Monografias | La energía eólica

El perfeccionamiento del tradicional molino de viento ha dado lugar a modernos aeromotores que aprovechan la energía eólica para generar electricidad. Estos aeromotores pueden instalarse aislados o bien en agrupaciones que aportan energía a las redes de distribución. Sin embargo, el viento tiene dos características que lo diferencia de otras fuentes energéticas: su imprevisible variabilidad y su dispersión. Ello obliga a sutiles perfeccionamientos en el diseño 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 posición más favorable. La fuente de energía eólica es el viento, o mejor dicho, la energía mecánica que, en forma de energía cinética 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 atmosférica. La Tierra recibe una gran cantidad de energía procedente del Sol. Esta energía, en lugares favorables, puede ser del orden de 2.000 Kwh/m2 anuales. El 2 por ciento de ella se transforma en energía eólica con un valor capaz de dar una potencia de 10E+11 Gigavatios. En la antigüedad no se conocían estos datos, pero lo que sí es cierto, es que intuitivamente conocían el gran potencial de esta energía. Las formas de mayor utilización son las de producir energía eléctrica y mecánica, bien sea para autoabastecimiento de electricidad o bombeo de agua. Siendo un aerogenerador los que accionan un generador eléctrico y un aeromotor los que accionan dispositivos, para realizar un trabajo mecánico. Partes de un aerogenerador:

Cimientos, generalmente constituidos por hormigón en tierra, sobre el cual se atornilla la torre del aerogenerador. Torre, fijada al suelo por los cimientos, proporciona la altura suficiente para evitar turbulencias y superar obstáculos cercanos; la torre y los cimientos son los encargados de transmitir las cargas al suelo. Chasis, es el soporte donde se encuentra el generador, sistema de frenado, sistema de orientación, equipos auxiliares (hidráulico), caja de cambio, etc. Protege a estos equipos del ambiente y sirve, a su vez, de aislante acústico. El buje, pieza metálica de fundición que conecta las palas al eje de transmisión. Las palas, cuya misión es la de absorber energía del viento; el rendimiento del aerogenerador depende de la geometría de las palas, interviniendo varios factores:

• Longitud
• Perfil
• Calaje
• Anchura

Sistemas de un aerogenerador:
Orientación, mantiene el rotor cara al viento, minimizando los cambios de dirección del rotor con los cambios de dirección de viento; Estos cambios de dirección provocan pérdidas de rendimiento y genera grandes esfuerzos con los cambios de velocidad.
Regulación, controla la velocidad del rotor y el par motor en el eje del rotor, evitando fluctuaciones producidas por la velocidad del viento.
Transmisión, utilizados para aumentar la velocidad de giro del rotor, para poder accionar un generador de corriente eléctrica, es un multiplicador, colocado entre el rotor y el generador.
Generador, para la producción de corriente continua (DC) dinamo y para la producción de corriente alterna (AC) alternador, este puede ser síncrono o asíncrono.

Hipotesis.
"Es posible, aprovechar la energía eólica, en el altiplano, como un medio alternativo de abastecimiento interno de energía eléctrica a mediana escala dentro las fronteras de la población rural."

Energia accesible.
Los aerogeneradores, tienen diversas aplicaciones específicas, ya sea eléctricas o de bombeo de agua, mediante el aprovechamiento y transformación de energía eólica en energía mecánica. Se entiende por energía eólica a los vientos que existen en el planeta producto de fenómenos que se estudiaran más adelante.

Esta energía, es inagotable, no contamina; y aunque la instalación de uno de estos aparatos es relativamente costosa y morosa, a la larga se sentirán los resultados positivos, especialmente en el campo económico. Un punto que vale hacer notar, es la autonomía frente a la fuente más cercana accesible, que en este caso es la Empresa Nacional de Energía (ENDE. Esta última no siempre se presenta en los pueblos alejados, por el costo que supone instalar una red hacia aquellos).

Historia de los aerogeneradores.
Es importante destacar e interesante además, algunas fechas dentro de la tecnología eólica y de la utilización de aeromotores. En el s. V a. C. se encuentran los primeros aeromotores en Asia: son máquinas de eje vertical iguales a las denominadas panemonas de algunas islas griegas. Más o menos por la misma época, en Egipto se utilizaban molinos de eje vertical para moler grano y bombear agua, también en la zona de Sijistán entre Irán y Afganistán.

