INSTITUTO TECNOLGICO DE QUERTARO

ENERGAS RENOVABLES EN LA ACTUALIDAD LA ENEGRGA ELICA

CURSO ESPECIAL DE TITULACIN

que para obtener el ttulo de INGENIERO INDUSTRIAL

presenta

CARLOS DANIEL LOMELN MORA

Diciembre del 2008

SUBSECRETARA DE EDUCACIN SUPERIOR DIRECCIN GENERAL DE EDUCACIN SUPERIOR

60 Aos de Excelencia en Educacin Tecnolgica

i

NDICE

Ttulo Pgina INTRODUCCIN iii 1. LAS ENERGAS RENOVABLES EN LA ACTUALIDAD v 1.1 Energa Hidrulica v 1.1.1 Centrales de aguas fluyentes vi 1.1.2 Centrales de pie de presa vi 1.1.3 Centrales de canal de riego o abastecimiento vi 1.2 Energa Solar ix 1.2.1 Faltan inversiones ix 1.2.2 Mxico y la investigacin x 1.2.3 Energa Solar Trmica x 1.2.4 Energa Solar Fotovoltaica xi 1.3 Energa Geotrmica xiv 1.4 Energas del Mar xv 1.4.1 Energa de las mareas xv 1.4.2 Energa Trmica Ocenica xvi 1.4.3 Energa de las olas xvi 2. LA ENERGA ELICA xix 2.1 Ventajas de la Energa Elica xx 2.2 Desventajas de la Energa Elica xx 2.3 Los Aerogeneradores - Energa accesible xxi 2.3.1 Historia de los aerogeneradores. xxi 2.3.2 Distintas clases de aeromotor. xxii 2.3.2.1 Aeromotores de eje horizontal. xxiii 2.3.2.2 Aeromotores de eje vertical. xxiii 2.4 Configuracin de una Estacin Elica. xxiv 2.5 Complementos para la Utilizacin de Energa Elica. xxvii 2.5.1 El Generador Elctrico y el Multiplicador. xxvii 2.5.1.1 Generador de Corriente Continua - Dnamo xxvii 2.5.1.2 Generador Sncrono de Corriente Alterna. xxviii 2.5.1.3 Ventajas e inconvenientes. xxviii 2.5.1.4 El Multiplicador. xxix 2.5.2 Proteccin contra los rayos. xxx 2.5.3 Torres para aerogeneradores. xxxiii 2.5.3.1 Consideraciones de coste xxxix 2.5.3.2 Consideraciones aerodinmicas xxxix 2.5.3.3 Consideraciones de dinmica estructural xxxiv 2.5.3.4 Eleccin entre torres altas y bajas xxxv 2.6 Dispositivos de Almacenamiento. xxxvi 2.6.1 Acumuladores de plomo. xxxvi

ii

2.6.1.1 Construccin. xxxvi 2.6.1.2 Principio fundamental de funcionamiento. xxxvi 2.6.1.3 Determinacin de la capacidad de la batera de acumuladores. xxxvii

2.7 Control del estado de la carga de la batera de acumuladores. Circuitos asociados (Control manual).

xxxix

2.7.1 Aerogenerador equipado con Generador de Corriente Continua. xxxix 2.7.1.1 Dispositivo de control (optativos). xxxix 2.7.2 Aerogenerador equipado con Alternador. xxxix 2.7.2.1 Empleo de un contador de amperios-hora. xxxix 2.7.3 Valores de las tensiones de final de carga y descarga xl 2.8 Utilizacin de la energa elctrica de origen elico. xli 2.8.1 Utilizacin de la Energa Elica para Usos Domsticos. xlii 2.8.1.1 Iluminacin. xlii 2.8.1.2 Refrigeracin-Congelacin. xlii 2.8.1.3 Equipos musicales, receptores de radio y televisin. xlii 2.8.1.4 Pequeas herramientas de taller, motores elctricos y electrodomsticos. xliii

2.8.1.5 Los Convertidores. xliii 2.9 La Energa Elica en Nuestro Pas xliv CONCLUSIONES li BIBLIOGRAFA lv

iii

INTRODUCCIN

Desde que nos levantamos hasta que nos acostamos e incluso mientras dormimos estamos consumiendo

energa, sta es indispensable.

El ser humano descubri el fuego y con la madera como combustible, cocinaba y se calentaba con l. Desde

tiempos remotos ha utilizado, adems de su propio esfuerzo fsico, el de algunos animales domsticos para

obtener esa energa. Cre la rueda que, unida a la fuerza del viento y el agua, le proporcionaba energa

mecnica.

Con la revolucin industrial, que comenz en el siglo XVIII en Inglaterra, y continu en casi todo el mundo en

el siglo XIX, el modelo energtico empleado hasta entonces se desmoron y otras fuentes de energa, como

el carbn, arrancaron con fuerza. En 1859, se realiz en EE.UU. la primera perforacin petrolfera.

Si el siglo XX se movi con energas sucias, como el petrleo, el gas o el carbn, en el XXI abren las puertas

a energas verdes. stas, que adems de limpias son inagotables, se perfilan como la gran solucin para un

mundo que devora cada vez mas kilovatios y combustible.

Se inicio as la fiebre del oro negro que dura hasta nuestros das. En poco tiempo el carbn, los

hidrocarburos y la energa nuclear desbancaron a las otras fuentes que se usaban hasta este momento. Para

ello, fue necesario un espectacular desarrollo tecnolgico que va desde la mquina de vapor al reactor

nuclear, pasando por el motor de explosin y el generador elctrico.

Desde 1975 hasta 1990 los consumos de energa crecieron un 40% un 2.4% anual-. El petrleo encabeza el

ranking, con un 37% y el gas natural- 20%; es decir, el 80% de la energa que consumimos proviene de los

combustibles fsiles y el 6.5%, del dixido de carbono que se emite cada ao a la atmsfera, culpables del

efecto invernadero y, por tanto del calentamiento del planeta. La Agencia Internacional de la Energa estima

que el consumo de energa y las emisiones de CO2 aumentarn para el ao 2010 casi un 50% con respecto

a los niveles de 1993.

El uso energtico en los pases industrializados es muy alto y en los pases que estn en vas de desarrollo

la utilizacin de las energas es todava baja, aun cuando el crecimiento es rpido.

Las naciones en desarrollo, cuya poblacin representa ms del 80% del total, solo consumen un tercio de la

energa del mundo. Todava hay 2,000 millones de personas que no tienen luz. "China y la India van a poder

empezar a disfrutar de la energa - afirma Manuel Dels, experto europeo en produccin de energas

renovables-, pero lo van a hacer con los recursos que poseen. China va a producir energa elctrica

mediante centrales trmicas alimentadas con carbn. Ellos disponen de mucho mineral, pero de mala calidad

desde el punto de vista ambiental, que, adems de dixido de carbono, emitira azufre. Millones de Chinos

soltando a la atmsfera grandes cantidades de esos contaminantes van a agravar el problema".

La poblacin de principios del siglo XXI se establece en 6,000 millones de personas. Todas ellas, en

conjunto, consumen alrededor de 10,000 millones de toneladas equivalentes de petrleo. Esta medida

universal es una unidad que significa una tonelada de petrleo con el poder calorfico terico de 10,000

kilocaloras por kilo de petrleo. Quiere decir que cada habitante del planeta consume l.6 toneladas

equivalentes de petrleo ala ao.

iv

Un tercio de toda la energa del globo se utiliza para electricidad; otro tercio, como combustible-gasolina y

gasleo- y el que resta, como carburantes para otros usos como, por ejemplo, la calefaccin.

Los combustibles fsiles son materias sedimentarias que slo estn en determinados lugares. Desde hace

aos se especula sobre el problema de cuanto queda. Durante la primera crisis del petrleo, en 1973, se dijo

que haba para 20 aos.

Algunos aseguran que existe petrleo y gas para cien aos; otros, que para menos. "Pero hay una cuestin

importantsima que no se esta teniendo en cuenta. Es la variable ambiental - explica Jos Luis Garca, de

Greenpeace-. Si queremos seguir consumiendo combustibles fsiles al ritmo actual y con ese incremento de

demanda, llegaramos a que con slo agotar la cuarta parte de las reservas actuales sera suficiente para

desencadenar un cambio climtico tan catastrfico que las especies no podran adaptarse. No hay

humanidad capaz de sobrevivir en un mundo as".

Algunos gobiernos estn convencidos; sin embargo, la presin del sector petrleo es tan fuerte que se hace

difcil ponerle freno. Sea como fuere, estamos depredando las reservas de la Tierra. La actividad humana, es

segn todos los indicios, la responsable del aumento del dixido de carbono en la atmsfera. Si en la mitad

del siglo XIX, emitamos a la atmsfera 250 partes de CO2 por milln, actualmente estamos soltando 360.

Para controlarlo, se reunieron en Kioto, Japn, el 1997, 184 pases que acordaron un protocolo para reducir

en un 5.2 por 100 las emisiones de CO2 y otros gases para el periodo 2008-2012. No obstante, se han vuelto

a reunir en noviembre de 2000 en la Haya para ratificarlo, pero no lo han conseguido. Y mientras tanto los

cientficos reclaman una mayor disminucin de los gases de efecto invernadero ocasionado por los

combustibles fsiles.

v

1. LAS ENERGAS RENOVABLES EN LA ACTUALIDAD

Estas representan un 20% del consumo mundial de electricidad, siendo el 90% de origen hidrulico. El resto

es muy marginal: biomasa 5,5%, geotermia 1,5%, elica 0,5% y solar 0,05%.

Alrededor de un 80% de las necesidades de energa en las sociedades industriales occidentales se centran

en torno a la calefaccin, la climatizacin de los edificios y el transporte (coches, trenes, aviones). Sin

embargo, la mayora de las aplicaciones a gran escala de la energa renovable se concentra en la produccin

de electricidad.

1.1 Energa Hidrulica

Ya desde la antigedad, se reconoci que el agua que fluye desde un nivel superior a otro inferior posee una

determinada energa cintica susceptible de ser convertida en trabajo, como demuestran los miles de

molinos que a lo largo de la historia fueron construyndose a orillas de los ros.

Ms recientemente, hace ms de un siglo, se aprovecha la energa hidrulica para generar electricidad, y de

hecho fue una de las primeras formas que se emplearon para producirla.

