Turbina eólica de vida útil
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Hace diez años, POWER publicó un amplio artículo en el que exploraba la aparición de “diseños novedosos -y a veces simplemente descabellados-” que entonces se consideraban alternativas viables al omnipresente diseño de aerogenerador de tres palas. En 2011, para ser justos, la energía eólica estaba empezando a hacerse un hueco en los mercados energéticos. Pero, como señalaba entonces el Consejo Mundial de la Energía Eólica (GWEC), su futura aceptación generalizada era aún incierta debido a la preocupación por su competitividad frente a la generación a partir del carbón, la energía nuclear y las nuevas fuentes de gas “barato”, así como a “un asalto a los mecanismos de precios existentes” en muchos mercados que estaban vinculados a la crisis crediticia y a las carencias presupuestarias de los gobiernos. Sin embargo, el asombroso crecimiento de la energía eólica instalada en la última década en todo el mundo -de 238 GW en 2011 a 743 GW en 2020, según el GWEC- ha transformado la energía eólica en una fuente de energía madura y generalizada que es competitiva en costes con las nuevas plantas de carbón y gas.
Turbina de viento portátil de aire infinito
Actualmente hay cerca de medio millón de aerogeneradores (WT) en funcionamiento en todo el mundo. En los últimos años se ha producido un aumento significativo, que representa un incremento del 19% desde 2019. En los próximos años, se espera que ese número crezca alrededor del 50 por ciento, y la mayoría de los conocedores de la industria coinciden en que es una estimación bastante conservadora.
La fiabilidad de la tecnología ha aumentado notablemente con el tiempo, reforzando el movimiento hacia la energía eólica en general. A medida que la tecnología de monitorización y la ingeniería de los componentes siguen mejorando, los operadores informaron de una disminución del 700% en el tiempo de inactividad de las cajas de engranajes desde 2007. Esto es importante para la viabilidad de los aerogeneradores, ya que la caja de engranajes sigue siendo el componente más propenso a fallar. Al ser la pieza de recambio más cara del propio aparato -del orden de 270.000 dólares-, cuanto más fiable sea, menos costará su funcionamiento, producción y suministro de energía limpia a la población, lo que, entre otras señales positivas, es un buen augurio para el futuro de nuestro planeta.
En el caso concreto de la caja de engranajes, se está dando un gran impulso a la supervisión del estado de los componentes más propensos a fallar. Los ejes, los cojinetes, las palas del rotor y el generador eléctrico tienden a tener los mayores índices de fallo. Al instalar sensores de vibración inalámbricos en cada uno de los componentes, los operadores disponen repentinamente de un método fiable para predecir las averías y prevenir -o al menos mitigar- el tiempo de inactividad por fallo del equipo.
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Vortex Bladeless Ltd. es una empresa tecnológica española que está desarrollando un tipo de generador de energía eólica sin palas giratorias ni lubricantes, a diferencia de los aerogeneradores más comunes[1]. La energía se produce a partir de las vibraciones resonantes que se producen cuando el viento pasa por la turbina y se desvía en forma de vórtices en un proceso llamado vortex shedding[2].
Esta tecnología tiene algunos rasgos que se asemejan más a la energía solar que a los grandes aerogeneradores, como que se adapta mejor al funcionamiento autónomo y a la generación distribuida de energía fuera de la red, para y en sistemas de baja potencia[3].
Vortex Bladeless es un generador eólico resonante de vibración inducida por vórtices, en contraste con los aerogeneradores de eje horizontal (HAWT) y los de eje vertical (VAWT) que funcionan por rotación. La innovación de Vortex proviene de su forma inusual y de su manera de aprovechar la energía por oscilación:[4] su mástil de fibra de vidrio y polímero reforzado con fibra de carbono oscila con el viento, aprovechando la emisión de vórtices de von Kármán cuando un fluido en movimiento pasa por encima de una estructura delgada[5]. En la parte inferior del mástil, una varilla de fibra de carbono mueve un alternador que genera electricidad sin partes móviles en contacto[6] Vortex Bladeless no gira, y por tanto no es una turbina.
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Los aerogeneradores de mayor tamaño se enfrentan a cargas más elevadas, y los imperativos de reducción de masa los hacen más flexibles. El aumento de tamaño de los aerogeneradores da lugar a mayores vibraciones estructurales que reducen la vida útil de los componentes (palas, eje principal, rodamientos, generador, caja de engranajes, etc.) y pueden provocar fallos o su destrucción. Existen diferentes sistemas para controlar las vibraciones de los aerogeneradores, que actúan sobre la torre o directamente sobre la pala.
La estructura del aerogenerador tiene varios grados de libertad; la torre puede doblarse en las direcciones longitudinal y lateral; la góndola y el rotor pueden trasladarse y girar en inclinación y balanceo, respectivamente; y la flexión de la pala puede producirse en las direcciones de los flaps (fuera del plano) o de los bordes (en el plano) [8], como se muestra en la figura 2.
La vibración del aerogenerador es un fenómeno muy complejo y con múltiples acoplamientos. Hay varios tipos de vibraciones que afectan al aerogenerador. Sin embargo, las más importantes son las de la pala que contribuyen y se propagan a los demás componentes como la cadena de transmisión mecánica y la torre. Las vibraciones de las palas son inducidas por múltiples cargas [7]: