Qué es el aerogenerador de eje horizontal: funcionamiento y aplicaciones

Un aerogenerador es un dispositivo mecánico giratorio que sirve para transformar la energía eólica de cinética a eléctrica. Están disponibles en diferentes tamaños con un eje vertical u horizontal. El aerogenerador es un dispositivo esencial en una central eléctrica o parque eólico. Por tanto, la elección de esta turbina para el desarrollo de un proyecto de parque eólico puede hacerse en función de varios parámetros, como el tamaño físico, la potencia nominal, la superficie disponible, el potencial eólico, etc. Los aerogeneradores están disponibles en dos tipos aerogenerador de eje horizontal & turbina eólica de eje vertical. Este artículo ofrece una visión general de un aerogenerador de eje horizontal.

¿Qué es un aerogenerador de eje horizontal?

Actualmente, el aerogenerador más utilizado es el HAWT o aerogenerador de eje horizontal. Estas turbinas utilizan láminas de aire (palas aerodinámicas) que se fijan a un rotor colocándolo a favor del viento o a favor de la corriente. Están disponibles con dos o tres palas y funcionan a alta velocidad.

Los actuales aerogeneradores de eje horizontal utilizan la fuerza de sustentación aerodinámica para hacer girar cada pala del rotor, como un avión que vuela. Normalmente, la fuerza de sustentación aerodinámica actúa cuando los segmentos superior e inferior de una pala están expuestos al viento. La diferencia de presión que se forma entre las caras superior e inferior de la hoja genera una fuerza en la dirección superior de la hoja. A continuación se muestra el diagrama de líneas de un aerogenerador de eje horizontal.

Las HAWT pueden utilizarse en cualquier dirección del viento gracias al sistema de bobinado. Este sistema hace girar la cara del rotor para que sea perpendicular a la dirección del viento. Por lo tanto, la cara del rotor puede moverse en la dirección en la que puede enfrentarse al viento a la máxima velocidad.

Construcción y funcionamiento de aerogeneradores de eje horizontal

La construcción de un aerogenerador de eje horizontal puede realizarse con diferentes componentes. Así, el componentes del aerogenerador de eje horizontal incluyen principalmente los cimientos, la góndola, el generador, la torre y las palas del rotor.

Los aerogeneradores de eje horizontal incluyen el eje del rotor y el generador eléctrico, que están dispuestos en la parte superior de la torre. Los aerogeneradores pequeños utilizan una simple veleta, mientras que los más grandes utilizan sensores de viento conectados a un motor auxiliar. La mayoría de los aerogeneradores contienen una caja de engranajes, que se utiliza para cambiar la rotación de las palas de lenta a rápida para hacer funcionar un generador eléctrico.

Fundación

En cualquier aerogenerador, los cimientos sirven de apoyo a la torre, ya que el aerogenerador consta de varias piezas que pesan toneladas.

Torre

Se utiliza una torre para sostener el cubo del rotor y la góndola en la parte superior de la turbina de ventana. Los materiales utilizados para su construcción son el hormigón, el acero tubular o el enrejado de acero. En el diseño de esta turbina, la altura de la torre es muy importante porque la velocidad del viento aumenta con la altura. Por tanto, las torres más altas permiten a estas turbinas captar una gran cantidad de energía y producir más electricidad.

En general, la potencia de un aerogenerador aumenta al aumentar su altura y disminuir las turbulencias del viento. Existen diferentes torres para los aerogeneradores, como las tubulares, las de celosía, las inclinadas contra el viento y las independientes.

Palas para aerogeneradores

Estas palas se utilizan principalmente para extraer la energía cinética (KE) del viento y transformarla en energía mecánica. Este tipo de cuchillas están diseñadas con madera epoxi o poliéster reforzado con fibra de vidrio. Estas turbinas incluyen desde un mínimo de una hasta un máximo de varias palas, según el diseño.

