¿Qué es un Aerogenerador?

Un Aerogenerador es una planta de producción eléctrica capaz de transformar la energía cinética del viento en energía eléctrica.

Puede describirse como dos convertidores de potencia que trabajan conjuntamente: el primero transforma la energía cinética lineal del viento en energía cinética rotativa, y otro que transforma esta energía rotativa en energía eléctrica.

El primer convertidor se denomina "Tren de Potencia" (DriveTrain en inglés), y está formado por Palas, montadas sobre un dispositivo (hub) que solo les deja un grado de libertad (rotación). De esta forma, la energía del viento es transformada en energía rotativa de este Tren de Potencia.

El segundo convertidor consiste en un generador eléctrico cuyo rotor está conectado al Tren de Potencia. En la mayoría de los casos esta conexión ser realiza a través de una multiplicadora, debido a que las condiciones de trabajo óptimas de los dos convertidores, básicamente las revoluciones de sus ejes, no coinciden.

El generador eléctrico puede ser de varios tipos. Los mas comunes son:

•asíncronos con rotor cortocircuitado ( conocido como de jaula de ardilla)

•asíncronos con acceso al bobinado del rotor,

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Dependiendo del tipo de generador eléctrico, los aerogeneradores disponen de equipos de Electrónica de Potencia adicionales para su funcionamiento. En el caso del aerogenerador con generador de jaula de ardilla, objeto del simulador asociado con este tutorial, no existe ningún

El generador eléctrico hace que la potencia eléctrica que se envía a la Red aparezca como resistencia mecánica en sus eje, que se opone al giro del Tren de Potencia.

En el caso del tipo aerogenerador correspondiente a este simulador, el generador es del tipo "jaula de ardilla", con el bobinado del estator directamente conectado a la Red.

Existen varios tipos de aerogeneradores, en función del tipo de la posición del eje alrededor del cual giran las palas: verticales y horizontales. Los que están instalados en Parques Eólicos son, prácticamente todos, de eje horizontal. En inglés se conocen con el acrónimo HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine). Este tipo de aerogeneradores disponen de un mecanismo de orientación mediante el cual mantienen el plano de giro de las palas en posición perpendicular

En la siguiente figura se muestra un tipo de aerogenerador HAWT de primera generación: sus palas no pueden girar sobre su eje longitudinal, y se denominan "de pala fija"

Fig 1.

En la siguiente figura se muestra una evolución de este diseño, que dispone de mecanismos en cada pala que permiten cambiar de su ángulo respecto del plano de giro: ángulo de pala (pitch).

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Tipos de aerogeneradores

Los aerogeneradores puede ser clasificados atendiendo a estos dos convertidores. El más común, en el uso industrial, es el llamado HAWT ( de Aerogenerador de Eje Horizontal):

•las palas giran en un plano prácticamente vertical, sobre un eje que se mantiene (casi) horizontal

•el viento incide perpendicularmente sobre el plano de giro de las palas. El eje se conoce como "Tren de Potencia", gira horizontalmente y está situado en una plataforma elevada, conocida como "Góndola" (Nacelle en inglés).

El plano de giro de las palas ha de ser mantenido proactivamente en posición perpendicular al viento, pero puede estar en el "frontal" del aerogenerador, o en la paster posterior. Este plano puede ser el frontal de la góndola (las palas son lo primero que el viento incidente toca) (barlovento o upwind en inglés) o el posterior (sotavento o downwind en inglés).

La ventaja teórica del método a sotavento es que es el propio viento es el que se encarga de orientar la góndola; sin embargo tiene el inconveniente de que el viento se ralentiza al tener que atravesar la góndola y la torre antes de llegar a las palas. Por ello, la gran mayoría de los aerogeneradores HAWT se orientan cara al viento (upwind). Esto implica que deben disponer de un mecanismo para mantenerlos bien orientados "frente" al viento.

Generalmente tienen tres palas aunque existen modelos industriales con dos palas.

En cuanto a los convertidores eléctricos, todos utilizan algún tipo de generador eléctrico y, en algunos casos, equipos de Electrónica de Potencia.

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•Generador de inducción de imanes permanentes.

Cuando se usan generadores de inducción asíncronos, es necesario usar una multiplicadora (gearbox en inglés), ya que normalmente el Tren de Potencia gira con velocidades del orden de 10 a 40 rpms, mientras que los generadores de inducción asíncronos funcionan en el rango entre 1000 a 2000 rpms.

En los casos en los que se usan generadores de inducción de imanes permanentes, existen algunos diseños que permiten trabajar directamente a la velocidad de giro del tren de potencia, y por tanto no necesitan multiplicadora.