El aprovechamiento de la energa potencial del agua para producir energa elctrica utilizable, constituye en

esencia la energa hidroelctrica. Es por tanto, un recurso renovable y autctono. El conjunto de

instalaciones e infraestructura para aprovechar este potencial se denomina central hidroelctrica.

Hoy en da, con los problemas medioambientales, se ven las cosas desde otra perspectiva. Esto ha hecho

que se vayan recuperando infraestructuras abandonadas dotndolas de nuevos equipos automatizados y

turbinas de alto rendimiento. En consecuencia, el impacto ambiental no es ms del que ya exista o por lo

menos inferior al de una gran central. A estas instalaciones, con potencia inferior a 5.000KW se les denomina

mini-hidrulicas.

Las minicentrales hidroelctricas estn condicionadas por las caractersticas del lugar de emplazamiento. La

topografa del terreno influye en la obra civil y en la seleccin del tipo de mquina.

Imagen 1 Planta Hidroelctrica

vi

1.1.1 Centrales de aguas fluyentes

Aquellas instalaciones que mediante una obra de toma, captan una parte del caudal del ro y lo conducen

hacia la central para su aprovechamiento, para despus devolverlo al cauce del ro.

1.1.2 Centrales de pie de presa

Son los aprovechamientos hidroelctricos que tienen la opcin de almacenar las aportaciones de un ro

mediante un embalse. En estas centrales se regulan los caudales de salida para utilizarlos cuando se

precisen

1.1.3 Centrales de canal de riego o abastecimiento

Imagen 2 Canal de Riego

Se pueden distinguir dos tipos:

1. Con desnivel existente en el propio canal. Se aprovecha mediante la instalacin de una tubera

forzada, que conduce el agua a la central, devolvindola posteriormente al curso normal del canal.

2. Con desnivel existente entre el canal y el curso de un ro cercano. En este caso la central se instala

cercana al ro y se aprovechan las aguas excedentes en el canal.

A la hora de realizar un proyecto de una minicentral hidroelctrica y dependiendo del tipo por su

emplazamiento, la determinacin del caudal y la altura de salto determinar la potencia a instalar, as como,

el tipo de mini turbina.

Existen varios tipos de mini turbinas:

a) De reaccin

Que aprovecha la energa de presin del agua en energa cintica en el estator, tanto en la entrada como en

la salida, estas aprovechan la altura disponible hasta el nivel de desage.

vii

Kaplan: se componen bsicamente de una cmara de entrada que puede ser abierta o cerrada, un distribuidor fijo, un rodete con cuatro o cinco palas fijas en forma de hlice de barco y un tubo de

aspiracin.

Imagen 3 Mini Turbina tipo Kaplan

Francis: caracterizada por que recibe el flujo de agua en direccin radial, orientndolo hacia la salida en direccin axial.

Imagen 4 Mini Turbina Tipo Francis

viii

Se compone de un distribuidor que contiene una serie de alabes fijos o mviles que orientan el agua hacia el

rodete. Un rodete formado por una corona de paletas fijas, torsionadas de forma que reciben el agua en

direccin radial y lo orientan axialmente. Una cmara de entrada, que puede ser abierta o cerrada de forma

espiral, para dar una componente radial al flujo de agua. Un tubo de aspiracin o de salida de agua, que

puede ser recto o acodado y se encarga de mantener la diferencia de presiones necesaria para el buen

funcionamiento de la turbina.

b) De flujo cruzado

Tambin conocida como de doble impulsin, constituida principalmente por un inyector de seccin

rectangular provisto de un alabe longitudinal que regula y orienta el caudal que entra en la turbina, y un

rodete de forma cilndrica, con mltiples palas dispuestas como generatrices y soldadas por los extremos a

discos terminales.

El caudal que entra en la turbina es orientado por el alabe del inyector, hacia las palas del rodete,

produciendo un primer impulso. Posteriormente, atraviesa el interior del rodete y proporciona un segundo

impulso, al salir del mismo y caer por el tubo de aspiracin.

c) De accin

Que aprovecha la energa de presin del agua para convertirla en energa cintica en el estator, estas

aprovechan la altura disponible hasta el eje de la turbina.

Pelton: Consta de un disco circular que tiene montados en su periferia unas paletas en forma de doble cuchara y de un inyector que dirige y regula el chorro de agua que inciden sobre las cucharas,

provocando el movimiento de giro de la turbina.

Imagen 5 Mini Turbina Tipo Pelton

ix

1.2 Energa Solar

El sol, fuente de vida, es energa inagotable. Si aprendemos cmo aprovechar de forma racional la energa

que nos proporciona, el sol puede suministrarnos la luz y el calor que necesitamos.

Uno de los principales yacimientos energticos lo tenemos ah mismo, encima de nuestras cabezas. El

hecho de que los rayos del sol calienten una superficie al incidir sobre ella no es ningn secreto. Es algo

evidente. La energa solar es la energa que llega a la tierra en forma de radiacin electromagntica

procedente del sol, en donde se genera. Esta evidencia puede ser aprovechada en cualquier parte que se

necesite, bien para calefaccin agua caliente o electricidad.

En el sol se producen constantemente reacciones de fusin: Los tomos de hidrgeno se fusionan dando

lugar a un tomo de helio y liberando gran cantidad de energa. De sta solo una pequea parte llega a

nuestro planeta, pues el resto se refleja hacia el espacio exterior por la presencia de la atmsfera terrestre.

Existen varias aplicaciones de la energa solar: La trmica, es decir, que a partir del sol produce agua

caliente. Por otro lado, existe la solar elctrica o fotovoltaica: A partir del sol se genera electricidad. Para ello

se necesitan las clulas fotovoltaicas que aprovechan esa radiacin solar.

Una clula fotovoltaica es un dispositivo que convierte la energa solar en energa elctrica."Actualmente,

con la tecnologa disponible-explica Ignacio Rosales, especialista en energa solar- con los mdulos

fotovoltaicos se aprovecha un 14% de la energa que se recibe".

Existen dos tipos de aplicaciones de la energa solar fotovoltaica:

Una sirve para los lugares aislados en donde la electricidad no existe, donde la energa solar se almacena en

unas bateras y se aprovecha cuando hay demanda. Es lo que suele hacerse en casas rurales o en el tercer

mundo para proyectos de desarrollo rural, en aldeas, electrificacin de escuelas, hospitales

La otra utilizacin es para ncleos mayores, pues necesita una central o planta de produccin. El ejemplo y

paneles fotovoltaicos para producir electricidad comenzaron en 1954 con vistas a la industria espacial. Se

usa tambin, adems de en faros, en boyas marinas y postes de socorro de las autopistas. La central que

suministra la energa solar fotovoltaica es un terreno con una serie de paneles solares; la electricidad all

producida se vierte a la red y de ah, a los consumidores. Esta planta de produccin genera una serie de

kilovatios / hora verdes que se consumen donde se demanda junto con otras energas.

1.2.1 Faltan inversiones

"Mxico, que es un pas que posee muchas horas de sol y que puede conseguir ms kilovatios/ hora, no es,

sin embargo, el pas que ms se aproveche de l. Por ejemplo Japn ya no puede instalar mas paneles

porque tiene muy poco espacio y mucho consumo, pero en Mxico deberamos seguir yendo haca arriba. -

Ignacio Rosales- yo propongo que Mxico produzca la materia prima, de manera que haya una industria

independiente y no dependamos tanto de las importaciones".

La principal ventaja de esta fuente de energa, al igual que en otras renovables, es su nula incidencia

negativa en el medio ambiente. "Todas son abundantes en la naturaleza y estn distribuidas uniformemente

x

por el planeta, a diferencia de las fsiles. Sol y viento lo tienen todo el mundo", ndica Jos Luis Garca, de

greenpeace.

Sin embargo, quedan an cuestiones por limar. El principal problema al que se enfrenta la energa solar es la

falta de apoyo y el escaso nivel de inversin que ha tenido, finaliza el portavoz de greenpeace.

1.2.2 Mxico y la investigacin

Hasta los aos ochenta en Mxico comenzamos a preocuparnos por utilizar la energa solar. Por ese

entonces, diversas instituciones acadmicas se dedicaron a la investigacin para aprovechar nuestras

abundantes horas de luz solar. En las Universidades Mexicanas apareci poco a poco una especialidad que

tiene como objetivo aprovechar la energa solar: La helio arquitectura. Entre ellas estaba la Universidad

Autnoma del Estado de Mxico, la de San Luis Potos, la de Guadalajara, la Universidad Iberoamericana y

la Salle.

Instituciones como el INFONAVIT, el Instituto de Investigaciones en Materiales de la UNAM, el ITESM y el

Instituto Tecnolgico Regional de Oaxaca se embarcaron en la tarea de desarrollar casas energticamente

autosuficientes basadas en el aprovechamiento de la energa solar. Hoy, los resultados no son todava

visibles.

Energa radiante producida en el Sol como resultado de reacciones nucleares de fusin. Llega a la Tierra a

travs del espacio en cuantos de energa llamados fotones, que interactan con la atmsfera y la superficie

terrestres. La intensidad de la radiacin solar en el borde exterior de la atmsfera, si se considera que la

Tierra est a su distancia promedio del Sol, se llama constante solar, y su valor medio es 1,37 106

erg/s/cm2, o unas 2 cal/min/cm2. Sin embargo, esta cantidad no es constante, ya que parece ser que vara

un 0,2% en un periodo de 30 aos. La intensidad de energa real disponible en la superficie terrestre es

menor que la constante solar debido a la absorcin y a la dispersin de la radiacin que origina la interaccin

de los fotones con la atmsfera.

La intensidad de energa solar disponible en un punto determinado de la Tierra depende, de forma

complicada pero predecible, del da del ao, de la hora y de la latitud. Adems, la cantidad de energa solar

que puede recogerse depende de la orientacin del dispositivo receptor.

1.2.3 Energa Solar Trmica

Un sistema de aprovechamiento de la energa solar muy extendido es el trmico. El medio para conseguir

este aporte de temperatura se hace por medio de colectores.

El colector es una superficie, que expuesta a la radiacin solar, permite absorber su calor y transmitirlo a un

fluido. Existen tres tcnicas diferentes entre s en funcin de la temperatura que puede alcanzar la superficie

captadora. De esta manera, los podemos clasificar como:

Baja temperatura, captacin directa, la temperatura del fluido es por debajo del punto de ebullicin.

xi

Media temperatura, captacin de bajo ndice de concentracin, la temperatura del fluido es ms elevada de 100C.

