 1979 el Ministerio de Industria y Energía, a través del Centro de Estudios de la Energía, puso en marcha un programa de investigación y desarrollo para el aprovechamiento de la energía eólica y su conversión en electricidad.
Potencia instalada (MW) | ||
Posición | Comunidad Autónoma | 2009 |
1 | Castilla-La Mancha | 3.415,61 |
2 | Galicia | 3.145,24 |
3 | Castilla y León | 3.334,04 |
4 | Aragón | 1.749,31 |
5 | Andalucía | 1.794,99 |
6 | Navarra | 958,77 |
7 | Comunidad Valenciana | 710,34 |
8 | La Rioja | 446,62 |
9 | Cataluña | 420,44 |
10 | Asturias | 304,30 |
11 | País Vasco | 152,77 |
12 | Murcia | 152,31 |
13 | Canarias | 134,09 |
14 | Cantabria | 17,85 |
15 | Baleares | 3,65 |
Total en España (MW) | 16.740,32 | |
El primer paso fue el diseño y la fabricación de una máquina experimental de 100 Kw (Fig. I-20), para luego proyectar grandes aerogeneradores con potencias del orden del Mw. La máquina, estaba formada por una aeroturbina de eje horizontal con tres palas de fibra de vidrio y poliester de 20 m de diámetro. Se conseguía una potencia de 100 Kw, con una velocidad de viento de 12 m/s. Para su emplazamiento se hizo un estudio previo del potencial eólico en España, escogiéndose la región de Tarifa por ser la que presentaba un mayor número de horas de viento al año.
En Julio de 2008 se instaló en El Perello (Baix Ebre) la mayor turbina eólica española, una turbina eólica de 140 metros de altura y 3 MW de potencia, fabricada por Ecotècnia.
Se estima que para el año 2012 podrían existir en España 20.000 Mw eólicos.
El 22 de enero de 2009, La energía eólica española alcanzó un nuevo máximo de producción de energía diaria con 234.059 MWh, lo que representó el 26% de la producción total de energía eléctrica peninsular durante ese día, que fue de 912.582 MWh.
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