Todos estos molinos tenían el mismo principio: transformar la energía eólica en energía para el bombeo de agua y la molturación del grano entre otras.

En el siglo VII d.C. se da origen a los primeros modelos rústicos de los clásicos molinos holandeses que hoy en día son mecánicamente sofisticados. O los aeromotores para el bombeo de agua que progresa con la invención de las multipalas en 1870 por los americanos. Fue en el año 1802 cuando Lord Kelvin trató de asociar un generador eléctrico a un aeromotor para la producción de energía eléctrica.

Hacia el año 1920 la energía eólica obtiene cierto éxito, pues habían trescientos constructores de estos aparatos. El estudio en los campos de la aerodinámica permitió alcanzar enormes progresos en los aeromotores, esto hasta el año 1961; desgraciadamente en ese año el precio del petróleo bajó, poniendo al kilowatt "eólico" a precios inaccesibles. Todas las máquinas fueron desmontadas y vendidas al precio de chatarra.

Desde el año 1973 ocurre el proceso inverso, impulsando programas de estudio y realización de aerogeneradores. La demanda en países industrializados es mínima. Pero no obstante la demanda en países tercermundistas aumentó de nivel, esto por el obvio bajo costo de producción e instalación de estos aparatos en comparación a las ganancias retribuidas.

Distintas clases de aeromotor.
Se definen en general, los aeromotores según la posición de su eje de rotación, con relación a la dirección del viento.
Así se dividen en:

• Aeromotores de eje horizontal.
• Con el eje paralelo a la dirección del viento.
• Con el eje perpendicular a la dirección del viento.
• Aeromotores de eje vertical.
• Aeromotores que utilizan el desplazamiento de un móvil.

Aeromotores de eje horizontal.
Eje paralelo a la dirección del viento. Son las máquinas más difundidas, y con rendimiento superior a las demás. Incluyen aquellas de 1,2,3 o 4 palas, además de las típicas 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 (P<1 kW). Y de espaldas al viento para potencias superiores a 1 kW (P>1 kW). Eje horizontal perpendicular a la dirección del viento. Los aerogeneradores más significativos de eje perpendicular a la dirección del viento, son los de perfil oscilante y el sistema de captación con palas batientes. Estos sistemas se han estudiado ampliamente, también se construyeron prototipos; pero presentan más inconvenientes que ventajas; en especial necesitan sistemas de orientación igual a los de eje horizontal paralelo al viento. La recuperación de energía es en generalmente complicada y no presenta un buen rendimiento.

Aeromotores de eje vertical.
Son presumiblemente, las primeras máquinas que se utilizaron para la captación de energía eólica, ya que son más sencillas
que las de eje horizontal; no necesitan ningún sistema de orientación. Lo que constituye una ventaja constructiva. En funcionamiento las palas, los rodamientos y los ejes, no están sometidos a esfuerzos importantes por cambios de orientación. Son de fácil construcción. El rendimiento es mediocre (el rotor Savonius un 20% del límite de Betz). No se experimentó un gran desarrollo en estos aparatos.

Existen 3 grandes familias de aeromotores de eje vertical.

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 máxima es claramente inferior a la de los rotores de eje horizontal.

Aeromotores Darrieus.(patente/1931)
Emplea la sustentación de las palas y están caracterizados por débil par de arranque y velocidad de rotación elevada que permite la recuperación de una gran potencia.
Para mejorar el par de arranque se pueden acoplar otro tipo de rotores haciéndolo mixto (Savonius-Darrieus). Este tipo de máquinas es susceptible de competir con los aeromotores rápidos, bipalas y tripalas de eje horizontal; son objeto de estudio y desarrollo.

Razon de la eleccion del aeromotor de eje horizontal bipala.
Los aeromotores de eje horizontal paralelo a la dirección del viento, son los más extendidos, por tener el mejor rendimiento con relación a la energía máxima recuperable, conocida como límite de Betz. En esta tesina, nos limitaremos de este tipo de aeromotores para la generación de electricidad.

Configuracion de una estacion eolica.
Cualquier estación eólica destinada a la producción de energía eléctrica tiene según el siguiente organigrama esta configuración:
Organigrama de una estación de suministro de energía por aerogenerador.

