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Principales Elementos de los Aerogeneradores

ÍNDICE:

1. ROTOR.

2. GÓNDOLA.

3. MULTIPLICADORA.

4. GENERADOR.

5. SISTEMA DE GIRO Y ANGULACIÓN.

6. SISTEMA DE REFRIGERACIÓN.

7. TORRE.

Figura 1: Esquema Aerogenerador.

  • 1. ROTOR.

  • Se encuentra unido al eje principal para la transmisión del giro, y se puede dividir en 3 partes diferenciadas.

    Nariz: Es un elemento aerodinámico que se sitúa en frente de la dirección de viento sobresaliendo de la zona de unión entre las palas y el buje. Su misión consiste en redireccionar el viento de la parte frontal del rotor a los respiraderos de la góndola y a la vez evitar turbulencias en la parte frontal del rotor.

    Buje: Es la pieza de unión entre las palas y el eje principal, y por lo tanto el transmisor de la fuerza del viento al interior de la góndola. La unión al eje debe ser de forma rígida, pero con las palas pueden darse dos caso. El primero si es un generador de tres palas, en cuyo caso la unión alas palas debe comportarse también rígidamente, en el caso de aerogeneradores bipala es necesario que la unión entre palas y buje permita una ligera oscilación de hasta tres grados respecto al plano normal del eje de rotación.

    Palas: Las palas deben suelen ser fabricadas con materiales con gran resistencia estructural y ala fatiga para su correcto funcionamiento a lo largo de los 25 años de vida media que se supone a los aerogeneradores, teniendo en cuenta que estarán afectados de inclemencias climáticas, fuerte vientos y en los casos de aerogeneradores offshore a salinidad. Además deben ser fácilmente mecanizables para dotarlas de un diseño aerodinámico que minimice las cargas sobre el resto de la estructura y capte eficazmente la fuerza del viento. Los materiales empleados para cumplir todas estas premisas son materiales compuestos de fibra de vidrio y epoxis o poliéster, fibra de carbono etc.

  • 2. GONDOLA.

  • Es el chasis principal del aerogenerador, se sitúa en la parte superior de la torre y en su interior se encuentran los elementos eléctricos y mecánicos necesarios para convertir el giro del rotor en energía eléctrica. Se encuentra unida a la torre por una corona dentada para permitir la orientación del rotor al viento, y rotor y las palas por el eje principal que transmitirá la fuerza del viento al multiplicador y al motor sucesivamente. En su parte exterior lleva instalado un anemómetro y una veleta conectados a los sistemas de control de aerogenerador, y unos respiraderos para garantizar la refrigeración del motor. Se construyen en acero forjado y placas de fibra de vidrio.

    3. MULTIPLICADORA.

    El multiplicador es una caja de engranajes que convierte la baja velocidad de giro y alta potencia del eje principal en una velocidad de giro adecuada para el funcionamiento del motor a costa de la potencia. El giro se transmite del multiplicador a el motor mediante el eje secundario, de menor diámetro que el eje principal, de forma similar a como ocurría entre el rotor y la caja de engranajes con el eje principal.

    El tren de potencia es el encargado de transmitir la energía producida por el giro del rotor al motor de una forma aprovechable por este para la generación de energía eléctrica. Esta formado por el eje principal, caja multiplicadora y eje secundario. El eje principal es una pieza tubular de acero macizo de gran diámetro, unido solidariamente al rotor y que gira a velocidades de entre 22 y 64 r.p.m., según el modelo de aerogenerador y las condiciones de operación. Sin embargo un motor estándar de generación eléctrica necesita velocidades de giro de entorno a las 1500 r.p.m., por lo que es necesario un multiplicador que aumente la velocidad de giro transmitida.

  • 4. GENERADOR.

  • El generador convierte la energía mecánica producida por el rotor en energía eléctrica. Existen tres tipos de generadores:

    1)     Asíncrono (jaula de ardilla).

    -         Más sencillo de fabricación.

    -         Menor versatilidad.

    -         Necesita una sincronización suave a red (tiristores).

    -         No regula el factor de potencia, necesita etapas de condensadores.

    2)     Asíncrono con rotor bobinado.

    -         Permite inyectar y extraer energía del rotor.

    -         Al inyectar diferentes frecuencias al rotor se consigue poder generar a velocidades muy diferentes de la de sincronismo.

