Historia del uso de la energía eólica
Los primeros usos que se le dieron a la energía del flujo de aire fueron relacionadas al transporte de las personas. Han sido encontrados dibujos hechos por los egipcios que representan barcos con velas y son datados de hace 5000 años. Hasta el siglo XIX, el transporte mediante el uso de barcos a vela fue fundamental para el desarrollo de la sociedad y para la exploración de distintos sectores de la Tierra. Es así como se encontró el continente de América, por ejemplo. Luego, en el siglo XIX, se ideó la máquina de vapor, que terminaría por reemplazar al barco a vela en el ámbito del transporte acuático. Luego, en el siglo XX, se crean máquinas de combustión interna, con lo que el uso de la energía eólica queda completamente obsoleta en el ámbito del transporte. [4]
En los últimos años, se ha retomado en cierta medida el uso de energía eólica para el transporte. Esto se ha debido a una concientización de la población. Se han elaborado numerosos estudios que apoyan la hipótesis de que se está experimentando un calentamiento global, particularmente por la combustión de combustibles fósiles. Por esta razón, se han tratado de desarrollar diferentes métodos de generación eléctrica, de los cuales uno consiste en la extracción de energía de los flujos de aire. Es así como entre 1973 y 1979 se desarrollaron diversos prototipos que utilizan la energía eólica para el ahorro de combustible en barcos. [4]
Con respecto a las máquinas que tienen un funcionamiento similar a la turbina eólica, en el siglo VI se crearon las primeras máquinas que utilizaban la energía del viento en agricultura. Estas máquinas aparecen en primer lugar en Irán y en Afganistán y sirven en los procesos de molienda y de bombeo de agua. Luego, en el Mediterráneo, se construyen molinos de eje horizontal que están basados en velas triangulares, lo que les permite adaptar la superficie en que se recibe el viento para maximizar la energía extraída de éste. Para el siglo XI, los molinos se habían esparcido y se podían encontrar en el Medio Oriente. [4]
En la Edad Media, los molinos tuvieron un uso más transversal, siendo utilizados incluso por señores feudales en sus terrenos. Estos molinos, en el siglo XIV, fueron adaptados y mejorados por los holandeses. En los Países Bajos, los molinos siguen teniendo un papel importante y se han convertido en un símbolo del país. Sin embargo, después de la Revolución Industrial y de la construcción de las primeras máquinas de vapor, su número se vio reducido significativamente. [4]
En el siglo XV, se empezaron a construir molinos que servían distintos propósitos, como la elaboración de aceite y de papel o el procesamiento de maderas. En los siglos posteriores, los molinos de viento se siguieron expandiendo, cubriendo múltiples países y sirviendo distintos propósitos, hasta que se crearon las máquinas de vapor. Dado el costo reducido de éstas y la eficiencia que presentaban, los molinos empezaron a quedar de lado y en última instancia se encontraban casi exclusivamente en sectores aislados que no se hallaban conectados al sistema convencional de energía. [4]
En las últimas décadas, se ha empezado a crear una conciencia ambiental debido al cambio climático que se está experimentando. Se sabe que si la situación sigue así es probable que sucedan catástrofes en el planeta, por lo que se están buscando alternativas a las fuentes de energía que utilizan la combustión de combustibles fósiles. Es así como resurgen los métodos para extraer la energía cinética del viento y nacen las turbinas eólicas. Éstas no han sido masificadas hasta el momento por su elevado costo comparado con los métodos convencionales de generación de energía y por su reducida eficiencia al extraer energía del viento. No obstante, es probable que si éstas son mejoradas significativamente serán instauradas como la norma y la generación de energía será un proceso mucho más limpio. [4]
La primera turbina eólica para generación de electricidad (aerogenerador) fue construida por el americano Brush en 1888. Ésta tenía un rotor de 17 metros de diámetro, 144 palas y una potencia de solo 12 kW, debido a su alto número de palas. Sin embargo, uno de los pioneros de las turbinas eólicas es Poul La Cour (Dinamarca) quien mejoró el modelo de Brush. Él notó que el número de palas estaba directamente vinculado a la potencia obtenida. Realizó sus experimentos en su propio túnel de viento. La potencia alcanzaba los 20 a 35 kW. [4]
Durante la segunda guerra mundial aparecieron las primeras turbinas bipalas y tripalas de la compañia danesa F. L. Smidth equipadas de motores a corriente continua y alterna. Sin embargo, el primer diseño pionero de las turbinas eólicas fue construido por J. Juul por una compañía eléctrica de Dinamarca que marcó los años de postguerra. Esta turbina contenía los elementos principales que encontramos hoy en las turbinas modernas : un rotor con orientación eletromecánica, una regulación por las pérdidas aerodinámicas y los frenos aerodinámicos. Este aerogenerador (aerogenerador de Gedser) tenía una potencia de 200 kW y una altura de 24 metros. [4]