Alta temperatura, captacin de alto ndice de concentracin, la temperatura del fluido es ms elevada de 300C.

1.2.4 Energa Solar Fotovoltaica

El sistema de aprovechamiento de la energa del Sol para producir energa elctrica se denomina conversin

fotovoltaica.

Las clulas solares estn fabricadas de unos materiales con unas propiedades especficas, denominados

semiconductores.

Para entender el funcionamiento de una clula solar, debemos de entender las propiedades de estos

semiconductores, las cuales se describen a continuacin:

Los electrones que se encuentran orbitando al rededor del ncleo atmico no pueden tener cualquier

energa, solamente unos valores determinados, que son denominados, niveles energticos, a los que se

pone nombre: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p.

Las propiedades qumicas de los elementos estn determinadas por el nmero de electrones en su ltima

capa y por electrones que faltan para completarla. En el silicio, material que se usa para la construccin de

una clula solar, en su ltima capa, posee cuatro electrones y faltan otros cuatro para completarla.

Cuando los tomos de silicio se unen a otros, comparten los electrones de las ltimas capas con la de los

tomos vecinos, formando lo que se denomina enlace covalente. Estas agrupaciones dan lugar a un slido

de estructura cristalina.

De la forma, que los electrones de un tomo no pueden tener cualquier energa, los electrones de un cristal

tampoco pueden tomar cualquier energa.

Teniendo en cuenta que en el tomo sus propiedades se determinan en la ltima capa, ahora son

agrupaciones de capas, llamadas bandas de energa, y que definen las propiedades electrnicas de un

cristal.

Las dos ltimas capas ocupadas por electrones reciben el nombre de banda de conduccin y banda de

valencia. Estas estn separadas por una energa denominada gap.

Para poder entender esto describiremos los tipos de materiales existentes, elctricamente hablando:

Conductores, disponen de unos electrones de valencia poco ligados al ncleo y que pueden moverse con facilidad dentro de la red cristalina respondiendo a un estmulo externo.

Semiconductores, sus electrones de valencia estn ms ligados a sus ncleos que los conductores, pero basta suministrar una pequea cantidad de energa para que se comporten igual que estos.

Aislantes, los electrones de valencia estn fuertemente ligados al ncleo y la energa a suministrar para poder desprenderse del tomo sera excesivamente grande.

xii

Llegando a este punto, podemos decir que a cierta temperatura, algunos electrones tendrn energa

suficiente para desligarse de los tomos, a estos electrones libres se les denomina "electrones" y se les

asocia con los niveles energticos de la banda de conduccin.

A los enlaces que han dejado vacos se les denomina "huecos"; para entender mejor este racionamiento

diremos que los "huecos" se comportan de la misma forma que partculas con carga positiva.

Si pusiramos un cristal de estas caractersticas, lo nico que conseguiramos sera calentar el cristal, ya que

los electrones se moveran dentro del propio cristal, se generaran pares electrn-hueco, que constan de un

electrn que se mueve y deja un hueco, a ese hueco ir otro electrn prximo, generando otro hueco y as

sucesivamente.

Para generar una corriente elctrica hace falta un campo magntico, que se consigue con la unin de dos

cristales semiconductores, uno de tipo "p" y otro de tipo "n".

Estos semiconductores se obtienen con un cristal semiconductor muy puro, introducindoles impurezas

(dopado).

Una de las regiones se dopa con fsforo, que tiene cinco electrones de valencia, uno ms que el silicio, de

forma que esta regin dopada muestra una afinidad por los electrones mayor que el silicio puro. A esta

regin se le denomina de tipo n.

La otra regin de dopa con boro, que tiene tres electrones de valencia, uno menos que el silicio, de forma

que esta regin muestra una afinidad por los electrones inferior que el silicio puro. A esta regin se le

denomina de tipo p.

De esta forma, teniendo un cristal semiconductor de silicio formado por una regin de tipo p y otra regin de

tipo n, se consigue una diferencia de potencial que hace que los electrones tengan menos energa en la zona

n que en la zona p. Por esta razn los electrones son enviados a la zona n y los huecos a la zona p.

Cuando inciden fotones sobre este tipo de semiconductor, unin p-n, es cuando entonces se rompen algunos

enlaces, generndose de esta forma pares electrn-hueco.

Las clulas solares, para poder suministrar energa al exterior, van provistas de unos dedos o mallas de

metalizacin frontal, que consisten en partes metlicas por la que circula al exterior la corriente elctrica

generada.

Si esta generacin se produce a una distancia de la unin menor que lo que se denomina longitud de

difusin, estos pares sern separados por el fuerte campo elctrico que existe en la unin, movindose el

electrn hacia la zona n y el hueco hacia la zona p. De esta forma se da una corriente de la zona n a la zona

p.

Si estos electrones consiguen ser recolectados por la malla de metalizacin, obtendremos energa elctrica

Si la longitud de difusin es muy corta, el par electrn-hueco, se recombinar, lo cul dar origen a calor. Por

supuesto esto siempre que la clula est iluminada.

De todas formas no todos los fotones incidentes generan electricidad, hay factores que hacen que existan

prdidas en esta generacin.

xiii

Energa de fotones incidentes, hay veces que los fotones incidentes no disponen de la energa necesaria para romper un enlace covalente y crear un par electrn-hueco, y otras, el fotn tiene

demasiada energa, lo cual se disipa en forma de calor.

Recombinacin, es el hecho de que los electrones liberados ocupen un hueco prximo a ellos. Reflexin, parte de la radiacin incidente en la clula es reflejada. Malla de metalizacin, estos contactos elctricos en el exterior de la clula, disminuye la superficie

de captacin.

Resistencia serie, es el efecto Joule producido por el paso de electrones a travs del silicio, la malla de metalizacin y resistencia de los contactos de conexin elctricas al circuito exterior.

Resistencia paralelo, tiene origen en las imperfecciones de la unin p-n, creando fugas de corriente.

Estas clulas conexionadas entre s, y montadas en un mdulo o panel es lo que llamamos panel solar.

Cuyas caractersticas elctricas vienen determinadas por el nmero y forma de conexin de las clulas.

Conexin serie, conexionadas de forma que el lado p sea conectado con el lado n de otra clula, as

sucesivamente, quedando cada extremo con un lado n y otro p. Las tensiones generadas de cada clula se

suman, la corriente es el valor de una clula.

Conexin paralelo, conexionados todos los lados de tipo p, por un lado, y los de tipo n por otro. La tensin

generada es la de una clula y la corriente es la suma de todas.

Conexin mixta, es la conexin en serie y en paralelo de las clulas. Donde la tensin generada es la suma

de las tensiones de clulas en serie y la corriente es la suma de todas las clulas en paralelo.

I total = I x nmero de clulas en paralelo

V total = V x nmero de clulas en serie

Existen varios tipos de paneles fotovoltaicos, que se diferencian bien por su tecnologa de fabricacin de

clulas o por su aplicacin.

Silicio monocristalino Silicio policristalino Silicio amorfo Policristalinos de lmina delgada Paneles para el espacio Sulfuro de cadmio y sulfuro de cobre Telurio de cadmio Seleniuro de cobre e indio Arseniuro de galio o de concentracin Bi-faciales

xiv

1.3 Energa Geotrmica

Nuestro planeta guarda una enorme cantidad de energa en su interior. Un volcn o un geiser es una buena

muestra de ello.

Son varias las teoras que tratan de explicar las elevadas temperaturas del interior de la Tierra. Unas

sostienen que se debe a las enormes presiones existentes bajo la corteza terrestre; otras suponen que

tienen origen en determinados procesos radiactivos internos; por ltimo, hay una teora que lo atribuye a la

materia incandescente que form nuestro planeta.

Diversos estudios cientficos realizados en distintos puntos de la superficie terrestre han demostrado que, por

trmino medio, la temperatura interior de la Tierra aumenta 3C cada 100m. de profundidad.

Este aumento de temperatura por unidad de profundidad es denominado gradiente geotrmico.

Se supone que variar cuando alcancen grandes profundidades, ya que en el centro de la Tierra se

superaran los 20.000C, cuando en realidad se ha calculado que es, aproximadamente, de 6.000C.

La forma ms generalizada de explotarla, a excepcin de fuentes y baos termales, consiste en perforar dos

pozos, uno de extraccin y otro de inyeccin.

En el caso de que la zona est atravesada por un acufero se extrae el agua caliente o el vapor, este se

utiliza en redes de calefaccin y se vuelve a inyectar, en el otro caso se utiliza en turbinas de generacin de

electricidad.

En el caso de no disponer de un acufero, se suele proceder a la fragmentacin de las rocas calientes y a la

inyeccin de algn fluido.

Es difcil el aprovechamiento de esta energa trmica, ocasionado por el bajo flujo de calor, debido a la baja

conductividad de los materiales que la constituyen; pero existen puntos en el planeta que se producen

anomalas geotrmicas, dando lugar a gradientes de temperatura de entre 100 y 200C por kilmetro, siendo

estos puntos aptos para el aprovechamiento de esta energa.

Tipos:

Hidrotrmicos, tienen en su interior de forma natural el fluido caloportador, generalmente agua en estado lquido o en vapor, dependiendo de la presin y temperatura. Suelen encontrarse en

profundidades comprendidas entre 1 y 10 km.

Geopresurizados, son similares a los hidrotrmicos pero a una mayor profundidad, encontrndose el fluido caloportador a una mayor presin, unos 1000 bares y entre 100 y 200C, con un alto grado

de salinidad, generalmente acompaados de bolsas de gas y minerales disueltos.

De roca caliente, son formaciones rocosas impermeables y una temperatura entre 100 y 300C, prximas a bolsas magmticas.

xv

1.4 Energas del Mar

Los mares y los ocanos son inmensos colectores solares, de los cuales se puede extraer energa de

orgenes diversos.

La radiacin solar incidente sobre los ocanos, en determinadas condiciones atmosfricas, da lugar a los gradientes trmicos ocenicos (diferencia de temperaturas) a bajas latitudes y profundidades

menores de 1000 metros.

La iteracin de los vientos y las aguas son responsables del oleaje y de las corrientes marinas. La influencia gravitacional de los cuerpos celestes sobre las masas ocenicas provoca mareas.

1.4.1 Energa de las mareas

La energa estimada que se disipa por las mareas es del orden de 22000 TWh. De esta energa se considera

recuperable una cantidad que ronda los 200 TWh.

