¿Cómo se xenera a enerxía eléctrica?

O vento é o que, obviamente, fai que o rotor xire, pero non se trata só de moléculas de aire que chocan contra a parte dianteira das pas. Os aeroxeradores modernos toman prestada dos avións e os helicópteros tecnoloxía xa coñecida, ademais de ter algúns trucos propios máis avanzados, xa que os muíños traballan nun entorno realmente moi diferente, con cambios nas velocidades e nas direccións do vento.

Se cortamos transversalmente unha á dun avión podemos velo claramente. A razón pola que un aeroplano pode voar é porque o aire que se desliza ó longo da cara superior da mesma móvese máis rapidamente que a da inferior.
Isto implica unha presión máis baixa na superficie superior, o que crea a sustentación, é dicir, a forza de empurre cara arriba que permite ó avión voar. A sustentación é perpendicular á dirección do vento.

Se esa sustentación derivada da baixa presión na cara superior do á desaparece bruscamente, perderase a sustentación. Esta perda pode deberse a que a superficie do á do avión (ou a pa do rotor dun aeroxerador) non é completamente uniforme nin lisa. Unha pequena incisión na á ou na pa, ou un pedazo de cinta adhesiva, poden bastar para iniciar unha turbulencia na parte traseira, incluso se o ángulo de ataque é bastante pequeno. De aí cos fabricantes de pas adquiran un especial compromiso no tratamento da superficie das mesmas, xa que unha mínima muesca podería facer perder grande efectividade.

No deseño das pas tamén inflúe a resistencia do aire, coñecida no argot técnico como resistencia aerodinámica. Normalmente aumentará se a área orientada na dirección do movemento aumenta.

As pas del rotor dos grandes aeroxeradores teñen unha lixeira curvatura e non son completamente rectas, precisamente para favorecer a entrada do vento.

Visto dende a pala do rotor, o vento chegará desde un ángulo moito maior (máis desde a dirección xeral de vento na paisaxe) conforme nos desprazamos cara a base da pa, no centro do rotor. A pa deixará de proporcionar sustentación se o vento chega cun ángulo de ataque demasiado grande, polo que debe estar alabeada –torsionada-, coa fin de conseguir un ángulo de ataque óptimo ó longo de toda a lonxitude da mesma.

Nembargantes, no caso particular de aeroxeradores controlados por perda aerodinámica ("stall controlled") é importante ca pa estea construída de tal forma ca perda de sustentación se produza de forma gradual desde a raíz e cara ó exterior a velocidades de vento altas.

O mecanismo de orientación emprégase para xirar o rotor en contra do vento e adoptar así a mellor posición para captar a capacidade. Case tódolos aeroxeradores de eixo horizontal empregan orientación forzada, é dicir, utilizan un mecanismo que mantén a turbina orientada en contra do vento mediante motores eléctricos e multiplicadores. Os fabricantes de máquinas con rotor a barlovento prefiren frear o mecanismo de orientación cando non está a ser utilizado. O devandito mecanismo actívase cun controlador electrónico que vixía a posición do cataventos varias veces por segundo, cando a turbina está a xirar.

Dícese que a turbina eólica ten un error de orientación se o rotor non está perpendicular ó vento. Un error de orientación implica cunha menor proporción da enerxía do vento pasará a través da área do rotor. Si isto fora o único que ocorrese, o mecanismo de orientación constituiría unha excelente forma de controlar a potencia de entrada ó rotor. Sen embargo, a parte deste máis próxima á dirección da fonte de vento estará sometida a un maior esforzo que o resto do rotor. Isto implica, dunha parte, que o rotor terá unha tendencia natural a orientarse en contra do vento, independentemente de si se trata dunha turbina corrente abaixo ou corrente arriba. Por outro lado, tamén supón que as pas serán torsionadas cara ambos lados na dirección de flap (perpendicular ó plano del rotor) a cada volta do rotor. Por tanto, as turbinas eólicas que estean a funcionar cun error de orientación quedarán suxeitas a maiores cargas de fatiga cas orientadas nunha dirección perpendicular ó vento.

