¿Cómo Funciona la Energía Eólica?; Aprovechar el viento es una de las formas más limpias y sostenibles de generar electricidad. La energía eólica no produce ninguna emisión tóxica ni ninguna de las emisiones que atrapan el calor y contribuyen al calentamiento global. Esto, unido al hecho de que la energía eólica es uno de los recursos energéticos más abundantes y cada vez más competitivos en costes, la convierte en una alternativa viable a los combustibles fósiles que dañan nuestra salud y amenazan el medio ambiente.

Gracias a sus numerosas ventajas y a sus costes significativamente reducidos, la energía eólica está llamada a desempeñar un papel fundamental en el avance hacia un futuro energético sostenible.

Los parques eólicos necesitan profesionales que se encarguen de su puesta a punto. Si estás interesado en ser uno de ellos, haz el Curso de Mantenimiento Parques Eólicos Online y conviértete en todo un experto.

Y ahora, ¿quieres saber cómo funciona la energía eólica? Sigue leyendo.

¿Cómo Funciona la Energía Eólica? Guía Paso a Paso

¿Qué es la Energía Eólica?

Si queremos entender cómo funciona la energía eólica, debemos saber que se obtiene del viento y podemos definirla como el aprovechamiento de la energía cinética de las masas de aire para convertirla en energía mecánica y, por tanto, en electricidad.

La energía eólica, que se aprovecha mediante aerogeneradores, está ligada al movimiento de masas de aire desde zonas de alta presión atmosférica a zonas de baja presión. Estas diferentes zonas de presión se deben al calentamiento desigual de la superficie terrestre por la radiación solar. En consecuencia, el sol también es responsable de la producción de energía eólica.

Definición de energía eólica

La energía eólica (también conocida como energía del viento) se clasifica como una forma de energía solar y se define como el proceso de captar la energía cinética del viento y convertirla en energía mecánica utilizable o electricidad.

¿Cómo Funciona la Energía Eólica?

Los aerogeneradores generan electricidad aprovechando la fuerza natural del viento. Las palas de un aerogenerador son como el ala de un avión: cuando el aire pasa por delante de las palas, estas se elevan y generan una fuerza giratoria.

Las palas giran en torno a un eje situado en el interior de la góndola, que va a parar a la multiplicadora. La caja de cambios aumenta la velocidad de rotación del generador, que utiliza campos magnéticos para convertir la energía rotacional en energía eléctrica. Algunas turbinas emplean tecnología de accionamiento directo, que conecta el cubo giratorio directamente al generador. La electricidad del generador viaja a través de cables a un transformador y luego a la subestación del parque eólico, donde se convierte al voltaje idóneo para la red o la red local. La red local transmite la electricidad a las empresas y los hogares.

Los aerogeneradores usan un anemómetro y una veleta en la parte superior de la góndola para determinar la mejor posición de la turbina. Cuando el viento cambia de dirección, los motores giran la góndola, y con ella las palas, para orientarse hacia el viento (este movimiento se denomina guiñada). Las palas también “cabecean” o se inclinan para extraer la cantidad óptima de energía del viento.

Explicación de los Distintos Tipos de Energía Eólica

Cuando se habla de cómo funciona la energía eólica, hay dos grandes denominaciones:

Energía eólica terrestre

Es el conjunto de aerogeneradores (parques eólicos) que se instalan en tierras de cultivo, zonas costeras cercanas al océano o a gran altitud. El término energía eólica terrestre también puede utilizarse para describir las turbinas eólicas residenciales que no están conectadas a la red eléctrica principal.

Ver Parques Eólicos. Ventajas e Inconvenientes

Energía eólica marina

Designa las turbinas eólicas situadas mar adentro o en grandes masas de agua. Los parques eólicos marinos suelen estar situados en aguas poco profundas, de hasta 60 metros. Deben situarse lejos de la costa, rutas de navegación o tráfico marítimo, zonas de importancia ecológica o instalaciones navales. Los aerogeneradores marinos pueden producir más electricidad que los terrestres debido a su tamaño y a la ausencia de impedimentos para la velocidad del viento.

Ver Parques Eólicos Marinos: Ventajas y Desventajas

Partes de un Aerogenerador

Para comprender mejor cómo funciona la energía eólica, vamos a ver las diferentes partes de las que se compone un aerogenerador. Tienen cinco componentes principales:

Los cimientos

En las turbinas terrestres, la cimentación suele ser un bloque de hormigón, a menudo oculto bajo tierra. Las turbinas situadas mar adentro están conectadas a cimientos flotantes o fijados al lecho marino. Los cimientos de la turbina deben ser lo suficientemente pesados como para soportar el peso de la propia turbina y la fuerza del viento.