Constitucion de un aeromotor.
Un aeromotor está constituido por las siguientes partes:
Un aeromotor de dos palas (o tres, no es nuestro caso), provisto de un sistema de regulación, que confiera al rotor una velocidad de rotación estable a partir de cierta velocidad del viento, y un sistema de seguridad destinado a frenar la máquina en caso de tempestad, si el sistema de regulación es inoperante a altas velocidades.

Un generador eléctrico que puede estar:
Directamente acoplado al aeromotor. En el caso más sencillo las palas van directamente montadas en el eje del generador. Acoplado a un multiplicador, colocado entre el aeromotor y el generador. Se verá que la velocidad de rotación depende del diámetro del rotor y disminuye cuando el diámetro aumenta. Entonces para tener un buen rendimiento, es necesario aumentar las revoluciones del aeromotor antes de acoplarlo al generador.
Mecanismo de giro, que permita a la máquina estar siempre orientada en la dirección del viento, cualquiera que sea esta. La energía producida en la parte móvil, se transmite por medio de un dispositivo colector asociado al mecanismo de rotación.
Cárter o armazón, que envuelva y proteja a todas las piezas del conjunto de los los factores climáticos. Una cola, en el caso de que la máquina funcione de cara al viento, para obtener una orientación según los movimientos de la masa de aire.

En la siguiente figura se representa al aerogenerador de cara al viento con las partes descritas: Aerogenerador con aeromotor "caro al viento"

Torre de soporte del aerogenerador.
Es importante su construcción por varias razones, la cual es mecánicamente sencilla.
Su altura. El aerogenerador debe estar situado por encima de las perturbaciones causadas por el terreno. La instalación de la torre en el altiplano boliviano no será necesariamente muy alta, debido a la peculiaridad de la configuración geográfica en esta zona.
Su frecuencia. Cualquier máquina 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 armónicas), engendradas por el aerogenerador.

Mantenimiento. El acceso a la torre debe ser fácil para su buen mantenimiento. En nuestro caso la torre abatible es la que mejores bondades presenta. Robustez. La torre deberá resistir las sobrecargas producidas, como ser: esfuerzos ocasionados por funcionamiento anormal, ráfagas de viento, y turbulencias. Forma. Preferiblemente no angular, para evitar esfuerzos innecesarios en la misma torre mejorando así el flujo de corrientes de aire.

Dispositivo Para El Almacenamiento De La Energia Producida.
La estación eólica deberá disponer de un medio para el almacenamiento de la energía producida, esto con el fin de abastecimiento en períodos de calma atmosférica. En general el medio más accesible para este propósito son los acumuladores de plomo.
Vale hacer notar que una parte importante de la inversión esta dirigida a este campo. Aproximadamente de un 20% a 50% del total del costo.

Fuente energetica de apoyo.
Según la capacidad del aerogenerador, su utilización y los regímenes de viento, puede ser necesario el uso de fuentes de apoyo. Para garantizar el funcionamiento continuo de la instalación en caso de fallo en el aerogenerador. Para disminuir el uso de almacenadores.

A este objetivo, se perfilan dos grandes representantes:
Motores de explosión (combustión interna), a diesel o gasolina u otro derivado del petróleo.
Batería de acumuladores cargada por células fotovoltaicas.
Dispositivo Para Vigilar El Estado De Las Baterias De Acumuladores.
A pesar de ser los acumuladores de plomo el medio más barato y fácil de instalar, necesitan una vigilancia muy severa. Los acumuladores de plomo, son extremadamente sensibles a regímenes de descarga y sobrecarga prolongados. Por lo tanto es indispensable instalar un sistema manual o automático de vigilancia.

Este dispositivo deberá asegurar prioritariamente:
El corte de la corriente de carga de la batería cuando está completamente cargada.
La conmutación del circuito de utilización hacia la fuente de apoyo, si existe, cuando la batería esté descargada. La protección de los distintos elementos de la instalación mediante fusibles.

Los medios para medir el buen funcionamiento de la estación (valor de la corriente de carga, de la tensión dada por aerogenerador, etc).

Dispositivo de orientacion.
Los aeromotores de eje horizontal necesitan una orientación permanente de la máquina en una dirección paralela a la del viento para disminuir los esfuerzos y las pérdidas de potencia.

