Antecedentes de las turbinas eólicas

La primera turbina eólica para generar energía eléctrica fue diseñada y construida a principios del siglo XX por el Danés Poul La Cour. Durante las Guerras Mundiales I y II ingenieros daneses mejoraron la tecnología eólica para superar la escasez de energía durante el conflicto bélico. En 1941-1942 la empresa danesa FL Smidth construía aerogeneradores utilizando perfiles aerodinámicos modernos. La turbina eólica nórdica contenía un mecanismo para modificar la posición de choque del viento contra las aspas. Al mismo tiempo, en América se construyó una turbina eólica gigante con un diámetro de 53 metros, concebida con una filosofía de diseño diferente. En 1967 el alemán Hutter diseñó una turbina eólica que consistía de dos láminas de fibra de vidrio delgadas montadas en un rotor. En su época la turbina de Hutter fue conocida por su alta eficiencia.

Con la primera crisis del petróleo a principios de los años 70's, volvió a surgir el interés por la potencia contenida en el viento. Sin embargo, los esfuerzos de desarrollo tecnológico se enfocaron en la generación de energía eléctrica, en lugar de aprovechar la energía mecánica como en antaño. Con toda la sinergia y el uso de otras tecnologías (electrónica de potencia, control automático, redes eléctricas, etc.) es posible emplear el viento como una fuente confiable y consistente para producir electricidad e interconectarse a la red eléctrica.

Actualmente, la tecnología que se emplea para la explotación de la energía eólica evoluciona constantemente explorando nuevas posibilidades de crecimiento y potencia de salida. Por ejemplo, a finales de 1989, con el avance en aquella época, estaba en operación un aerogenerador de 300 kW con un diámetro de rotor de 30 metros. Diez años más tarde, diversos fabricantes ponen en marcha turbinas de 2000 kW con un diámetro de rotor de alrededor de 80 metros. Los primeros aerogeneradores de 3 MW con un diámetro de rotor de 90 metros se instalaron antes del cambio de siglo. A principios del siglo XXI estaban disponibles comercialmente turbinas de 3.6MW. A principios de 2004, se instalaron las primeras turbinas eólicas de 4-5 MW.

Las turbinas eólicas se pueden dividir en diferentes grupos según su aerodinámica o por la posición de las aspas para atacar el viento. Existen turbinas con orientación del eje de giro en el eje horizontal y turbinas de eje vertical.

Las turbinas de eje vertical, también conocidas como turbinas Darrieus, son de aspas ligeramente curvas y simétricas. Las principales ventajas de las turbinas Darrieus es que pueden funcionar independientemente de la dirección del viento; la caja de engranes y el generador se pueden colocar a nivel del suelo. Además, como las palas del rotor son verticales no necesitan orientación al viento y funcionan aún cuando éste cambia de dirección rápidamente. Pueden ser ubicadas cerca del suelo, haciendo fácil el mantenimiento de las partes y necesitan velocidades bajas del viento para empezar a girar. El aerogenerador de mayor capacidad de eje vertical se instaló en Canadá, con 4.200 kW a finales de la década de 1980, sin embargo, la investigación y el desarrollo de aerogeneradores de eje vertical es insipiente a la fecha.

Actualmente las turbinas de eje horizontal o tipo hélice se emplean prácticamente en todos los aerogeneradores instalados. Una turbina eólica de eje horizontal se compone de una torre y una góndola que se monta en la parte superior de la torre. La góndola contiene el generador, caja de engranes y el rotor. En el laboratorio de Control Automático de la Universidad Politécnica de Tulancingo se realizan estudios para aprovechar la máxima potencia del viento utilizando diferentes esquemas de control automático.

En pequeños SGE's, el rotor y la góndola se orientan hacia el viento con una veleta en la cola. Estas turbinas utilizan diferente número de aspas dependiendo para que se utiliza el SGE. Las turbinas de los sistemas eléctricos de generación de energía eólica (SEGEE) emplean dos o tres palas para la producción electricidad. Turbinas con 20 o más aspas se utilizan para la extracción de agua.

MTRO. OMAR AGUILAR MEJÍA
PROFESOR INVESTIGADOR DE TIEMPO COMPLETO DE LA UPT