La torre

Las torres están hechas de acero tubular para reducir la resistencia y pueden tener desde 3 metros hasta más de 110 metros de altura. Las torres deben ser al menos tan altas como el diámetro de las palas de la turbina giratoria y suelen ser dos o tres veces el diámetro de las palas. La velocidad del viento puede aumentar drásticamente en las alturas, por lo que las torres más altas están sometidas a vientos más fuertes y, por tanto, generan más electricidad.

El rotor

Las palas de los aerogeneradores tienen un diseño aerodinámico. Normalmente, aunque no siempre, el rotor de un aerogenerador tiene tres palas unidas a un buje central. Las palas no son macizas, sino huecas, y suelen estar fabricadas con materiales compuestos para conseguir la máxima ligereza y resistencia.

El movimiento de las palas del rotor se conoce como paso de pala. Los aerogeneradores de eje horizontal están equipados con sistemas de control hidráulicos o eléctricos que ajustan continuamente el paso de las palas para evitar que la velocidad del rotor supere su capacidad máxima con vientos fuertes. Para evitar daños, la mayoría de los aerogeneradores modernos dejan de girar si la velocidad del viento supera los 88 kilómetros por hora.

La góndola

Situada en la parte superior de la torre, la góndola alberga el sistema electromecánico del aerogenerador, que incluye la caja de engranajes, el generador, los inversores, el sistema hidráulico, los rodamientos y el tren motriz. La góndola está fijada a un cojinete de guiñada que le permite girar con el rotor para adaptarse a la dirección del viento. Las góndolas de los aerogeneradores pueden contener más de 1.500 componentes, medir más de 15 metros y pesar más de 300 toneladas.

El generador

Los generadores de los aerogeneradores están situados dentro de la góndola y convierten la energía cinética producida por el giro de las palas del rotor en energía eléctrica. Estos generadores se diferencian de otros en que tienen que hacer frente a una fuente de par que fluctúa constantemente. Debido a la cantidad de energía que producen, los aerogeneradores necesitan sistemas de refrigeración para evitar que se sobrecalienten. En la mayoría de los casos, el generador está situado cerca de un conducto que utiliza un ventilador para refrigerarlo, pero algunos generadores están equipados con sistemas de refrigeración por agua.

Cómo Funciona la Energía del Viento

Tipos de Aerogeneradores

Del mismo modo, existen diferentes tipos de aerogeneradores, en función de su potencia, la disposición de su eje de rotación, el tipo de generador, etc. A la hora de entender cómo funciona la energía eólica, existen dos tipos principales de aerogeneradores, los de eje horizontal y los de eje vertical, pero también los nuevos aerogeneradores sin aspas y los aerogeneradores marinos.

Aerogeneradores de eje horizontal

Es el tipo de aerogenerador predominante, con el eje de rotación paralelo al suelo, y se suele utilizar en parques eólicos. También pueden denominarse HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine). Su eje de rotación principal se encuentra en la parte superior de la torre y está orientado en la dirección del viento. Los aerogeneradores más pequeños se dirigen mediante una veleta, mientras que los más grandes utilizan un sensor de dirección y se dirigen mediante servomotores o motorreductores.

Hay dos tipos principales de generadores eléctricos: con y sin multiplicadora. Los aerogeneradores que no necesitan multiplicadora se denominan de “transmisión directa” y sus generadores, multipolares. Están diseñados para funcionar con velocidades del viento que oscilan entre una media de 3 m/s (velocidad de entrada) y 25 m/s (velocidad de salida). Cuando la velocidad del viento supera la velocidad de entrada, la turbina eólica empieza a producir electricidad. A medida que aumenta la velocidad del viento, la turbina produce más electricidad, siguiendo la curva.

Principales desventajas

  • Toda la maquinaria y el control del aerogenerador deben colocarse en altura y apoyarse en una estructura capaz de soportar el peso.
  • Se necesita cableado para llevar la energía generada y las señales al sistema de control.
  • En caso de avería, es necesario subir a la góndola.

Tipos de aerogeneradores de eje horizontal

  • Aerogeneradores lentos de eje horizontal. Tienen muchas palas o álabes. Suelen tener una veleta como sistema de guiado cuya función es situar el plano de la hélice siempre perpendicular a la dirección del viento.
  • Aerogeneradores rápidos de eje horizontal. Tienen pocas palas y su potencia por unidad de peso es muy superior a la de los aerogeneradores lentos. Por tanto, tienen ventajas como la capacidad de aprovechar el efecto del aumento de la velocidad del viento con la altura.