Características del aerogenerador proyectado.
Existen muchos dispositivos de orientación, elegidos generalmente de acuerdo con la potencia del aeromotor. Son parte importante del buen rendimiento de la instalación eólica.
Los aeromotores de eje horizontal están sometidos a fuertes esfuerzos durante los cambios bruscos de orientación, originados por los cambios de velocidad y dirección del viento. Estos esfuerzos son mayores cuanto mayores sean las aceleraciones que se producen en un cambio de dirección.

La componente perpendicular al eje de rotación de la hélice es proporcional al cuadrado de la velocidad de giro alrededor del eje principal ( en rad/s).
Los cambios de dirección y las variaciones de frecuencia de rotación provocados por las ráfagas son el origen de vibraciones nefastas para el buen funcionamiento del aeromotor.
El sistema de orientación deberá cumplir con la condición necesaria de mantener el rotor caro al viento sin provocar grandes cambios de dirección del rotor cuando se produzcan cambios rápidos de la dirección del viento.
Para los aeromotores de pequeña y mediana potencia, cuya hélice está situada para el viento, el dispositivo de orientación es una cola, constituida generalmente por una superficie plana (placa metálica o de madera) situada en el extremo de un soporte unido al cuerpo del aeromotor.
La condición antes descrita se obtiene por la determinación de la superficie de la cola sobre la cual se ejerce el par de giro.
Esta superficie se determina experimentalmente situando la máquina prototipo en un lugar donde la corriente de aire está perturbada y buscando la superficie óptima de la cola.
Cuando la cola se sitúa en el eje aeromotor, la longitud de soporte juega una función importante, puesto que cuanto más largo sea menos se situará en la zona de turbulencias del aeromotor, originadas por el giro de la hélice.
Para evitar que la cola este situada en la zona de turbulencias debidas a la rotación de la hélice (una distancia igual a 6 o 10 veces el diámetro), algunos constructores (Aerowatt), después de haberlo ensayado en túneles aerodinámicos, han equipado a sus aeromotores con colas cuya parte útil está situada fuera de las perturbaciones.

Dispositivo de orientación para aeromotores de cara al viento.

Para adaptar esta cola a lugares perturbados, el mismo constructor ha hecho una cola cuya superficie varía en función de las solicitudes originadas por los cambios de orientación del viento. La parte útil de la cola está constituida por una parte fija y una parte móvil articulada a la anterior mediante un material elástico.

En el caso de que se produzcan cambios de dirección del viento, la parte móvil gira, disminuyendo así él para de giro y por consiguiente la velocidad angular de orientación es menor así como los esfuerzos. Las colas, que son muy eficaces, son muy difíciles de poner en práctica por causa de su peso y sus dimensiones en los aerogeneradores cuya hélice tenga un diámetro superior a 20 m (dimensión que corresponde a una potencia cercana a los 100 KW para una máquina con una velocidad nominal de 11m/s y un rendimiento del 65% con relación al de Betz). La mayoría de los aeromotores destinado a instalaciones de pequeña potencia (P < 10 KW) funcionan con la hélice situada contra al viento y están equipados con la cola orientadora.

Los aeromotores cuyo diámetro es superior a los 20 metros funcionan generalmente con la hélice a favor del viento, es decir, con ésta detrás de la torre de sustentación. Desgraciadamente, éste sistema de orientación implica un funcionamiento de la hélice que crea esfuerzos periódicos destructivos.

El generador electrico y el multiplicador.
El aeromotor puede accionar directamente o indirectamente (a través de un multiplicador), dos tipos de generador eléctrico:

1. Generador de corriente continua (dínamo).
2. Generador de corriente alterna (alternador).

Estos transformarán la energía mecánica en energía eléctrica, teniendo en cuenta las pérdidas ocurridas dentro el generador.
La fórmula de la transformación de energía es:
Cu*2Ò*n
Cu: par del aeromotor (N*m)
n : velocidad de rotación (rpm)
i : Corriente proporcionada por el aerogenerador a una tensión U

Generador de corriente continua. (Dínamo).
La máquina está formada por dos partes bien diferenciadas:
El cicuito magnético (bobina de inducción) que crea un campo de inducción en el entrehierro y recibe el nombre de inductor.
El bobinado de inducido en el que se recupera la energía eléctrica producida por la rotación del rotor accionado por el aeromotor.
Para recuperar esta energía, el inducido va provisto de un colector, que en la mayoría de los casos va provisto por dos sectores aislados de 180?.
Dos escobillas, situadas una frente a otra, se ponen en contacto sucesivamente con el sector A después con el sector B, lo que permite que la corriente circule siempre en el mismo sentido en la utilización. En realidad, el colector consta de un gran número 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 excitación es constante (máquina compensada), la corriente proporcionada es proporcional a la velocidad de rotación. La relación entre la tensión en bornes de la máquina y la corriente es:

1. u = E - R * i
2. E: fuerza electromotriz de la dínamo.
3. R: resistencia de inducido.
4. i: Corriente suministrada a la carga.

