AEROGENERADOR

Aerogenerador

La energía eólica o la energía del aire en movimiento en forma de viento ha sido utilizada por cientos de años tanto para aplicación barcos. Históricamente se le atribuye, al uso de molinos de viento y molinos de agua, el desarrollo agrícola europeo desde el siglo XII hasta finales del siglo XIX. Primordialmente los equipos eólicos eran utilizados en la molienda de granos y en movimiento y bombeo de agua.

Las aerobombas extraen la energía del viento a través de un rotor y convierte su movimiento rotacional en acción mecánica con algún mecanismo que permite mover una bomba y así producir la acción de bombeo. Es por esto que existen diversas alternativas de disposición de elementos mecánicos para bombear agua con la energía de los vientos, como se vera más adelante. Esencialmente, una instalación de aerobombeo consiste de: rotor, torre, un sistema de transmisión de movimiento, la bomba misma, un sistema de tuberías para el movimiento de agua y tanque de almacenamiento.

Se han realizado diseños con bombas de pistón, bombas centrífugas, de tornillo, de ascenso de aire, de mecate, etc.; indudablemente que cualquier combinación depende de la fuente de agua disponible.

El tamaño de las aerobombas de acción mecánica directa puede estar entre 1 hasta 8 metros del diámetro del rotor, y dependiendo de la altura de bombeo (cabeza hidráulica) y de las velocidades promedios del viento, la potencia hidráulica promedio puede estar entre unos cuantos vatios hasta cerca de 1 Kw.

El tipo de solución técnica al problema de aerobombeo depende de la disponibilidad del recurso hidráulico, ya que su localización determina la estrategia de bombeo. En este sentido se distinguen dos situaciones practicas, a saber: aerobombeo directo y aerobombeo remoto.

La primera situación de bombeo ocurre cuando la fuente de agua es un pozo o aljibe y la solución de aerobombeo es la aplicación de bombeo directo en el cual el molino se coloca directamente sobre la fuente de agua. Este tipo de instalación es la más común de las aplicaciones de aerobombeo. El tipo de solución técnica al problema de aerobombeo depende de la disponibilidad del recurso hidráulico, ya que su localización determina la estrategia de bombeo. En este sentido se distinguen dos situaciones practicas, a saber: aerobombeo directo y aerobombeo remoto.

La primera situación de bombeo ocurre cuando la fuente de agua es un pozo o aljibe y la solución de aerobombeo es la aplicación de bombeo directo en el cual el molino se coloca directamente sobre la fuente de agua. Este tipo de instalación es la más común de las aplicaciones de aerobombeo. Una variante de esta aplicación puede ser cuando la bomba esta extrayendo agua de un río y la bomba hidráulica puede ser localizada en la base de la torre y la acción de bombeo de realiza lateralmente. La segunda opción, la de aerobombeo remoto, consiste en el tipo de solución, en la cual la fuente de agua se encuentra apartada de la posible localización de la torre de la aerobomba. Esta situación es típica de regiones montañosas en las cuales el recurso eólico tiene mayor intensidad en la cima de las montañas y la fuente de agua es un río, un pozo o aljibe que se encuentra a gran distancia, tanto lateral como vertical. Dependiendo del tipo de instalación, sea directa o de bombeo remoto, se han desarrollado esquemas de bombeo en la cual se incluyen transmisiones de movimiento de diversas formas. Por lo tanto cada solución determina el tipo de bomba hidráulica que se puede utilizar.

Componentes de una aerobomba:

Los componentes principales de un sistema de aerobombeo son: el rotor eólico, el cual extrae la energía cinética del viento y la convierte en energía rotacional. La energía rotacional mecánica en el eje del rotor eólico es convertida en un movimiento oscilatorio ascendente-descendente a través de la transmisión.

A continuación se dara una pequeña descripción de los componentes de la aerobomba:

*ROTOR: Los rotores eólicos utilizados en aerobombas, generalmente deben estar provistos de muchas palas debido a que son equipos de baja velocidad y requieren de fuerzas altas para realizar la función de bombeo. Es por esto que rotor multipala americano pueden llegar a tener 12, 18, 24 ó aún 36 palas. La solidez de un rotor se define como la relación entre el área ocupada por las palas del rotor y el área circular del rotor barrida en un giro, por ejemplo, para generación eléctrica en la cual se requiere de mayor velocidad se utilizan rotores con solamente 3 palas aerodinámicas. La solidez de estos rotores de alta velocidad puede ser tan baja como de 7 a 8%.

*TRANSMISIÓN: La transmisión en una aerobomba es aquella que toma el movimiento giratorio del eje del rotor y lo convierte en un movimiento lineal de ascenso y descenso para pulsar la bomba de pistón.