Aerogeneradores de eje vertical

Los generadores de eje vertical tienen un eje de rotación perpendicular al suelo. También se denominan VAWT (Vertical Axis Wind Turbine), en contraposición a los de eje horizontal o HAWT. Sus ventajas son las siguientes.

  • Ocupan menos superficie porque pueden colocarse más juntos, ya que no producen el efecto de frenado del aire típico de los HAWT.
  • Sus palas son omnidireccionales, por lo que no necesitan un mecanismo de dirección del viento.
  • Pueden colocarse más cerca del suelo y son más fáciles de mantener porque funcionan a velocidades de viento más bajas.
  • Son mucho más silenciosas que las HAWT.
  • Son adecuados para instalaciones pequeñas (menos de 10 kW) por su facilidad de instalación y su reducido tamaño.

Principales desventajas

  • No aprovechan las corrientes de aire más elevadas y la mayor velocidad porque están cerca del suelo.
  • Su rendimiento es bajo.
  • Suponen un mayor coste de materiales por metro cuadrado de superficie ocupada.
  • No son autoarrancables, requieren una conexión a la red para empezar a utilizar el generador como motor.
  • Son menos estables y tienen mayores problemas de fiabilidad. Las palas del rotor tienden a doblarse o romperse con vientos fuertes.

En los aerogeneradores de eje vertical, el eje del rotor puede ser de arrastre diferencial, con o sin apantallamiento (Savonius), de incidencia cíclica (Darrieus), o una mezcla de ambos (Darrieus-Savonius).

Tipos de aerogeneradores de eje vertical

Seguimos explicando cómo funciona la energía eólica con una lista de tipos de aerogeneradores de eje vertical.

Turbina eólica vertical Savonius

El aerogenerador de eje vertical Savonius tiene una resistencia diferencial, ya que su rotor se basa en las diferentes fuerzas ejercidas por el viento sobre las palas semiesféricas o semicilíndricas. Para eliminar el efecto adverso de la fuerza que actúa sobre la copa inferior, se puede incorporar al rotor una pantalla ajustable mediante una veleta y un sistema de deflectores para facilitar la canalización del flujo de aire sobre las palas activas.

Aerogenerador vertical Darrieus

El rotor con variación cíclica de incidencia está formado por un conjunto de palas interconectadas, que pueden girar alrededor de un eje vertical y cuya sección transversal tiene la forma de un perfil aerodinámico. Las palas tienen forma arqueada, son biconvexas y pueden tener diferentes formas. La rotación del rotor se debe a la acción aerodinámica del viento sobre las palas, que genera fuerzas aerodinámicas que producen el par.

Aerogenerador vertical Darrieus-Savonius

En este caso, el par de arranque es muy bajo y en la práctica requiere un arrancador auxiliar. Por ello, en algunos prototipos se combina un rotor Savonius para facilitar el arranque del primer rotor, dando lugar a rotores mixtos. La principal ventaja del rotor Savonius sobre el rotor Darrieus es la sencillez de su construcción y los mejores valores de par de arranque a bajas velocidades.

Aerogenerador sin aspas Vortex Bladeless

Los aerogeneradores sin palas eliminan el impacto ambiental de las palas y son más económicos que los aerogeneradores convencionales. El aerogenerador Vortex Bladeless, desarrollado por una empresa española, está hecho de fibra de carbono y genera electricidad mediante un efecto físico que se produce cuando el viento golpea la estructura. A su alrededor se forman vórtices que hacen que oscile y genere la energía mecánica suficiente para obtener electricidad mediante su transformación.

Entre las ventajas de los aerogeneradores frente a otros tipos de turbinas eólicas destacan las siguientes.

  • Ocupan menos terreno.
  • Las aves no se ven amenazadas.
  • Se reduce el impacto paisajístico.
  • Reducen el ruido producido y pueden instalarse más cerca de los centros de consumo.
  • Son menos costosos de construir, ya que cuestan un 54% menos que un aerogenerador convencional.
  • No generan ningún tipo de residuo lubricante al no tener engranajes.
  • Pueden reducir la huella de carbono en un 40%.
  • Son ideales para instalaciones en alta mar por su facilidad de instalación y mantenimiento.

Sin embargo, su principal inconveniente es que producen un 30% menos de energía que un aerogenerador tradicional.

¿Cuáles son las Ventajas de la Energía Eólica?

Además de saber cómo funciona la energía eólica, también es interesante conocer las ventajas de este tipo de energía renovable.