El obstculo principal para la explotacin de esta fuente es el econmico. Los costes de inversin tienden a

ser altos con respecto al rendimiento, debido a las bajas y variadas cargas hidrulicas disponibles. Estas

bajas cargas exigen la utilizacin de grandes equipos para manejar las enormes cantidades de agua puestas

en movimiento. Por ello, esta fuente de energa es slo aprovechable en caso de mareas altas y en lugares

en los que el cierre no suponga construcciones demasiado costosas.

La limitacin para la construccin de estas centrales, no solamente se centra en el mayor coste de la energa

producida, si no, en el impacto ambiental que generan.

La mayor central mareomotriz se encuentra en el estuario del Rance (Francia), ver imagen 6. Tambin hay

una central mareomotriz en Pennsula de Valds (Chubut).

Imagen 6 - Central mareomotriz se encuentra en el estuario del Rance (Francia)

xvi

1.4.2 Energa Trmica Ocenica

La explotacin de las diferencias de temperatura de los ocanos ha sido propuesta multitud de veces, desde

que dArsonval lo insinuara en el ao 1881, pero el ms conocido pionero de esta tcnica fue el cientfico

francs George Claudi, que invirti toda su fortuna, obtenida por la invencin del tubo de nen, en una

central de conversin trmica.

La conversin de energa trmica ocenica es un mtodo de convertir en energa til la diferencia de

temperatura entre el agua de la superficie y el agua que se encuentra a 100 m de profundidad. En las zonas

tropicales esta diferencia vara entre 20 y 24 C. Para el aprovechamiento es suficiente una diferencia de

20C.

Las ventajas de esta fuente de energa se asocian a que es un salto trmico permanente y benigno desde el

punto de vista medioambiental. Puede tener ventajas secundarias, tales como alimentos y agua potable,

debido a que el agua fra profunda es rica en sustancias nutritivas y sin agentes patgenos.

Las posibilidades de esta tcnica se han potenciado debido a la transferencia de tecnologa asociada a las

explotaciones petrolferas fuera de costa. El desarrollo tecnolgico de instalacin de plataformas profundas,

la utilizacin de materiales compuestos y nuevas tcnicas de unin harn posible el diseo de una

plataforma, pero el mximo inconveniente es el econmico.

Existen dos sistemas para el aprovechamiento de esta fuente de energa:

El primero consiste en utilizar directamente el agua de mar en un circuito abierto, evaporando el agua a baja

presin y as mover una turbina. El departamento de energa americano (DOE) est construyendo un

prototipo de 165 Kw. en las islas Hawai, con l se pretende alcanzar la experiencia necesaria para construir

plantas de 2 a 15 MW.

El segundo consiste en emplear un circuito cerrado y un fluido de baja temperatura de ebullicin (amoniaco,

fren, propano) que se evaporan en contacto con el agua caliente de la superficie. Este vapor mueve un

turbogenerador, se condensa con agua fra de las profundidades y el fluido queda dispuesto de nuevo para

su evaporacin.

El rendimiento de este sistema es su bajo rendimiento, sobre un 7%, esto es debido a la baja temperatura del

foco caliente y la poca diferencia de temperatura entre el foco fro y caliente. Adems es preciso realizar un

coste extra de energa, empleado para el bombeo de agua fra de las profundidades para el condensado de

los fluidos.

1.4.3 Energa de las olas

Las olas del mar son un derivado terciario de la energa solar. El calentamiento de la superficie terrestre

genera viento, y el viento genera las olas. nicamente el 0.01% del flujo de la energa solar se transforma en

energa de las olas. Una de las propiedades caractersticas de las olas es su capacidad de desplazarse a

grandes distancias sin apenas prdida de energa. Por ello, la energa generada en cualquier parte del

ocano acaba en el borde continental. De este modo la energa de las olas se concentra en las costas, que

totalizan 336000 Km. de longitud. La densidad media de energa es del orden de 8 Kw/m de costa. En

comparacin, las densidades de la energa solar son del orden de 300 W/m2. Por tanto, la densidad de

xvii

energa de las olas es, en un orden de magnitud, mayor que la que los procesos que la generan. Las

distribuciones geogrficas y temporales de los recursos energticos de las olas estn controladas por los

sistemas de viento que las generan (tormentas, alisios, monzones).

La densidad de energa disponible vara desde las ms altas del mundo, entre 50-60 Kw/m en Nueva

Zelanda, hasta el valor medio de 8 Kw/m.

Los diseos actuales de mayor potencia se hallan a 1 Mwe de media, aunque en estado de desarrollo.

La tecnologa de conversin de movimiento oscilatorio de las olas en energa elctrica se fundamenta en que

la ola incidente crea un movimiento relativo entre un absorbedor y un punto de reaccin que impulsa un fluido

a travs del generador.

La potencia instalada en operacin en el mundo apenas llega al Mwe. La mayor parte de las instalaciones lo

son de tierra. Los costes fuera de la costa son considerablemente mayores. En el momento actual, la

potencia instalada de los diseos ms modernos vara entre 1 y 2 MW. Pero todos los diseos deben

considerarse experimentales.

De los sistemas propuestos, para aprovechar la energa de las olas, se puede hacer una clasificacin, los

que se fijan a la plataforma continental y los flotantes, que se instalan en el mar.

Uno de los primeros fue el convertidor noruego Kvaerner, cuyo primer prototipo se construy en Bergen en 1985. Consistente en un tubo hueco de hormign, de diez metros de largo, dispuesto

verticalmente en el hueco de un acantilado. Las olas penetran por la parte inferior del cilindro y

desplazan hacia arriba la columna de aire, lo que impulsa una turbina instalada en el extremo

superior del tubo. Esta central tiene una potencia de 500 Kw y abastece a una aldea de cincuenta

casas.

El Pato de Salter, que consiste en un flotador alargado cuya seccin tiene forma de pato. La parte ms estrecha del flotador se enfrenta a la ola con el fin de absorber su movimiento lo mejor posible.

Los flotadores giran bajo la accin de las olas alrededor de un eje cuyo movimiento de rotacin

acciona una bomba de aceite que se encarga de mover una turbina. La dificultad que presenta este

sistema es la generacin de electricidad con los lentos movimientos que se producen.

Balsa de Cockerell, que consta de un conjunto de plataformas articuladas que reciben el impacto de las crestas de las olas. Las balsas ascienden y descienden impulsando un fluido hasta un motor que

mueve un generador por medio de un sistema hidrulico instalado en cada articulacin.

Rectificador de Russell, formado por mdulos que se instalan en el fondo del mar, paralelos al avance de las olas. Cada mdulo consta de dos cajas rectangulares, una encima de la otra. El agua

pasa de la superior a la inferior a travs de una turbina.

Boya de Nasuda, consistente en un dispositivo flotante donde el movimiento de las olas se aprovecha para aspirar e impulsar aire a travs de una turbina de baja presin que mueve un

generador de electricidad.

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Imagen 7 Boya de Nasuda

xix

2. LA ENERGA ELICA

Es una de las fuentes de energa ms barata. Por eso, ah donde el rgimen de vientos es constante, es

competitiva frente a las fsiles y a la nueva degeneracin nuclear.

El viento ha sido utilizado como fuente de energa desde hace unos 4000 aos. Sus inicios comenzaron en

Persia con los sistemas de bombeo de agua, seguido de los barcos de vela, que aprovechaban la fuerza del

viento para moverse o los primeros molinos de viento que son las primeras manifestaciones de

aprovechamiento energtico de esta energa renovable.

El perfeccionamiento del tradicional molino de viento ha dado lugar a modernos aeromotores que

aprovechan la energa elica para generar electricidad. Estos aeromotores pueden instalarse aislados o bien

en agrupaciones que aportan energa a las redes de distribucin. Sin embargo, el viento tiene dos

caractersticas que lo diferencia de otras fuentes energticas: su imprevisible variabilidad y su dispersin.

Ello obliga a sutiles perfeccionamientos en el diseo de las palas y el sistema de control que regula las

revoluciones por minuto, para evitar velocidades, excesivas durante los vendavales y orientar el rotor hacia la

posicin ms favorable. La fuente de energa elica es el viento, o mejor dicho, la energa mecnica que, en

forma de energa cintica transporta el aire en movimiento. El viento es originado por el desigual

calentamiento de la superficie de nuestro planeta, originando movimientos conectivos de la masa

atmosfrica. La Tierra recibe una gran cantidad de energa procedente del Sol. Esta energa, en lugares

favorables, puede ser del orden de 2.000 Kwh/m2 anuales. El 2 por ciento de ella se transforma en energa

elica con un valor capaz de dar una potencia de 10E+11 Gigavatios.

En la antigedad no se conocan estos datos, pero lo que s es cierto, es que intuitivamente conocan el gran

potencial de esta energa. Las formas de mayor utilizacin son las de producir energa elctrica y mecnica,

bien sea para autoabastecimiento de electricidad o bombeo de agua. Siendo un aerogenerador los que

accionan un generador elctrico y un aeromotor los que accionan dispositivos, para realizar un trabajo

mecnico.

"Es posible aprovechar la energa elica como un medio alternativo de abastecimiento interno de energa

elctrica a mediana escala dentro las fronteras de la poblacin rural?" - LA RESPUESTA ESTA EN EL

VIENTO -

Imagen 8 Parque Elico

xx

2.1 Ventajas de la Energa Elica

La energa elica tiene muchas ventajas que la hacen una fuente de energa atractiva tanto en gran escala

como para pequeas aplicaciones. Las caractersticas beneficiosas de la energa elica incluyen:

Energa limpia e inagotable: La energa del viento no produce ninguna emisin y no se agota en un cierto plazo. Una sola turbina de viento de un megavatio (1 MW) que funciona durante un ao puede

reemplazar la emisin de ms de 1.500 toneladas de dixido de carbono, 6.5 toneladas de dixido

de sulfuro, 3.2 toneladas de xidos del nitrgeno, y 60 libras de mercurio.

Desarrollo econmico local: Las plantas elicas pueden proporcionar un flujo constante de ingresos a los terratenientes que arriendan sus campos para la explotacin del viento, y un aumento en la

recaudacin por impuestos territoriales para las comunidades locales.

Tecnologa modular y escalable: las aplicaciones elicas pueden tomar muchas formas, incluyendo grandes granjas de viento, generacin distribuida, y sistemas para uso final. Las aplicaciones pueden

utilizar estratgicamente los recursos del viento para ayudar a reducir los riesgos por el aumento en

la carga o consumo y costos producidos por cortes.