Os cables levan a corrente desde o xerador da turbina eólica cara abaixo ó longo da torre. Sen embargo, estarán cada vez máis torsionados se a turbina, por accidente, se sigue orientando no mesmo sentido durante un longo período de tempo. Así pois, as máquinas están equipadas con un contador da torsión nos cables que avisará ó controlador de cando se precisa restablecer os cables na súa posición orixinal. Por tanto, é posible que algunha vez unha turbina pareza que perda os estribos, orientándose continuamente na mesma dirección durante cinco voltas. Como nos outros equipos de seguridade, o sistema é redundante. Neste caso, a turbina está equipada tamén con un interruptor de cordón, que se activa cando os cables xiran demasiado.

A área do disco cuberto polo rotor (e, por suposto, as velocidades do vento) determina canta enerxía podemos colectar nun año. O debuxo dá unha idea dos tamaños de rotor normais en aeroxeradores: Unha turbina cun xerador eléctrico de 600 kw soe ter un rotor de 44 metros. Se dobra o diámetro, obterá un área catro veces maior (dúas ó cadrado). Isto significa que tamén obterá unha potencia dispoñible catro veces maior.

Os diámetros poden variar algo respecto ás cifras dadas arriba, xa que moitos dos fabricantes optimizan as súas máquinas axustándoas ás condiciones de vento locais. Por suposto, un gran xerador require máis potencia, é dicir, ventos fortes, só para poder xirar. Polo tanto, se se instala un aeroxerador nun área de ventos suaves, realmente maximizará a produción utilizando un xerador bastante pequeno para un tamaño de rotor determinado (o un tamaño de rotor máis grande para un xerador dado). Para unha máquina de 600 kw, os tamaños de rotor poden variar entre 39 a 48 metros. A razón pola que, en zonas de ventos suaves, pódese obter unha maior produción de un xerador relativamente máis pequeno é que a turbina estará funcionando durante máis horas.

Razons para elixir grandes turbinas

• Existen economías de escala nas turbinas eólicas, é dicir, as máquinas máis grandes son capaces de subministrar electricidade a un costo máis baixo que as máis pequenas. A razón é que os costos das cimentacións, a construción de pistas, a conexión á rede eléctrica, ademais doutros compoñentes na turbina (o sistema de control electrónico etc.), son máis ou menos independentes do tamaño da máquina.
• As máis grandes están particularmente ben adaptadas para a enerxía eólica no mar. Os costos das cimentacións non medran en proporción co tamaño da máquina, e os de mantemento son amplamente independentes do tamaño.
• En áreas nas que resulta difícil atopar emprazamentos para máis dun único muíño, unha grande turbina cunha torre alta utiliza os recursos eólicos existentes de maneira máis eficiente.

Razóns para elixir turbinas máis pequenas

• A rede eléctrica local pode ser demasiado débil para manipular a produción de enerxía dunha grande máquina. Isto ocorre nas partes remotas da rede, cunha baixa densidade de poboación e pouco consumo de electricidade na área.
• Hai menos flutuación na electricidade de saída dun parque eólico composto de varias máquinas pequenas, pois as flutuacións de vento raras veces ocorren e, polo tanto, tenden a cancelarse. Unha vez máis, as máquinas máis pequenas constitúen unha ventaxa na rede eléctrica débil.
• O custo de usar grandes grúas, a de construir estradas aptas para transportar os compoñentes da turbina, pode facer que nalgunhas áreas as máquinas máis pequenas resulten máis económicas.
• Con varias máquinas máis pequenas o risco se reparte, en caso de fallo temporal da máquina, por exemplo, se cae un raio.
• Consideracións estéticas en relación á paisaxe poden a veces impoñer o uso de máquinas máis pequenas. Sen embargo, as máis grandes soen ter unha velocidade de rotación máis pequena, o que significa que realmente unha máquina grande non chama tanto a atención como moitos rotores pequenos movéndose rápidamente.