Aquellas aerobombas que requieren reductor de velocidad generalmente utilizan doble engranaje para aliviar las cargas disparejas en el mecanismo de biela manivela . La reducción de velocidad típica es de 3 a 1 y el conjunto viene sumergido en un baño de aceite para la adecuada lubricación. El movimiento oscilante producido por el sistema de bielas y manivelas es transmitido a la bomba por un vástago guiado en varios puntos, ya que puede alcanzar longitudes considerables sobretodo en bombeo desde un pozo profundo. Los vástagos cuentan con un eslabón giratorio para desacoplar cualquier giro vertical causado por cambios en la dirección del viento, para prevenir que este giro sea transmitido a la bomba. Adicionalmente, el vástago cuenta con un fusible mecánico proteger la bomba de eventuales daños que pueden ocurrir.

*SISTEMA DE SEGURIDAD

Los rotores eólicos deben tener la capacidad de girar para encarar el viento en caso de que este cambio su dirección y al mismo tiempo protegerse de intensidades de viento muy altas que pueden causar sobrecargas excesivas a la torre, a la transmisión y al rotor. Generalmente los sistemas de seguridad se combinan con los sistemas de orientación, del tipo mecánico, y en los cuales se garantiza que a bajas velocidades de viento el rotor enfrente plenamente el viento y con velocidades de viento mayores el rotor se desoriente para limitar la velocidad de excitación de la bomba y reducir, así, las fuerzas y cargas inducidas en todo el sistema.

Los sistemas mecánicos de seguridad y orientación, fundamentalmente, se basan en la colocación excéntrica entre el eje del rotor y el eje vertical de la torre. os sistemas de seguridad y orientación comienzan a operar a velocidades de viento entre 10 y 12 m/s (35 a 40 km/hr) y detienen complemente el rotor y lo sacan de operación a velocidades cercana a los 15 m/s (50 km/hr).

*TORRE:Generalmente las aerobombas utilizan torres conocidas como autoportantes, las cuales no requieren de soportes externos, teniendo sus bases ancladas en bloques de concreto. Las aerobombas requieren de torres robustas debido al tipo e intensidad de las fuerzas que deben aguantar para una adecuada operación.

Las torres de aerobombas se construyen de ángulo estructural de acero galvanizado con uniones atornilladas, tensores estructurales y la base tiene cuatro puntos de apoyo.

*TORNAMESA: La tornamesa tiene dos funciones principales:

a) Permite orientar al rotor hacia la corriente de aire haciendo permanecer siempre el plano de este perpendicular a la corriente de aire.

b) Sirve como elemento de acoplamiento del rotor y las veletas al sistema de transmisión y torre.

*VELETA: La veleta es el elemento de molino que al recibir el impacto del viento en una dirección determinada, se alinea a esta dirección, obligando a girar a la tornamesa y orientando adecuadamente al rotor.

En el manual de Hutte, se recomienda usa una veleta de área equivalente a 1/8 del área barrida por el rotor y ubicado a una distancia equivalente a 2/3 del diámetro del rotor con respecto al punto de giro sobre la torre.

*BOMBA: Los molinos de viento se usa para bombear pequeños caudales (difícilmente serán superiores a 20 lt/s) y a alturas también pequeñas. Las empresas dedicadas a la fabricación de molinos de viento para bombeo han venido usando casi exclusivamente bombas alternativas.

Los molinos fundamentales para usar este tipo de bombas en molinos de viento son:

a) Los molinos usados para bombeo de agua son lentos y justamente las bombas alternativas trabajan bien a bajas velocidades de giro.

b) Es sencillo acoplar la transmisión entre el eje del rotor y el de la bomba, a pesar de que la bomba se encuentran a distancias mayores a 6m del eje del rotor.

COEFICIENTES DE POTENCIA

El coeficiente de potencia en realidad es la eficiencia de conversión de la energía eólica en energía mecánica y depende de una serie de actores: el modelo, el tipo de perfil que se usa para los álabes (o palas), o material del cual están hechos, el acaba

o superficial de los álabes, etc.

Se entiende por celeridad la relación entre la velocidad tangencial al extremo de la pala (U) y la velocidad del viento (V), esto es: = U/V.

Como se puede observar en la ecuación anterior, la celeridad es proporcional a la velocidad de giro del rotor o turbina eólica. Por lo tanto, si conocemos su valor, estamos en la capacidad de calcular su velocidad de giro; obteniéndose:

N = | 30V |

| R |

Siendo R el radio del rotor.

Las aerobombas clásicas como las americanas tipo multipala comúnmente tienen un valor de celeridad bajo de aproximadamente 1.0, en los últimos años se han esfuerzos por introducir valores más altos para aerobombas

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