Estabilidad del costo de la energa: La utilizacin de energa elica, a travs de la diversificacin de las fuentes de energa, reduce la dependencia a los combustibles convencionales que estn sujetos

a variaciones de precio y volatilidad en su disponibilidad.

Reduccin en la dependencia de combustibles importados: la energa elica no esta afectada a la compra de combustibles importados, manteniendo los fondos dentro del pas, y disminuyendo la

dependencia a los gobiernos extranjeros que proveen estos combustibles.

2.2 Desventajas de la Energa Elica

Un impacto negativo es el ruido producido por el giro del rotor, pero su efecto no es mas acusado que el generado por una instalacin de tipo industrial de similar entidad, y siempre que estemos muy

prximos a los molinos.

Tambin ha de tenerse especial cuidado a la hora de seleccionar un parque si en las inmediaciones habitan aves, por el riesgo mortandad al impactar con las palas, aunque existen soluciones al

respecto como pintar en colores llamativos las palas, situar los molinos adecuadamente dejando

"pasillos" a las aves, e, incluso en casos extremos hacer un seguimiento de las aves por radar

llegando a parar las turbinas para evitar las colisiones.

xxi

El aire al ser un fluido de pequeo peso especfico, implica fabricar mquinas grandes y en consecuencia caras. Su altura puede igualar a la de un edificio de diez o ms plantas, en tanto que la

envergadura total de sus aspas alcanza la veintena de metros, lo cual encarece su produccin.

Desde el punto de vista esttico, la energa elica produce un impacto visual inevitable, ya que por sus caractersticas precisa unos emplazamientos que normalmente resultan ser los que ms

evidencian la presencia de las mquinas (cerros, colinas, litoral). En este sentido, la implantacin de

la energa elica a gran escala, puede producir una alteracin clara sobre el paisaje, que deber ser

evaluada en funcin de la situacin previa existente en cada localizacin.

2.3 Los Aerogeneradores - Energa accesible Los aerogeneradores tienen diversas aplicaciones especficas, ya sea elctricas o de bombeo de agua,

mediante el aprovechamiento y transformacin de energa elica en energa mecnica. Se entiende por

energa elica a los vientos que existen en el planeta producto de fenmenos que se estudiaran ms

adelante.

Esta energa es inagotable, no contamina y aunque la instalacin de uno de estos aparatos es relativamente

costosa y morosa, a la larga se sentirn los resultados positivos, especialmente en el campo econmico. Un

punto que vale hacer notar, es la autonoma frente a la fuente ms cercana accesible, que en este caso es la

Empresa Nacional de Energa (ENDE. Esta ltima no siempre se presenta en los pueblos alejados, por el

costo que supone instalar una red hacia aquellos).

2.3.1 Historia de los aerogeneradores.

Es importante destacar e interesante adems, algunas fechas dentro de la tecnologa elica y de la

utilizacin de aeromotores. En el siglo V a. C. se encuentran los primeros aeromotores en Asia: son

mquinas de eje vertical iguales a las denominadas panemonas de algunas islas griegas. Ms o menos por

la misma poca, en Egipto se utilizaban molinos de eje vertical para moler grano y bombear agua, tambin

en la zona de Sijistn entre Irn y Afganistn.

Todos estos molinos tenan el mismo principio: transformar la energa elica en energa para el bombeo de

agua y la molturacin del grano entre otras.

En el siglo VII d.C. se da origen a los primeros modelos rsticos de los clsicos molinos holandeses que hoy

en da son mecnicamente sofisticados. O los aeromotores para el bombeo de agua que progresa con la

invencin de las multipalas en 1870 por los americanos. Fue en el ao 1802 cuando Lord Kelvin trat de

asociar un generador elctrico a un aeromotor para la produccin de energa elctrica.

xxii

Imagen 9 - Molinos en La Mancha, Espaa, famosos desde la publicacin de la novela

Don Quijote en 1605. Patrimonio nacional.

Hacia el ao 1920 la energa elica obtiene cierto xito, pues haba trescientos constructores de estos

aparatos. El estudio en los campos de la aerodinmica permiti alcanzar enormes progresos en los

aeromotores, esto hasta el ao 1961; desgraciadamente en ese ao el precio del petrleo baj, poniendo al

kilowatt "elico" a precios inaccesibles. Todas las mquinas fueron desmontadas y vendidas al precio de

chatarra.

Desde el ao 1973 ocurre el proceso inverso, impulsando programas de estudio y realizacin de

aerogeneradores. La demanda en pases industrializados es mnima. Pero no obstante la demanda en

pases tercermundistas aument de nivel, esto por el obvio bajo costo de produccin e instalacin de estos

aparatos en comparacin a las ganancias retribuidas.

2.3.2 Distintas clases de aeromotor.

Se definen en general, los aeromotores segn la posicin de su eje de rotacin, con relacin a la direccin

del viento.

As se dividen en:

Aeromotores de eje horizontal. Con el eje paralelo a la direccin del viento. Con el eje perpendicular a la direccin del viento. Aeromotores de eje vertical.

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Aeromotores que utilizan el desplazamiento de un mvil.

2.3.2.1 Aeromotores de eje horizontal.

Eje paralelo a la direccin del viento. Son las mquinas ms difundidas, y con rendimiento superior a las

dems. Incluyen aquellas de 1, 2, 3 o 4 palas, adems de las tpicas multipalas para el bombeo de agua.

Debemos distinguir aquellas de "para el viento" y aquellas que tiene sus palas situadas de "espalda al

viento". Los aerogeneradores, generalmente van provistos de rotores bipala o tripala (cara al viento), para

potencias inferiores a 1 kW (P1 kW).

Eje horizontal perpendicular a la direccin del viento. Los aerogeneradores ms significativos de eje

perpendicular a la direccin del viento, son los de perfil oscilante y el sistema de captacin con palas

batientes. Estos sistemas se han estudiado ampliamente, tambin se construyeron prototipos; pero

presentan ms inconvenientes que ventajas; en especial necesitan sistemas de orientacin igual a los de eje

horizontal paralelo al viento. La recuperacin de energa es en generalmente complicada y no presenta un

buen rendimiento.

2.3.2.2 Aeromotores de eje vertical.

Son presumiblemente, las primeras mquinas que se utilizaron para la captacin de energa elica, ya que

son ms sencillas que las de eje horizontal; no necesitan ningn sistema de orientacin. Lo que constituye

una ventaja constructiva.

En funcionamiento las palas, los rodamientos y los ejes, no estn sometidos a esfuerzos importantes por

cambios de orientacin. Son de fcil construccin. El rendimiento es mediocre (el rotor Savonius un 20% del

lmite de Betz). No se experiment un gran desarrollo en estos aparatos.

Existen 3 grandes familias de aeromotores de eje vertical:

1) Aeromotores Savonius. Esencialmente utilizan el arrastre diferencial creado por las palas que

pueden ser de diversas formas. El par de arrastre es levado, pero la velocidad mxima es

claramente inferior a la de los rotores de eje horizontal.

2) Aeromotores Darrieus. (Patente/1931). Emplea la sustentacin de las palas y estn caracterizados

por dbil par de arranque y velocidad de rotacin elevada que permite la recuperacin de una gran

potencia.

3) Para mejorar el par de arranque se pueden acoplar otro tipo de rotores hacindolo mixto (Savonius-

Darrieus). Este tipo de mquinas es susceptible de competir con los aeromotores rpidos, bipalas y

tripalas de eje horizontal; son objeto de estudio y desarrollo. Los aeromotores de eje horizontal

paralelo a la direccin del viento, son los ms extendidos, por tener el mejor rendimiento con relacin

a la energa mxima recuperable, conocida como lmite de Betz.

xxiv

Imagen 10 El funcionamiento del Molino de viento

2.4 Configuracin de una Estacin Elica.

Cualquier estacin elica destinada a la produccin de energa elctrica tiene esta configuracin:

A. Un aeromotor, que est constituido por las siguientes partes: Un aeromotor de dos palas (o tres, no

es nuestro caso), provisto de un sistema de regulacin, que confiera al rotor una velocidad de

rotacin estable a partir de cierta velocidad del viento, y un sistema de seguridad destinado a frenar

la mquina en caso de tempestad, si el sistema de regulacin es inoperante a altas velocidades.

B. Un generador elctrico que puede estar directamente acoplado al aeromotor. En el caso ms sencillo

las palas van directamente montadas en el eje del generador. Acoplado a un multiplicador, colocado

entre el aeromotor y el generador. Se ver que la velocidad de rotacin depende del dimetro del

rotor y disminuye cuando el dimetro aumenta. Entonces para tener un buen rendimiento, es

necesario aumentar las revoluciones del aeromotor antes de acoplarlo al generador.

C. Mecanismo de giro, que permita a la mquina estar siempre orientada en la direccin del viento,

cualquiera que sea esta. La energa producida en la parte mvil, se transmite por medio de un

dispositivo colector asociado al mecanismo de rotacin.

xxv

D. Crter o armazn, que envuelva y proteja a todas las piezas del conjunto de los los factores

climticos. Una cola, en el caso de que la mquina funcione de cara al viento, para obtener una

orientacin segn los movimientos de la masa de aire.

E. Torre de soporte del aerogenerador. Es importante su construccin por varias razones, la cual es

mecnicamente sencilla:

Su altura. El aerogenerador debe estar situado por encima de las perturbaciones causadas por el terreno.

Su frecuencia. Cualquier mquina giratoria es siempre asiento de vibraciones; es por tanto, esencial que la frecuencia propia de la torre sea muy diferente a la frecuencia de las

vibraciones (fundamentales y armnicas), engendradas por el aerogenerador.

Mantenimiento. El acceso a la torre debe ser fcil para su buen mantenimiento. En nuestro caso la torre abatible es la que mejores bondades presenta. Robustez. La torre deber

resistir las sobrecargas producidas, como ser: esfuerzos ocasionados por funcionamiento

anormal, rfagas de viento, y turbulencias. Forma. Preferiblemente no angular, para evitar

esfuerzos innecesarios en la misma torre mejorando as el flujo de corrientes de aire.

F. Dispositivo para el Almacenamiento de La energa producida. La estacin elica deber disponer de

un medio para el almacenamiento de la energa producida, esto con el fin de abastecimiento en

perodos de calma atmosfrica. En general el medio ms accesible para este propsito son los

acumuladores de plomo.