Después de la crisis del petróleo en 1973, algunos países como Dinamarca, Alemania, Suecia, EEUU y Reino Unido se dieron cuenta de la importancia de las energías renovables y las compañías de energía dirigieron su atención a la construcción de los aerogeneradores. En 1979 se construyeron dos aerogeneradores Nibe que tenían una potencia de 630 kW. Ahora las turbinas alcanzan una potencia de 5000 kW. [4]
Avances Tecnológicos
Hay dos tipos principales de turbinas eólicas: las de eje horizontal y las de eje vertical. Entre las turbinas de eje vertical existen dos principales tipos que son utilizados en la actualidad. Estos son las turbinas de Savonius y las turbinas de Darrieus. [4]
Las turbinas de eje horizontal son las más utilizadas en la actualidad, ya que presentan la mayor eficiencia por el mismo costo. En este tipo de turbinas el eje de rotación de las aspas es paralelo a la dirección del viento. La eficiencia máxima a la que pueden aspirar este tipo de turbinas en la actualidad es un 53% que se ubica bastante cerca del máximo teórico, 59.3%. [4]
Las turbinas de eje horizontal presentan una menor eficiencia que las de eje vertical. En este tipo de turbinas el eje de rotación de las aspas es perpendicular a la dirección del viento. Éstas turbinas presentan otras ventajas, como que pueden ser ubicadas más cercanas al piso, o que no deben ser dirigidas con respecto a la dirección del viento. Uno de los tipos de estas turbinas que no es el más utilizado, pero juega un papel importante en la historia es la turbina de tipo Savonius. Esta turbina utiliza principalmente la fuerza de arrastre, que será explicada más adelante. La eficiencia máxima a la que pueden aspirar estas turbinas es aproximadamente 20%, por lo que es muy ineficiente comparado con las vistas anteriormente. [4]
Las turbinas de tipo Darrieus son la competencia más cercana a las turbinas de eje horizontal, ya que presentan una eficiencia máxima de aproximadamente 40%, lo que se acerca a la eficiencia de las turbinas de eje horizontal y sigue presentando las ventajas de las turbinas de eje vertical. Estas turbinas utilizan principalmente la fuerza de sustentación, que será explicada más adelante y presentan un torque de arranque casi nulo. En otras palabras, se necesitan vientos muy débiles para que empiece a rotar. [4]
Alternativas en la actualidad
La principal alternativa a las turbinas eléctricas en la actualidad es la generación de electricidad en base a combustibles fósiles. Ésta alternativa ha sido muy cuestionada en los últimos años, dado su carácter no renovable. La generación eléctrica en base a combustibles fósiles ha sido uno de los principales contribuyentes al efecto invernadero exagerado que se ha experimentado en el planeta en el último tiempo, por lo que se están buscando alternativas, como las turbinas eólicas, constantemente. No obstante, la generación de energía en base a combustibles fósiles es muy barata en comparación con todos lo tipos de generación que son renovables. Sin embargo, hay algunas otras alternativas que también han cobrado fuerza en el último tiempo. [10]
Una de las alternativas a los últimos dos métodos explicados anteriormente es la captación de energía solar mediante paneles solares que utilizan el efecto diélectrico de la luz. [10] Estos se caracterizan por funcionar bastante bien y por recoger bastante energía, pero son muy caros de construir, por lo que no han sido masificados. [10] Otro método utilizado distinto a los anteriores es la captación de energía de corrientes de agua en ríos o mares. [10] Este método se caracteriza por proporcionar un suministro de energía continuo y no muy variable, pero ha sido muy criticado, especialmente en Chile, por atentar contra el ambiente al necesitar mucho espacio para su instalación, es decir, se necesita limpiar una superficie extensa de árboles y formaciones rocosas para instalar una planta hidroeléctrica.
Proyecciones a futuro
Considerando que la conciencia por el medio ambiente sigue creciendo y cada vez más, es bastante claro que los métodos para la captación de energía del medio que son renovables cobrarán una fuerza cada vez más importante. Es posible que en algún momento las turbinas eólicas queden obsoletas con un gran avance en otro ámbito, pero por el momento juegan un rol bastante importante en el ámbito de energías renovables. [7]
Hay una barrera que presentan las turbinas eólicas que corresponde a la profundidad a la que se pueden instalar en el Mar. Hasta el momento, las turbinas se pueden ubicar en el agua, pero a profundidades bastante chicas. Si se pudieran instalar mar adentro es probable que se masifiquen significativamente, considerando que una de los grandes problemas que presentan se centra en que irrumpe en el paisaje y en el medio terrestre. [10]
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