Un aerogenerador consta de cinco partes principales y muchas partes auxiliares. Las partes principales son la torre, el rotor, la góndola, el generador y la cimentación o base. Sin todo esto, un aerogenerador no puede funcionar.
Base
La fundación es subterránea para el turbinas de viento en la costa; no puedes verlo porque está cubierto de arcilla. Es un bloque grande y pesado de hormigón estructural que debe contener toda la turbina y las fuerzas que actúan sobre ella.
Para aerogeneradores marinos, la base está bajo el agua y no se puede ver. En las turbinas marinas de aguas profundas, la base es flotante, pero tiene suficiente masa para soportar el peso de la turbina y todas las fuerzas que se le aplican y mantenerla en posición vertical.
Torre
el es torre la mayoría de las turbinas modernas consisten en una pila tubular redonda con un diámetro de 3 a 4 m (10 a 13 pies), con una altura de 75 a 110 m (250 a 370 pies), según el tamaño de la turbina y su ubicación. La regla general para una torre de turbina es que sea tan alta como el diámetro del círculo que forman sus aspas cuando giran. En general, cuanto más alta es una turbina eólica, más viento está sujeto a una velocidad más alta. De hecho, cuanto más lejos del suelo, más rápido es el viento (el viento no tiene la misma velocidad a diferentes distancias del suelo).
Rotor
El rotor es la parte giratoria de una turbina; consta (principalmente) de tres palas y la parte central a la que se unen las palas, el buje. Una turbina no tiene que tener tres palas; puede tener dos, cuatro o algún otro número de palas. Pero el rotor de tres palas tiene la mejor eficiencia y otras ventajas.
Las hojas no son fuertes; son huecas y están fabricadas en material compuesto para ser ligeras y resistentes. La tendencia es hacerlos más grandes (para más potencia), más ligeros y más fuertes. Las palas tienen forma de superficie aerodinámica (como las alas de un avión) para ser aerodinámicas. Además, no son planos y hay un giro entre la raíz y la parte superior. Las palas pueden girar hasta 90° alrededor de sus ejes. Este movimiento se llama sin cuchilla.
Centro
la función de en cambio que sujetar las palas y permitirles girar en relación con el resto del cuerpo de la turbina.
Carro
La góndola es una carcasa en la parte superior de la torre que alberga todos los componentes que deben estar encima de una turbina. Existen varios componentes para el correcto y sano funcionamiento de un complejo sistema electromecánico que es una turbina. Una parte importante de la turbina entre estos componentes es el generador y el eje de la turbina que transfiere la energía extraída del viento al generador a través de una caja de cambios.
La caja de cambios es un componente esencial de los aerogeneradores; vive en la vaina. Una caja de engranajes aumenta la velocidad del eje principal entre 12 y 25 rpm* (para la mayoría de las turbinas actuales) hasta una velocidad adecuada para su generador. Por este motivo, el eje del lado del alternador se denomina "eje rápido".
Debido a que una turbina eólica debe seguir el viento y ajustar su orientación de acuerdo con la dirección del viento, su rotor debe girar en relación con la torre. Esta rotación se llama movimiento de guiñada en el que la góndola y el rotor giran alrededor del eje de la torre.
Generador
El generador es el componente que convierte la energía mecánica del rotor, captada por el viento, en energía eléctrica. Un generador tiene la misma estructura que un motor eléctrico.
A nivel de generación comercial, toda la generación eléctrica se realiza mediante corriente alterna trifásica. En general, la elección del generador es un generador síncrono o asíncrono (de inducción). Sin embargo, el generador asociado a los aerogeneradores, hasta el momento, es el generador de induccion debido a un generador síncrono Debe girar a una velocidad constante estrictamente controlada (mantener una frecuencia constante). Algunos de los componentes principales de una turbina eólica se muestran en Figura 1.
Debido a que un generador debe girar a una velocidad que coincida con la frecuencia de la red eléctrica (50 o 60 Hz en la mayoría de los países), debe girar más rápido que el rotor de la turbina. La mayoría de los generadores deben funcionar a 1500 rpm (para 50 Hz) y 1800 rpm (para 60 Hz). En cualquier caso, el rotor de una turbina no puede moverse tan rápido. Por lo tanto, una caja de engranajes debe aumentar la velocidad de rotación del rotor de la turbina (eje principal) a una velocidad utilizable por el generador.
La experiencia ha demostrado que una caja de engranajes de turbina es un componente problemático. Esto se debe a que la energía eólica no permanece constante durante un tiempo relativamente aceptable. Cambia constantemente, debido a la naturaleza del viento. Esto provoca una sobrecarga y una tensión de martillo en los dientes del engranaje, lo que provoca fatiga y fallas. Además, la caja de cambios en la góndola en la parte superior de una turbina es una característica pesada.
Figura 1 Los componentes principales del aerogenerador: mástil, rotor, góndola y cimentación (subterránea).
Un aerogenerador es un sistema complejo de controlar porque la fuente de energía (el viento) no está bajo nuestro control. La velocidad del viento puede cambiar continuamente, incluso de segundo a segundo. Por lo tanto, la potencia de salida de una turbina siempre debe ajustarse al cambio en el viento.
Todas las turbinas nuevas están equipadas con control de paso, lo que significa que el ángulo de paso de sus palas se puede ajustar para maximizar siempre la potencia de salida de la turbina, sin sobrecargar el generador y las estructuras mecánicas de las palas, la torre y el eje del rotor. .
La forma en que se realiza este ajuste de potencia para la velocidad del viento es que cada turbina tiene una curva de rendimiento llamada curva de potencia. Es utilizado como tablero de potencia por una computadora en el sistema de control de la turbina para ajustar todos los componentes que necesitan ser controlados, de acuerdo con esta curva y de acuerdo con la velocidad del viento. Un ejemplo típico de esta curva se muestra en Figura 2 (obtuvo velocidad del viento millas por hora multiplique los valores de m/seg por 2.2).
imagen 3 representa algunos de los componentes dentro del panel de control de una turbina eólica. Este panel de control generalmente se encuentra en la parte inferior y dentro de la torre.
Figura 2 Curva de potencia típica de un aerogenerador.
imagen 3 Parte del circuito de control de un aerogenerador.
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