G. Fuente energtica de apoyo. Segn la capacidad del aerogenerador, su utilizacin y los regmenes

de viento, puede ser necesario el uso de fuentes de apoyo, esto para garantizar el funcionamiento

contino de la instalacin en caso de fallo en el aerogenerador y para disminuir el uso de

almacenadores. A este objetivo, se perfilan dos grandes representantes:

1) Motores de explosin (combustin interna), a diesel o gasolina u otro derivado del petrleo.

2) Batera de acumuladores cargada por clulas fotovoltaicas.

H. Dispositivo para vigilar el estado de las bateras de acumuladores. A pesar de ser los acumuladores

de plomo el medio ms barato y fcil de instalar, necesitan una vigilancia muy severa. Los

acumuladores de plomo, son extremadamente sensibles a regmenes de descarga y sobrecarga

prolongados. Por lo tanto es indispensable instalar un sistema manual o automtico de vigilancia.

Este dispositivo deber asegurar prioritariamente: El corte de la corriente de carga de la batera

cuando est completamente cargada. La conmutacin del circuito de utilizacin hacia la fuente de

apoyo, si existe, cuando la batera est descargada. La proteccin de los distintos elementos de la

instalacin mediante fusibles. Los medios para medir el buen funcionamiento de la estacin (valor de

la corriente de carga, de la tensin dada por aerogenerador, etc.).

I. Dispositivo de orientacin. Los aeromotores de eje horizontal necesitan una orientacin permanente

de la mquina en una direccin paralela a la del viento para disminuir los esfuerzos y las prdidas de

xxvi

potencia. Existen muchos dispositivos de orientacin, elegidos generalmente de acuerdo con la

potencia del aeromotor y son parte importante del buen rendimiento de la instalacin elica. Estos

estn sometidos a fuertes esfuerzos durante los cambios bruscos de orientacin, originados por los

cambios de velocidad y direccin del viento. Estos esfuerzos son mayores cuanto mayores sean las

aceleraciones que se producen en un cambio de direccin.

La componente perpendicular al eje de rotacin de la hlice es proporcional al cuadrado de la

velocidad de giro alrededor del eje principal (en rad/s). Los cambios de direccin y las variaciones de

frecuencia de rotacin provocada por las rfagas son el origen de vibraciones nefastas para el buen

funcionamiento del aeromotor. El sistema de orientacin deber cumplir con la condicin necesaria

de mantener el rotor caro al viento sin provocar grandes cambios de direccin del rotor cuando se

produzcan cambios rpidos de la direccin del viento.

Para los aeromotores de pequea y mediana potencia, cuya hlice est situada para el viento, el

dispositivo de orientacin es una cola, constituida generalmente por una superficie plana (placa

metlica o de madera) situada en el extremo de un soporte unido al cuerpo del aeromotor.

La condicin antes descrita se obtiene por la determinacin de la superficie de la cola sobre la cual

se ejerce el par de giro. Esta superficie se determina experimentalmente situando la mquina

prototipo en un lugar donde la corriente de aire est perturbada y buscando la superficie ptima de la

cola. Cuando la cola se sita en el eje aeromotor, la longitud de soporte juega una funcin

importante, puesto que cuanto ms largo sea menos se situar en la zona de turbulencias del

aeromotor, originadas por el giro de la hlice. Para evitar que la cola este situada en la zona de

turbulencias debidas a la rotacin de la hlice (una distancia igual a 6 o 10 veces el dimetro),

algunos constructores (Aerowatt), despus de haberlo ensayado en tneles aerodinmicos, han

equipado a sus aeromotores con colas cuya parte til est situada fuera de las perturbaciones.

J. Dispositivo de orientacin para aeromotores de cara al viento. Para adaptar esta cola a lugares

perturbados, el mismo constructor ha hecho una cola cuya superficie vara en funcin de las

solicitudes originadas por los cambios de orientacin del viento. La parte til de la cola est

constituida por una parte fija y una parte mvil articulada a la anterior mediante un material elstico.

En el caso de que se produzcan cambios de direccin del viento, la parte mvil gira, disminuyendo

as l para de giro y por consiguiente la velocidad angular de orientacin es menor as como los

esfuerzos. Las colas, que son muy eficaces, son muy difciles de poner en prctica por causa de su

peso y sus dimensiones en los aerogeneradores cuya hlice tenga un dimetro superior a 20 m

(dimensin que corresponde a una potencia cercana a los 100 KW para una mquina con una

velocidad nominal de 11m/s y un rendimiento del 65% con relacin al de Betz). La mayora de los

aeromotores destinado a instalaciones de pequea potencia (P < 10 KW) funcionan con la hlice

situada contra al viento y estn equipados con la cola orientadora. Los aeromotores cuyo dimetro

es superior a los 20 metros funcionan generalmente con la hlice a favor del viento, es decir, con

sta detrs de la torre de sustentacin. Desgraciadamente, ste sistema de orientacin implica un

funcionamiento de la hlice que crea esfuerzos peridicos destructivos.

xxvii

2.5 Complementos para la Utilizacin de Energa Elica.

Imagen 11 - Partes bsicas de un Aerogenerador

2.5.1 El Generador Elctrico y el Multiplicador.

El aeromotor puede accionar directamente o indirectamente (a travs de un multiplicador), dos tipos de

generador elctrico:

1) Generador de corriente continua (dnamo).

2) Generador de corriente alterna (alternador).

Estos transformarn la energa mecnica en energa elctrica, teniendo en cuenta las prdidas ocurridas

dentro el generador. La frmula de la transformacin de energa es: Cu*2*n

Donde

Cu: par del aeromotor (N*m)

n: velocidad de rotacin (rpm)

i : Corriente proporcionada por el aerogenerador a una tensin

U Generador de corriente contina. (Dnamo).

2.5.1.1 Generador de Corriente Continua - Dnamo

La mquina est formada por dos partes bien diferenciadas:

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a) El circuito magntico (bobina de induccin) que crea un campo de induccin en el entrehierro y

recibe el nombre de inductor.

b) El bobinado de inducido en el que se recupera la energa elctrica producida por la rotacin del

rotor accionado por el aeromotor.

Para recuperar esta energa, el inducido va provisto de un colector, dos escobillas situadas una frente a otra,

se ponen en contacto sucesivamente con el sector A despus con el sector B, lo que permite que la corriente

circule siempre en el mismo sentido en la utilizacin. En realidad, el colector consta de un gran nmero de

sectores, que corresponden a otros tantos conductores, pero su papel es el mismo: hacer circular una

corriente de igual sentido por todos los conductores de un mismo polo.

Si se considera que ese flujo producido por la bobina de excitacin es constante (mquina compensada), la

corriente proporcionada es proporcional a la velocidad de rotacin. La relacin entre la tensin en bornes de

la mquina y la corriente es:

u = E - R * i E: fuerza electromotriz de la dnamo. R: resistencia de inducido. i: Corriente suministrada a la carga.

2.5.1.2 Generador Sncrono de Corriente Alterna.

La mquina consta de las siguientes partes:

La bobina de excitacin que crea el campo magntico en el cual el entrehierro es mvil, es el rotor accionado por el aeromotor. Puede ser de dos tipos:

1) Rotor bobinado alimentado por dos colectores continuos en los que la corriente circula

siempre en el mismo sentido.

2) Rotor de imanes permanentes, con lo que se suprimen escobillas y colectores, que pueden

ser causas de averas.

El inducido, en el que se recupera la energa, solidario a la carcasa, y conectado a la utilizacin. El estator que puede ser monofsico o trifsico. El trifsico permite obtener una tensin alterna casi

sinuosidad (curva representativa de los valores del seno) y, por tanto, mejor rendimiento.

2.5.1.3 Ventajas e inconvenientes.

El principal inconveniente de la dnamo es la presencia de escobillas y colectores, que requieren un

mantenimiento peridico. Por otra parte, la dnamo es ms pesada y cara que un generador de corriente

alterna. Pero no necesita ningn dispositivo complicado para la carga de bateras. Un simple diodo, (vlvula

de vaci termoinica formada por dos electrodos; conectada a un circuito permite el paso de la corriente en

xxix

un solo sentido), que soporte la intensidad nominal de la dnamo, ser suficiente para evitar que la batera

pueda ser cortocircuitada por el inducido, cuando est parado.

El alternador, principalmente del tipo de rotor de imanes permanentes, presenta muchas ventajas. Su

mantenimiento es nulo debido a la total ausencia de piezas en rozamiento. Para una misma potencia es ms

ligero y econmico. Pero debe girar a una velocidad ms elevada y ms estable que la dnamo (en general

3000 rpm) y adems requiere un rectificador para la carga de bateras. A pesar de los inconvenientes propios

de alternador, su utilizacin est generalizada, excepto para aeromotores de pequea potencia, en los que la

estabilidad de la velocidad de rotacin no es suficiente. En general, se utilizan alternadores trifsicos de

imanes permanentes.

2.5.1.4 El Multiplicador.

Se comprob que el empleo de alternadores obliga a utilizar un multiplicador. Efectivamente, los rotores de

dimetro superior a los 5 metros, tienen velocidades de rotacin demasiado bajas (

xxx

Hay tres tipos de multiplicador que pueden utilizarse con los aeromotores:

1) El ms sencillo es el multiplicador de engranajes, de uno o varios ejes de ruedas dentadas

cilndricas. Es econmico, pero de construccin embarazosa para conseguir relaciones de

multiplicacin elevadas.

2) El empleo de trenes planetarios permite obtener multiplicaciones elevadas en un espacio reducido.

La reparticin de pares y esfuerzos entre varios satlites, as como la disposicin coaxial,

(perteneciente al eje o concerniente a l), de los ejes de entrada y salida facilitan una construccin

compacta y relativamente ligera. Los satlites, arrastrados por un tren, engranan por una parte con el

pin colocado en el eje de salida, y por otra con una corona exterior fija. El eje de entrada es

solidario con el tren que mueve satlites.

3) El reductor de acoplamiento cnico, permite disponer el eje de salida perpendicular al de entrada.

En todos los casos, los dientes helicoidales aseguran un mejor rendimiento y tambin un funcionamiento ms

silencioso.

Se han realizado algunos sistemas para aumentar la velocidad de rotacin del generador, sin multiplicador,

como pueden ser las hlices de contrarrotacin, donde se utiliza la elevada velocidad perifrica del rotor

(rotor con llanta), pero estos sistemas nunca han pasado del estado de prototipo.