    -         Generador de velocidad variable (de 900 a 1500 r.p.m.).

    -         Al permitir la extracción de energía del rotor, se consigue generar hasta un 10% de la energía producida.

    -         Requiere sincronización a red antes de generar.

    3)     Síncrono (múltipolo).

    -         Control optimizado.

    -         No usa multiplicadora.

    -         Bajo deslizamiento.

    -         Reducción de tensión.

    Suelen utilizarse generadores asíncronos de jaula de ardilla, junto con baterías de condensadores para mejorar su factor de potencia. La conexión a la red puede ser directa o indirecta a la red, dependiendo si la turbina trabaja a velocidad constante o variable. Trabajando conectado de forma indirecta a la red conseguimos aprovechar los picos de velocidad del viento, pero el generador produce energía de frecuencia variable por lo que se necesitan equipos de adecuación para volcar la energía en la red. En la forma directa de conexión, la propia red limita la velocidad de giro del generador, por lo que no aprovecha los picos de mayor energía del viento.

    5. SISTEMA DE GIRO Y ANGULACION.

    Los sistemas de control en un aerogenerador tienen dos importantes cometidos, el primero es el aprovechamiento máximo de la fuerza del viento mediante la orientación del rotor, el segundo es la protección del aerogenerador ante velocidades de viento que podrían dañar la instalación.

    Para el cometido de la orientación el aerogenerador cuenta con equipos anemométricos y de medida de la dirección del viento instalado sobre la góndola. Los datos recogidos pasan al ordenador de control que según un algoritmo determinado decidirá como deberá mover la góndola gracias al sistema de corona dentada y motor de giro instalados en la base de la góndola en su unión con la torre. Es necesario aclarar que el control sobre la orientación de el rotor no se realiza a tiempo real, si no que el algoritmo, con los datos recogidos, debe ser capaz de garantizar que realmente el viento a cambiado de dirección de forma estable, antes de que se produzca el giro de la góndola, ya que en caso contrario daría lugar a un movimiento errático del sistema que reduciría su eficiencia.

    En los casos que el viento ha superado la velocidad nominal de trabajo, en la que se alcanza la máxima potencia producida por el equipo, y llega a la velocidad de parada, existen dos métodos de control, para evitar que puedan producirse daños.

    Activo: Mediante un dispositivo mecánico las palas giran el perfil enfrentado al viento cambiando su aerodinámica, por lo que para velocidades mayores de viento para las que están diseñadas a trabajar de forma óptima, aprovechan en menor medida, mediante el cambio de ángulo, la velocidad del viento, y la potencia suministrada y cargas inerciales permanecen en un rango de trabajo apropiados. Es el método más caro pero también es el que ofrece un mejor control.

    Pasivo: En este caso las palas no poseen ningún tipo de mecanismo de variación del ángulo ofrecido al viento, si no que permanecen fijas al rotor en todo momento. En su lugar, las palas con este mecanismo de control se diseñan de tal manera que para velocidades demasiado elevadas del viento se producen turbulencias en la parte de la pala de baja presión, por lo que la diferencia de presiones entre un lado y otro de la pala disminuye. Es decir, pasado un limite de velocidad del viento, este disminuye la fracción de energía transmitida al movimiento de las palas por las turbulencias ocasionadas, rebajando la velocidad de giro del rotor. Este método de control es mucho más económico, pero menos exacto y eficiente que el activo, aún así, al rededor de dos tercios de los aerogeneradores instalados hoy en día utilizan este método.

  • 6. SISTEMA DE REFRIGERACION.

  • Su función es evacuar el calor del generador y demás sistemas eléctricos junto con el de todas las partes vitales sometidas a rozamientos que por su trabajo, que aunque estén bien lubricadas el calentamiento podría provocar su degradación y posible avería.

  • 7. TORRE.

  • La torre es la estructura que soporta a una determinada altura al mecanismo productor de electricidad del aerogenerador. Al elevar los componentes se consigue un aprovechamiento mayor de la fuerza del  viento, pues a una mayor altura sobre el nivel del suelo mayor será su velocidad, y por lo tanto, también la velocidad de rotación de las palas. Su diseño suele consistir en un tronco cónico o tubular hueco de acero, en cuyo interior se alojan los equipos accesorios de suelo y se facilita un acceso seguro mediante una escalera a la góndola.

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