La mayoría de los aerogeneradores de eje horizontal incluyen tres palas conectadas al buje del rotor. En el pasado, las turbinas de palas múltiples se utilizaban como palas simples, de dos o tres palas para moler y bombear agua, etc.

Góndola

La góndola consta de varios componentes que sirven para hacer funcionar el aerogenerador de forma eficiente, como la caja de engranajes, los frenos, el controlador, los ejes de baja y alta velocidad y el generador. Se coloca en lo alto de una torre y en la góndola se coloca una veleta.

Hub

El buje del rotor se utiliza para conectar el eje y la pala del rotor del aerogenerador. El cubo incluye cojinetes de pala, pernos, componentes internos y un sistema de paso. Están diseñados en hierro fundido, chapa de acero soldada y acero forjado. Están disponibles en dos tipos: cubo sin bisagra y cubo trapezoidal.

Caja de cambios

En los aerogeneradores, se utiliza una caja de engranajes para cambiar la potencia de alto par y baja velocidad que recibe una pala del rotor en potencia de bajo par y alta velocidad. Esta energía se utiliza para el generador. La caja de cambios está conectada entre el generador y el eje principal para aumentar la velocidad de rotación de 30-60 rpm a 1000-1800 rpm.

Los engranajes están hechos de diferentes materiales, como aleaciones de alta calidad, fundición de aluminio, acero inoxidable, etc. En los aerogeneradores se utilizan tres tipos de cajas de engranajes: planetarias, helicoidales y de tornillo sin fin.

Generador

La energía mecánica rotativa de la caja de cambios se transmite al generador a través del eje. El generador funciona según la ley de inducción electromagnética de Faraday. De este modo, la energía pasa de ser mecánica a eléctrica.

Funcionamiento del aerogenerador de eje horizontal

Una vez que sopla el viento, un aerogenerador convierte la energía cinética del movimiento del viento en energía mecánica mediante la revolución del rotor. Posteriormente, esta energía convertida puede transmitirse a través del eje y el tren de engranajes al generador. Además, el generador convierte la energía mecánica en eléctrica para generar electricidad.

El viento fluye por ambas caras de la pala en forma de perfil, aunque fluye más rápido por la cara superior del perfil para crear una región de baja presión en el perfil. La diferencia de presión entre las superficies superior e inferior determina la sustentación aerodinámica.

Dado que las palas de un aerogenerador se ven obligadas a moverse en un plano con el buje como centro, la fuerza de sustentación provoca una rotación alrededor del buje. Además de la fuerza de sustentación, una fuerza de resistencia aerodinámica perpendicular a la fuerza de sustentación impide la rotación del rotor.

El diseño de los aerogeneradores de eje horizontal requiere una elevada relación entre la sustentación y la resistencia, especialmente para las palas. Esta relación puede variar en función de la longitud de las palas para optimizar la producción de energía del aerogenerador a diferentes velocidades del viento. El generador y el eje del rotor están dispuestos dentro de la caja en la parte superior del conjunto.

Tipos de aerogeneradores de eje horizontal

Los aerogeneradores de eje horizontal son de dos tipos.

• Turbina contra el viento
• Turbina a favor del viento

Turbina contra el viento

En un aerogenerador de barlovento, el rotor se sitúa en la parte superior de la torre. La función principal de esta turbina es evitar la sombra del viento en la parte trasera de la torre. Actualmente, este diseño se utiliza en la mayoría de las HAWT porque no es flexible y está situado a cierta distancia de la torre.

Turbina a favor del viento

En una turbina a favor del viento, el rotor se sitúa en la parte inferior de la torre. En esta turbina, el viento se dirige primero hacia la torre y luego hacia las palas del rotor. Este aerogenerador presenta algunas diferencias en cuanto a la potencia del viento debido a que el rotor pasa por la sombra del viento de la torre. En este caso, el rotor está detrás de la góndola de la torre y esto provoca fluctuaciones en la potencia del viento.

Ventajas y desventajas

El ventajas de un aerogenerador de eje horizontal incluyen lo siguiente.