Imagen 14 - El Aerogenerador y sus partes

2.5.2 Proteccin contra los rayos.

Los aerogeneradores se colocan generalmente en puntos elevados, y adems deben ser ms altos que los

obstculos de sus alrededores. Por tanto, frecuentemente constituyen los puntos de descarga de electricidad

esttica durante las tormentas.

Aunque, por propia constitucin el generador est protegido contra las descargas elctricas, por estar

encerrado en una estructura metlica conectada a tierra (caja de Faraday), la instalacin a la que est

xxxi

conectada puede ser destruida por las sobre tensiones que se propagan por el cable elctrico de

alimentacin colocado entre el aerogenerador y la utilizacin. El generador elctrico puede resultar daado

por contracorriente, en caso de que la utilizacin quede en cortocircuito.

Por tanto, para emplazamientos expuestos a posibles descargas atmosfricas, es indispensable: Conectar la

torre soporte a una buena toma de tierra (inferior o a igual a 3 ). Colocar disyuntores de gas en el punto de

conexin de la utilizacin, con los cables elctricos del aerogenerador. La tensin de cebado de los

disyuntores debe ser aproximadamente el doble de la tensin mxima del generador elctrico:

Dnamo: tensin en vaco X 2.

Imagen 15 - Dinamo

Alternador: tensin eficaz en vaco X 2.

Imagen 16 Alternador

Estos disyuntores deben estar conectados a la toma de tierra por una lnea lo ms directa posible.

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Imagen 17 - Un mini-parque elico para iluminar el rascacielos de Sacyr en Madrid, Espaa.

Los aerogeneradores, junto al pararrayos, funcionan a 239 metros de altura.

2.5.3 Torres para aerogeneradores.

Los aerogeneradores pueden estar colocados en los siguientes tipos de Torres o Soportes:

a) Torres tubulares de acero

Imagen 18 - Torres tubulares de acero

La mayora de los grandes aerogeneradores se entregan con torres tubulares de acero, fabricadas en

secciones de 20-30 metros con bridas en cada uno de los extremos y son unidos con pernos "in situ".

Las torres son tronco-cnicas (es decir, con un dimetro creciente hacia la base), con el fin de

aumentar su resistencia y al mismo tiempo ahorrar material.

b) Torres de Celosa

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Imagen 19 - Torres de Celosa

Son fabricadas utilizando perfiles de acero soldados. La ventaja bsica de las torres de celosa es su

coste, puesto que una torre de celosa requiere slo la mitad de material que una torre tubular sin

sustentacin adicional con la misma rigidez. La principal desventaja de este tipo de torres es su

apariencia visual (aunque esa cuestin es claramente debatible). En cualquier caso, por razones

estticas, las torres de celosa han desaparecido prcticamente en los grandes aerogeneradores

modernos.

c) Torres de mstil tensado con vientos

Imagen 20 Torre de Mstil tensado con vientos

Muchos de los aerogeneradores pequeos estn construidos con delgadas torres de mstil sostenidas

por cables tensores. La ventaja es el ahorro de peso y, por lo tanto, de coste. Las desventajas son el

difcil acceso a las zonas alrededor de la torre, lo que las hace menos apropiadas para zonas

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agrcolas. Finalmente, este tipo de torres son ms propensas a sufrir actos vandlicos, lo que

compromete la seguridad del conjunto.

d) Soluciones de torres hbridas

Imagen 21 Torres Hbridas

Algunas torres estn hechas con diferentes combinaciones de las ya mencionadas. Un ejemplo es la

torre de tres patas Bonus 95 kW de la fotografa, de la que podra decirse que es un hbrido entre una

torre de celosa y una torre tensada con vientos.

2.5.3.1 Consideraciones de coste

Generalmente, el precio de la torre de la turbina elica supone alrededor de un 20 por ciento del coste

total de la turbina. Para una torre de unos 50 metros, el coste adicional de otros 10 metros es de unos

15.000 dlares americanos. Por lo tanto, es bastante importante para el coste final de la energa

construir las torres de la forma ms ptima posible.

2.5.3.2 Consideraciones aerodinmicas

Generalmente, es una ventaja disponer de una torre alta en zonas con una elevada rugosidad del

terreno, dado que la velocidad del viento aumenta conforme nos alejamos del suelo, tal y como se vio

en la pgina sobre cizallamiento del viento.

Las torres de celosa y las de mstil tensado con vientos tienen la ventaja de ofrecer menos abrigo que

una torre maciza.

2.5.3.3 Consideraciones de dinmica estructural

Las palas de rotor de turbinas con torres relativamente cortas estarn sometidas a velocidades de

viento muy diferentes (y, por lo tanto, a diferente flexin) cuando la pala se encuentre en su posicin

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ms elevada y en su posicin ms baja, lo que provoca un aumento de las cargas de fatiga en la

turbina.

2.5.3.4 Eleccin entre torres altas y bajas

Obviamente se obtendr ms energa de una turbina ms grande que de otra pequea, pero si

observando la imagen de los tres aerogeneradores que a continuacin se presenta, que son de 225

kW, 600 kW y 1500 kW, respectivamente, y con dimetros de rotor de 27, 43 y 60 metros, observar

que las alturas de las torres tambin son diferentes, ver Imagen 22.

Imagen 22 Altura segn el Rotor

Claramente, Un rotor de 60 metros de dimetro no podr ser instalado sobre una torre de menos de 30

metros. Pero si consideramos el coste de un gran rotor y un gran generador y multiplicador, sera

seguramente un desperdicio instalarlos sobre una torre pequea, ya que se dispone de velocidades de

viento mucho ms altas y, por lo tanto, de mucha ms energa con una torre alta. Cada metro de torre

cuesta dinero, por supuesto, por lo que la altura ptima de la torre es funcin de:

1) Coste por metro de torre (10 metros ms de torre le costarn actualmente alrededor de 15.000

dlares americanos).

2) Cunto varan los vientos locales con la altura sobre el nivel del suelo, es decir, la rugosidad

promedio del terreno local (las grandes rugosidades van mejor con una torre alta).

3) El precio que el propietario de la turbina obtiene por un kWh adicional de electricidad.

Los fabricantes suelen servir mquinas donde la altura de la torre es igual al dimetro del rotor.

Estticamente, mucha gente piensa que las turbinas son ms agradables a la vista cuando la altura de

la torre es aproximadamente igual al dimetro del rotor.

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2.6 Dispositivos de Almacenamiento.

Dado que una caracterstica esencial del viento es su discontinuidad en el tiempo, se han realizado diversos

estudios destinados a desarrollar sistemas que permitan almacenar la energa producida por el viento y no

utilizada directamente durante los perodos de produccin a fin de restituir una parte, la mayor posible,

durante los das de calma.

Este aspecto de la energa elica es, an hoy, uno de los que ms frenan su desarrollo, ya que este

almacenamiento, tanto ms importante cuanto ms irregular sea el rgimen de vientos, constituye

frecuentemente una parte importante (>20%) del costo de una instalacin de produccin de energa elctrica

a partir del viento.

En esta seccin slo se dar una breve descripcin de las bateras de acumuladores clsicos (de plomo), ya

que siguen siendo el sistema ms fcil y a menudo ms econmico (relativamente) para almacenar energa

elctrica en pequea cantidad.

Hay que remarcar que todos los dispositivos de almacenamiento, incluidas las bateras de acumuladores,

tienen rendimientos entre el 70 y el 80%.

2.6.1 Acumuladores de plomo.

El tipo de acumulador de plomo que conviene utilizar, fue puesto a punto de 1860 por plant. Desde

entonces no ha sufrido ms modificaciones que las destinan a mejorar sus prestaciones, pero el principio de

funcionamiento sigue siendo el mismo.

2.6.1.1 Construccin.

El recipiente es de material aislante, vidrio o plstico. Las placas estn formadas por rejillas de plomo-

antimonio en las mallas de las cuales se encuentra la materia activa en forma de pasta.

Electrodo positivo-nodo: 75% de minino + 25% de litargio.

Electrodo positivo-ctodo: 25% de minino + 75% de litargio.

El electrolito es una solucin de cido sulfrico cuya densidad es mxima al final de la carga ( 30%) y mnima

al final de la descargar ( 16%).

2.6.1.2 Principio fundamental de funcionamiento.

Durante la descarga, el cido sulfrico del electrodo se descompone: por una parte, se forma agua y xido

de plomo en el nodo; por otra, en el ctodo, se acumula sulfato de plomo insoluble.

Si la descarga es demasiado profunda, se forma sulfato de plomo incapaz de descomponerse por reaccin

inversa durante la carga, y las placas negativas se "sulfatan" (se vuelven blanquecinas).

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Durante la carga, el fenmeno es exactamente el inverso, y cuando est del todo cargado se llega a la

electrlisis del agua con desprendimiento de hidrgeno en el ctodo. Esquemticamente tenemos:

PbO2 + 2H2SO4 + Pb PbSO4 + 2H2O: El electrolito, pues, participa estrechamente en las reacciones.

Una particularidad del acumulador de plomo, es su sensibilidad a las reacciones secundarias: accin del

cido sulfrico sobre el plomo y el xido de plomo, corrientes locales ocasionadas por la constitucin

heterognea de las placas, sobre todo en las placas positivas en las que la fuerza electromotriz debida al

contacto plomo-xido de plomo es elevada. El resultado de todo es el auto descarga y sulfatacin progresiva

de las placas.

Otra caracterstica del acumulador de plomo es la variacin de materia activa a lo largo del ciclo de carga-

descarga: En la descarga, las placas casi duplican su volumen inicial, por lo cual se corre el peligro de que la

materia activa se despegue en trozos y cree cortocircuitos en el acumulador. Todo lo expuesto hasta aqu

tiene por objeto dejar patente la importancia de la vigilancia adecuada del estado de carga o descarga de

una batera de plomo para conservarla en buenas condiciones de funcionamiento, ya que una carga o

descarga excesivas provocan el rpido envejecimiento del acumulador.

El rendimiento de la batera conveniente, cuando las instalaciones se alimenten exclusivamente de la energa

almacenada en las bateras, distribuir la descarga de las mismas, y no descargarlas simultneamente

siempre que sea posible (ver tambin las caractersticas de los fabricantes. Vida til: 10 a 20 aos segn la

calidad de acumulador.

Nmero de ciclos de carga durante la vida til del acumulador: ~ 1500. Resistencia interna de un elemento,

siendo la masa en kilogramos de un elemento de acumulador: Ri0,08*1/m Masa: 1kg para 20 a 40 KW.