La expansión de la industria de la energía eólica en todo el mundo se debe a las numerosas ventajas que presenta como fuente de energía alternativa. Los beneficios económicos y medioambientales de la energía eólica son considerables.

Al generar electricidad sin contaminar, la energía eólica es una forma de energía increíblemente limpia. Las emisiones de CO₂ causadas por la fabricación e instalación de un aerogenerador pueden compensarse en el primer año de funcionamiento.

Al igual que la energía solar, la energía eólica es un método completamente sostenible de producir electricidad. Como el viento es un recurso no agotable y gratuito, la electricidad producida por los aerogeneradores es barata en comparación con otras fuentes. Una vez instaladas, las turbinas eólicas tienen bajos costes de funcionamiento y requieren un mantenimiento mínimo a lo largo de su vida útil.

La energía eólica también tiene muchas ventajas macroeconómicas. Con la instalación de parques eólicos, los países pueden reducir sus costes energéticos y ser autosuficientes. La industria de la energía eólica es responsable de la creación de millones de puestos de trabajo en todo el mundo, especialmente en los países en desarrollo. A medida que aumenten las inversiones en parques eólicos, aumentará el número de personas empleadas por la industria eólica.

En resumen, estas son las principales ventajas de la energía eólica:

  • Forma de energía muy limpia.
  • Método sostenible de generación de energía.
  • No necesita un mantenimiento complejo.
  • El viento es un recurso gratuito.
  • Costes energéticos reducidos para países enteros.
  • La energía eólica hace posible la autosuficiencia.
  • Creación de numerosos puestos de trabajo.
Cómo Funciona un Aerogenerador

¿Cuáles son las Desventajas de la Energía Eólica?

Además de saber cómo funciona la energía eólica y sus ventajas, también es interesante conocer las desventajas de este tipo de energía renovable.

Los críticos señalan que, a pesar de las numerosas ventajas, hay varios inconvenientes asociados a la energía eólica.

Una de las críticas más frecuentes es que los parques eólicos son poco atractivos visualmente y emiten mucho ruido.
Aunque el atractivo estético de los parques eólicos es discutible, las acusaciones de contaminación acústica vertidas por personas que viven cerca de parques eólicos se están tomando en serio. En marzo de 2022, un tribunal australiano ordenó a un parque eólico que cesara su actividad nocturna debido a los elevados niveles de ruido emitidos por los aerogeneradores.

La energía eólica debe seguir siendo competitiva con las fuentes de energía tradicionales en términos de coste y eficiencia. Los críticos señalan que la energía eólica tiene muchos costes ocultos. Como es difícil calcular la producción de un parque eólico y muchas comunidades pueden oponerse a que se instale uno, los operadores pueden tener dificultades para obtener inversiones para los proyectos y conseguir la aprobación de los gobiernos locales para los emplazamientos de los parques eólicos. Los parques eólicos suelen estar situados en zonas remotas, por lo que los costes de transmisión de la electricidad pueden ser elevados.

La naturaleza intermitente del viento y la disponibilidad de zonas adecuadas para los parques eólicos son también desventajas significativas. La producción de energía eólica en Europa fue inferior a la prevista en un 15% en 2021 debido a un fenómeno meteorológico extremo que redujo la cantidad de viento en todo el continente.

Aunque se consideran una fuente de energía respetuosa con el medio ambiente, los parques eólicos pueden tener un impacto negativo en la fauna. Hay pocos estudios en profundidad sobre el tema, pero se calcula que los parques eólicos matan hasta 100.000 aves al año en el Reino Unido y hasta 328.000 en Estados Unidos. Se desconoce el impacto sobre otras especies aerotransportadas, como los murciélagos, así como el impacto que los aerogeneradores tienen sobre los hábitats locales de las formas de vida silvestre no aerotransportadas.

Sin embargo, un estudio noruego descubrió que las muertes de aves causadas por las turbinas eólicas se reducían en un 70% simplemente pintando de negro una pala del rotor. Los científicos también están estudiando el uso de dispositivos acústicos ultrasónicos para alejar a murciélagos y aves de los parques eólicos. Todavía se está investigando el verdadero coste medioambiental de los parques eólicos.

En resumen, estas son las principales desventajas de la energía eólica:

  • Deterioro visual del paisaje.
  • Impacto negativo en la fauna.
  • Alto nivel de ruido.
  • Costes ocultos.
  • Viento inestable.
  • Dificultad para encontrar zonas adecuadas.

Aplicaciones de la Energía Eólica

Y ahora que sabes cómo funciona la energía eólica, hagamos un repaso por su historia.