• Incluye una elevada potencia en comparación con los aerogeneradores verticales.
• Una torre alta recibe vientos más fuertes cuando cambia la cizalladura del viento.
• Alta eficiencia.
• No es caro en comparación con las turbinas de tipo vertical.
• Tiene una alta fiabilidad.
• Tiene un alto índice de capacidad.
• Su velocidad de rotación es alta.
• Es más coherente.
• Estas turbinas se ponen en marcha solas.
• En esta turbina, las palas están en una cara del centro de gravedad de la turbina, lo que mejora la estabilidad.
• Puede doblar las palas para conseguir el mejor ángulo de ataque.
• La hoja también puede inclinar el rotor durante una tormenta para reducir los daños

El desventajas del aerogenerador de eje horizontal incluyen lo siguiente.

• Están disponibles en formato grande.
• El peso es elevado.
• No podemos movernos con facilidad.
• La instalación es difícil.
• Ruido alto.
• Se necesita una gran maquinaria para diseñar este aerogenerador.
• Su mantenimiento es difícil en comparación con otros aerogeneradores.

Aplicaciones

El aplicaciones de los aerogeneradores de eje horizontal incluyen lo siguiente.

• Son los aerogeneradores más utilizados para fines comerciales e industriales debido a su gran potencia y a su alto rendimiento.
• Se utilizan principalmente en los parques eólicos
• Los aerogeneradores de eje horizontal consiguen una mayor potencia y eficiencia energética, por lo que se utilizan en parques eólicos a gran escala y también para la generación de energía.
• En las plantas industriales, los parques eólicos a gran escala o los proyectos nacionales, estos aerogeneradores son los más utilizados. Por lo tanto, son la solución perfecta para la generación masiva de energía.

El lista de empresas de aerogeneradores en todo el mundo incluye lo siguiente.

• El viento del mundo en la India
• Suzlon en la India
• RRB Energy Limited en la India
• Inox Wind en la India
• Elecon Engineering en la India
• Empresa del suroeste de Estados Unidos.
• PacWind en Estados Unidos
• China Guodian Corporation en China
• Shanghai Electric en China
• SANY en China
• Goldwind en China
• Envision Energy en China
• CRRC en China
• TUGE Energy en Estonia.
• Empresa Guietrevolution en el Reino Unido
• Hi-VAWT en Taiwán
• Estar en Italia
• Borny en España
• UNISON en Corea del Sur
• Senvion en Alemania
• Nordex SE en Alemania
• Enercon en Alemania
• Acciona en España
• NoyaWind Rusia

¿Cuál es el tipo de turbina eólica más eficiente?

Los aerogeneradores verticales son más eficientes que otras turbinas porque aumentan el rendimiento hasta un 15%.

¿Cuántas hectáreas se necesitan para un aerogenerador?

Un aerogenerador de 2 MW utiliza de 40 a 70 acres de terreno para evitar interferencias entre las turbinas.

¿Cuál es el mejor alternador para los aerogeneradores?

En un aerogenerador se utiliza un alternador trifásico de baja velocidad, que va de 50kw a 1000KW

¿Por qué se prefieren las turbinas de eje horizontal a las de eje vertical?

Porque los aerogeneradores horizontales generan más electricidad que otros a partir de una cantidad determinada de viento.

¿Cuántos amperios debe entregar un alternador al ralentí?

El alternador a 13,5 V suministra 40 amperios. Cuando la carga supera los 40 amperios, la tensión cae por debajo de 13,5 V.

Por lo tanto, es una visión general de los aerogeneradores de eje horizontal cuchillas, construcción, funcionamiento, tipos, ventajas, desventajas y aplicaciones. Los aerogeneradores combinados, como los horizontales y los verticales, aumentan el volumen de producción y la eficiencia en comparación con los aerogeneradores por separado. Aquí tienes una pregunta: ¿cuál es la diferencia entre los aerogeneradores de eje horizontal y vertical?