Rendimiento-capacidad: Estas dos caractersticas dependen en gran medida del rgimen de carga-descarga

(valor tpico para clculos: 80%).

Todos cuando antecede son cierto para los acumuladores son preferibles las bateras de tipo estacionario o

semi-fijo de 2 V por elemento y no las bateras de arranque (para automviles), que tienen una vida til ms

corta, capacidad nominal ms baja y sobre todo, que soportan mal los ciclos de carga-descarga.

2.6.1.3 Determinacin de la capacidad de la batera de acumuladores.

Para garantizar el suministro de energa en la utilizacin con un mnimo de discontinuidad, la batera de

acumuladores deber estar correctamente determinada. Para ello necesitamos conocer:

a. Los datos meteorolgicos del emplazamiento. Cuanto ms exactos sean estos datos, mejor

ser la determinacin de la batera de acumuladores.

b. La potencia del aerogenerador de que dispone la instalacin.

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c. La potencia media consumida por la utilizacin (P). Con la cual se debe tener en cuenta todos

los aparatos alimentados con energa elctrica proveniente de la batera de acumuladores y el

nmero de horas que funciona cada uno al da.

Todos los fenmenos que hemos citado, tienen carcter aleatorio: la produccin de energa es discontinua; el

consumo vara segn los das; el valor de la corriente dada por el aerogenerador, depende del estado de

carga de las bateras; adems, se ha visto ya que la energa restituida por la batera depende del rgimen de

descarga; y, por otra parte, no toda la energa producida pasa por las bateras y por tanto no queda afectada

por el rendimiento de stas. Para un dimensionado exacto, hay que recurrir a una simulacin de

funcionamiento de la instalacin, mediante ordenador. Los datos esenciales son las velocidades de viento

que proporciona el SENAMHI, en formato directamente aplicable al ordenador, siempre que estos sean

aplicables a nuestro emplazamiento.

Estos mtodos requieren procesos engorrosos y caros, y normalmente se recurre a clculos ms sencillos.

Imagen 23 - Acumulador comercial de plomo

A pesar de los inconvenientes que presenta, en particular la necesidad de no sobrecargarlo ni descargarlo en

exceso, el acumulador de plomo de tipo semi-fijo es actualmente el mejor adaptado y ms econmico para

su empleo con aerogeneradores. Para minimizar las prdidas de rendimiento debidas al paso por el sistema

de almacenamiento, el usuario de energa elica debe realizar la instalacin y adaptar su funcionamiento de

manera que puede utilizar el mximo de energa de salida del aerogenerador.

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2.7 Control del estado de la carga de la batera de acumuladores. Circuitos asociados (Control manual). 2.7.1 Aerogenerador equipado con Generador de Corriente Continua.

ste contiene los siguientes dispositivos de proteccin, en serie con el circuito de carga de la batera de

acumuladores: Obligatoriamente, un diodo de potencia que evite que la batera pueda descartarse a travs

del generador, cuando est parado por la falta de viento o por estar frenado. Un interruptor y un fusible en el

circuito de carga del aerogenerador, que pueden estar colocados en la misma caja. El interruptor permite

abrir el circuito de carga, cuando las bateras estn totalmente cargadas. El fusible protege a los

componentes en caso de falsas maniobras o de fallo de un componente; debe estar calibrado en funcin de

la corriente mxima que puede proporcionar el aerogenerador. Un interruptor y un circuito de utilizacin

(optativo) que proteja las bateras y el circuito elctrico en caso de cortocircuito prolongado en la utilizacin.

2.7.1.1 Dispositivo de control (optativos).

Un voltmetro calibrado segn la tensin de la batera y que sirve para verificar su estado de carga. Un

ampermetro o testigo de carga montado en serie en el circuito de carga, que permita medir la corriente

suministrada por el aerogenerador. Empleando un ampermetro de cero central, podemos medir la corriente

suministrada por el aerogenerador y la consumida por la utilizacin, pudiendo verificar as los clculos de

autonoma.

2.7.2 Aerogenerador equipado con Alternador.

El diodo es sustituido por un rectificador monofsico o trifsico segn el alternador utilizado. Entre el

alternador y el rectificador, puede intercalarse un transformador para adaptar la tensin de salida del

alternador a la de la batera de acumuladores.

En todos los casos, el estado de carga de las bateras, debe ser comprobado peridicamente, verificando la

concentracin del electrolito del acumulador con un cido graduado en densidad o en grados Baum.

2.72.1 Empleo de un contador de amperios-hora.

Cabe mencionar que existe un mecanismo de control automtico, el cual es bastante complejo por lo cual

obviaremos su explicacin en la tesina. Sin embargo, otra posibilidad vlida para cualquier tipo de generador,

consiste en emplear un contador reversible que nos d en cada instante el nmero de Ah almacenados en la

batera. Este contador va provisto de los ndices regulables que pueden colocarse en los niveles de

frecuencia elegidos como umbral de carga o descarga.

Estos ndices, asociados a contactos, pueden gobernar:

Un contador. La puesta en marcha de la fuente de energa. Una sirena.

xl

Adems, el contador est afectado por el rendimiento de la batera, cuyo valor puede elegirse en el momento

de instalarlo.

Pero estos contadores presentan graves inconvenientes: son muy caros, no se adaptan ms que a una

determinada capacidad de carga variables y el rendimiento de la batera decrece al envejecer sta.

2.7.3 Valores de las tensiones de final de carga y descarga. Las indicaciones ms importantes vienen especificadas por el fabricante, por una parte, para las tensiones y

por otra, para la densidad volumtrica. Sin embargo, las siguientes indicaciones, permiten conseguir una

regulacin adaptada al tipo de utilizacin.

a. Valor de la tensin de final de carga.

El valor de la tensin cuando "hierve" un elemento acumulador de plomo de tipo semi-fijo es de 2,35V

aproximadamente, a 25C. SI se elige este valor como lmite de final de carga, el consumo de agua por

electrlisis ser verdaderamente importante en caso de largos perodos de viento. La eleccin del valor

umbral de final de carga, depender de las caractersticas propias de la instalacin: El rgimen de vientos: un

rgimen de vientos regular permite acercarse al funcionamiento en flotacin y el nivel final de carga se

alcanzar difcilmente. Es el rgimen de funcionamiento ms favorable, pero desgraciadamente no el ms

generalizado. Un rgimen de vientos irregular implica el funcionamiento de la batera en ciclos de carga-

descarga. el nivel de final de carga se alcanza frecuentemente, y es importante que la regulacin est bien

hecha. Capacidad de la batera de acumuladores (C) con relacin a la corriente de la In del generador.

Cuanto mayor sea la relacin C/In , menor ser el riesgo de que la batera se sobrecargue en rgimen de

vientos irregulares. Tipo de utilizacin. Es ms favorable un funcionamiento continuo que secuencial. Por

tanto el funcionamiento de la instalacin ser ms satisfactorio cuanto ms regulares sean el rgimen de

vientos y la utilizacin, ya que entonces nos acercaremos ms a una utilizacin directa de la energa

producida por el aerogenerador, sin pasar por la batera de acumuladores. Regla prctica: Para los

emplazamientos en los que predomine el funcionamiento por carga y descarga, se ajustar el nivel de corte

de la corriente de carga al mximo en funcin del consumo de agua. Se ha visto que el consumo normal de

agua es aproximadamente de 0,18 litros por mes para un elemento de 2 V y de 1000 Ah. Cualquiera que sea

el ajuste, es importante que al final de la carga, la densidad del electrolito alcance el valor especificado por el

fabricante de la batera.

b. Valor de la tensin de final de descarga por elemento.

Depende del tipo de acumulador empleado, pero para acumuladores plomo de tipo semi-fijo es importante no

descender por debajo de los 1,8 V por elemento, para evitar la formacin de depsitos de xido no soluble en

la recarga y, por tanto, una disminucin importante de la capacidad. El valor de 1,8 citado, es un mnimo para

una corriente de descarga inferior o igual a C/10. Este valor de tensin corresponde a una densidad

volumtrica del electrolito de 1180 Kg/m3. Adems de los fenmenos de oxidacin, el electrolito de las

bateras descargadas se congela a temperaturas ms altas. Segn el emplazamiento, el valor elegido como

umbral de descarga deber tener en cuenta la posibilidad de congelacin del electrolito, que puede provocar

xli

la rotura de los recipientes en los que estn colocadas las placas y el electrolito. Por otra parte, este valor de

1,8V por elemento puede ser incompatible con el buen funcionamiento de los aparatos de instalacin; en tal

caso, el final de descarga vendr evidentemente condicionado por el nivel de no-funcionamiento de los

aparatos.

c. Las fuentes de emergencia.

Las fuentes de emergencia deben proporcionar energa a la utilizacin en caso de ausencia de viento o

avera en el aerogenerador. En algunos casos, no es posible cortar la alimentacin de la utilizacin aunque la

batera est totalmente descargada. Un ejemplo puede ser las estaciones de tele transmisin (telfono, tele

sealizacin, telecontrol, etc.).

Entre las estaciones alimentadas por un aerogenerador y que dispongan de fuente de emergencia hay que

distinguir aquellas que tengan un consumo medio inferior a 4 A de las que la tengan superior. En el primer

caso, una batera de pilas qumicas, generalmente alcalinas (potasa) con despolarizacin por aire, es la

solucin ms adecuada ya que es el tipo de pilas que proporciona la energa elctrica ms econmica. Su

vida til, en servicio, es de 3 aos. La tensin nominal por elemento es de 1,2 V. La tensin necesaria para el

funcionamiento de la instalacin se consigue conectando en serie los elementos necesarios.

La corriente nominal necesaria para la alimentacin de la utilizacin puede conseguirse por conexin en

paralelo de varias series de elementos. Pero siempre es preferible emplear pilas que den la corriente

necesaria, para evitar que en la conexin en paralelo, unas series puedan descargarse en otras. En el

segundo caso es necesario utilizar un motor trmico, debiendo distinguir dos tipos:

Motores de gasolina para pequeas potencias (1-2KW) y utilizacin poco frecuente. Motores diesel para potencias medias (3-20 KW) y uso ms frecuente.

En el caso en que la energa elica se emplee para alimentar una vivienda aislada, el grupo diesel presenta

la ventaja de adaptarse al consumo de los aparatos que deben funcionar con corriente alterna y de potencia

elevada. En los otros casos, el grupo puede usarse para recargar parcialme