Hace siglos que se aprovecha la energía del viento. En el siglo I d.C., los antiguos griegos desarrollaron una rueda de viento para accionar una máquina. Los molinos de viento se utilizaron mucho entre los siglos VII y IX en Irán y se emplearon en toda Europa en el siglo XI para moler grano y bombear agua.

El primer uso del viento para producir electricidad se produjo en 1887 con la creación de una turbina eólica por el profesor James Blyth de Glasgow. Le siguieron la primera turbina eólica estadounidense, construida por Charles Brush, de Ohio, y los inventos del científico danés Poul la Cour, que convirtió un molino de viento en un prototipo de central eléctrica que proporcionaba luz a un pueblo de la zona. La Cour desempeñó un papel decisivo en el despliegue de más de 2.500 molinos de viento para generar electricidad en toda Dinamarca y fundó la Sociedad de Electricistas Eólicos en 1903. La Cour también fue responsable del descubrimiento de que las turbinas eólicas con menos aspas son más eficientes en la producción de electricidad.

Podría decirse que dos acontecimientos marcaron el inicio de la industria eólica moderna. Entre mediados de los años setenta y principios de los ochenta, el gobierno de Estados Unidos trabajó en la producción de turbinas eólicas comerciales a escala de la NASA que pudieran suministrar energía a escala industrial. El otro gran hito en el desarrollo de la energía eólica fue la construcción de la primera turbina eólica multimegavatio en 1978 por la escuela Tvind de Dinamarca.

En 1980, US Windpower construyó en Crotched Mountain, al sur de New Hampshire, el primer parque eólico terrestre moderno del mundo. El primer parque eólico marino fue construido en 1991 frente a la costa de Vindeby (Dinamarca) por Ørsted.

¿Cuál es el Futuro de la Energía Eólica?

Para terminar y una vez sabido cómo funciona la energía eólica, veamos qué nos depara el futuro de esta energía renovable.

El continuo desarrollo de la tecnología de turbinas eólicas, junto con el aumento de la capacidad energética y la demanda de fuentes de energía alternativas, garantizan que la energía eólica seguirá estando a la vanguardia de la industria energética mundial.

La industria de la energía eólica se está expandiendo a un ritmo increíble y se prevé que cree más de 3 millones de puestos de trabajo en todo el mundo en los próximos cinco años. Se espera que el valor global de la industria eólica mundial alcance los 127.200 millones de dólares en 2027.

A medida que el mundo se esfuerza por lograr cero emisiones netas para 2050, los países invierten enormes sumas en nuevos parques eólicos y desarrollan continuamente tecnologías de energía eólica. Los parques eólicos modernos son cada vez más grandes, eficientes y capaces de producir más energía que nunca.

El SG 14-222 DD de Siemens Gamesa en Østerild (Dinamarca) tiene un rotor de 222 metros de diámetro con palas de 108 metros de longitud y puede producir electricidad suficiente para abastecer a 18.000 hogares durante un año. El parque eólico chino de Gansu, también llamado Base Eólica de Jiuquan, es el mayor parque eólico terrestre del planeta. Cuando esté totalmente terminado, el parque eólico de Gansu tendrá 7.000 aerogeneradores con una capacidad prevista de 20 GW.

Aunque en la actualidad los parques eólicos marinos sólo suministran una fracción de la energía eólica mundial, su potencial es inmenso. Se espera que los factores de capacidad de la energía eólica marina crezcan exponencialmente con el desarrollo de tecnologías de cimentación flotante. Se ha informado de que las nuevas tecnologías podrían hacer que los parques eólicos marinos añadieran más de 420 000 TWh al año al suministro mundial de electricidad.

Para limitar el impacto del calentamiento global, cada año se necesitan 180 GW de nueva energía eólica en todo el mundo. A partir de 2030, se calcula que serán necesarios 280 GW de nueva energía eólica para cumplir los objetivos de emisiones netas cero en 2050.

¿Puede la energía eólica aportar a la humanidad la solución a la crisis del cambio climático? ¿O estamos simplemente luchando contra molinos de viento? Con una inversión continuada, investigación y desarrollo, y apoyo gubernamental, hay muchas posibilidades de que la energía eólica se convierta en la fuente de energía más importante del mundo en el futuro.

Vídeo: ¿Qué son las Turbinas Eólicas y Cómo Generan Electricidad? | ¿Cómo Funciona la Energía Eólica?

No es probable Extremadamente probable
AUDIBLE

¡Si te ha gustado la publicación «¿Cómo Funciona la Energía Eólica?», te animamos a estudiar energías renovables online! ¡Dale al Like y comparte, los futuros reclutadores contrastarán que sigues contenido de calidad especializado en tu nicho profesional!