Componentes de un aerogenerador

Qué es un aerogenerador

Componentes de un aerogenerador: 1-Fundación, 2-Conexión a la red eléctrica, 3-Torre, 4-Escalera de acceso, 5-Control de la orientación del viento (control de guiñada), 6-Nacelle, 7-Generador, 8-Anemómetro, 9-Freno eléctrico o mecánico, 10-Caja de cambios, 11-Palas del motor, 12-Control del paso de las palas, 13-Cubo del motor

El diseño de un aerogenerador es el proceso de definir la forma y la configuración de una turbina eólica para extraer energía del viento[1]. Una instalación consta de los sistemas necesarios para captar la energía del viento, orientar la turbina hacia el viento, convertir la rotación mecánica en energía eléctrica y otros sistemas para arrancar, parar y controlar la turbina.

En 1919, el físico alemán Albert Betz demostró que para una hipotética máquina ideal de extracción de energía eólica, las leyes fundamentales de conservación de la masa y la energía no permitían capturar más de 16/27 (59,3%) de la energía cinética del viento. Este límite de la ley de Betz puede acercarse a los diseños modernos de turbinas que alcanzan entre el 70 y el 80% de este límite teórico.

Además de las palas, el diseño de un sistema completo de energía eólica debe tener en cuenta el buje, los controles, el generador, la estructura de soporte y los cimientos. Las turbinas también deben integrarse en las redes eléctricas.

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Las plantas de energía eólica producen electricidad mediante un conjunto de turbinas eólicas en el mismo lugar. La ubicación de una central eólica depende de factores como las condiciones del viento, el terreno circundante, el acceso a la transmisión eléctrica y otras consideraciones sobre el emplazamiento. En una planta eólica a escala de servicio público, cada turbina genera electricidad que va a una subestación donde se transfiere a la red que alimenta a nuestras comunidades.

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Los transformadores reciben la electricidad de CA (corriente alterna) a un voltaje y aumentan o disminuyen el voltaje para suministrar la electricidad según sea necesario. Una central eólica utiliza un transformador elevador para aumentar la tensión (reduciendo así la corriente necesaria), lo que disminuye las pérdidas de energía que se producen al transmitir grandes cantidades de corriente a través de largas distancias con líneas de transmisión. Cuando la electricidad llega a una comunidad, los transformadores reducen la tensión para hacerla segura y utilizable por los edificios y hogares de esa comunidad.

Una subestación conecta el sistema de transmisión con el sistema de distribución que suministra electricidad a la comunidad. Dentro de la subestación, los transformadores convierten la electricidad de alto voltaje a voltajes más bajos que pueden ser entregados de forma segura a los consumidores de electricidad.

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Ya sean grandes o pequeños, la mayoría de los aerogeneradores conectados a la red tienen un diseño similar y están formados por los siguientes componentes. Los aerogeneradores están formados por las palas unidas a un buje, que se denomina conjuntamente rotor.

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Los aerogeneradores más pequeños también pueden venir en diseños de postes de madera o tensores. Las torres se entregan en segmentos o contenedores de 20-30 metros o, en el caso del hormigón, se fabrican directamente in situ y se atornillan a los cimientos. La altura media de las torres de los aerogeneradores más grandes es de unos 80 metros o 260 pies.

La forma aerodinámica de las palas de los aerogeneradores suele construirse con un compuesto de fibra de vidrio, con o sin fibras de carbono, y con o sin un soporte interior. La forma de las palas está diseñada para que las diferencias de presión en las superficies las hagan girar. Cuanto más grandes sean las palas, más potencia podrá producir el aerogenerador.

Las góndolas, situadas en la parte superior de la torre, albergan los componentes eléctricos y mecánicos de la turbina. Algunos de los componentes eléctricos también pueden estar situados en la parte inferior de la torre o en una casita o caja junto al aerogenerador. En la parte superior de la góndola hay un anemómetro y una veleta para controlar las condiciones del viento (velocidad y dirección).

Generador eléctrico

¿Quieres crear un sitio? Los aerogeneradores se clasifican según la orientación de su eje de giro en aerogeneradores de eje horizontal (HAWT) y aerogeneradores de eje vertical (VAWT).

Las VAWT tienen el eje del rotor transversal al viento (pero no necesariamente vertical), y los componentes principales están situados en la base de la turbina; es decir, el generador y la caja de cambios están situados cerca del suelo, lo que facilita el servicio y la reparación.

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Las VAWT captan el viento de cualquier dirección sin estar orientadas hacia la dirección principal del viento. Los diseños típicos, como los de Savonius, Darrieus y Giromill, tienen una importante variación de par durante cada revolución, lo que provoca momentos de flexión en las palas, con la consiguiente tensión mecánica y fatiga de los materiales.

La figura 1 muestra los componentes típicos de un aerogenerador HAWT. Hay tres categorías de componentes: mecánicos, eléctricos y de control. A continuación se describen brevemente los principales componentes:

El tren de transmisión de un aerogenerador se representa en la figura 2a. Muestra un modelo de tren motriz de seis masas con seis inercias: tres inercias de las palas (JB1, JB2 y JB3), la inercia del buje (JH), la inercia de la caja de cambios (JGB) y la inercia del generador (JG).