Generador sincrono de corriente alterna.
La máquina consta de las siguientes partes. La bobina de excitación que crea el campo magnético en el cual el entrehierro es móvil, es el rotor accionado por el aeromotor. Puede ser de dos tipos:
Rotor bobinado alimentado por dos colectores continuos en los que la corriente circula siempre en el mismo sentido. Rotor de imanes permanentes, con lo que se suprimen escobillas y colectores, que pueden ser causas de averías. El inducido, en el que se recupera la energía, solidario a la carcasa, y conectado a la utilización. Este al estator , y puede ser monofásico o trifásico. El trifásico permite obtener una tensión alterna casi sinuosidad (curva representativa de los valores del seno) y, por tanto, mejor rendimiento.

Ventajas e inconvenientes.
El principal inconveniente de la dínamo es la presencia de escobillas y colectores, que requieren un mantenimiento periódico. Por otra parte, la dínamo es más pesada y cara que un generador de corriente alterna. Pero no necesita ningún dispositivo complicado para la carga de baterías. Un simple diodo, (válvula de vació termoiónica formada por dos electrodos; conectada a un circuito permite el paso de la corriente en un solo sentido), que soporte la intensidad nominal de la dínamo, será suficiente para evitar que la batería pueda ser cortocircuitada por el inducido, cuando esté 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 más ligero y económico. Pero debe girar a una velocidad más elevada y más estable que la dínamo (en general 3000 rpm) y además requiere un rectificador para la carga de baterías. A pesar de los inconvenientes propios de alternador, su utilización está generalizada, excepto para aeromotores de pequeña potencia, en los que la estabilidad de la velocidad de rotación no es suficiente. En general , se utilizan alternadores trifásicos de imanes permanentes.

El multiplicador.

Se comprobó que el empleo de alternadores obliga a utilizar un multiplicador.
Efectivamente, los rotores de diámetro superior a los 5 metros, tienen velocidades de rotación demasiado bajas (<200rpm) para poder accionar directamente un alternador clásico. Por tanto, para estas máquinas, es imprescindible intercalar un multiplicador entre el aeromotor y el generador. Hay tres tipos de multiplicador que pueden utilizarse con los aeromotores: El más sencillo es el multiplicador de engranajes, de uno o varios ejes de ruedas dentadas cilíndricas. Es económico, pero de construcción embarazosa para conseguir relaciones de multiplicación elevadas.

El empleo de trenes planetarios permite obtener multiplicaciones elevadas en un espacio reducido. La repartición de pares y esfuerzos entre varios satélites, así como la disposición coaxial, (perteneciente al eje o concerniente a él), de los ejes de entrada y salida facilitan una construcción compacta y relativamente ligera. Los satélites, arrastrados por un tren, engranan por una parte con el piñón 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 satélites.

El reductor de acoplamiento cónico, permite disponer el eje de salida perpendicular al de entrada. En todos los casos, las dientes helicoidales aseguran un mejor rendimiento y también un funcionamiento más silencioso.
Nota: Se han realizado algunos sistemas para aumentar la velocidad de rotación del generador, sin multiplicador, como pueden ser:

Hélices de contrarrotación.
Empleo de la elevada velocidad periférica del rotor (rotor con llanta),
Pero estos sistemas nunca han pasado del estado de prototipo.

Tipos de multiplicadores.
Recuperacion De La Energia En El Soporte Fijo.
Máquinas sin multiplicador
El generador eléctrico está siempre colocado en la parte móvil de la máquina. La energía eléctrica se transmite al soporte fijo mediante un conjunto de colectores y escobillas, generalmente sobredimensionados para evitar pérdidas inútiles por resistencia en los contactos demasiado elevada.

Máquinas con multiplicador.
En este caso, puede estudiarse la solución del multiplicador colocado en la base, sobre todo para la recuperación de la energía mecánica. El multiplicador tiene entonces dos ejes perpendiculares, el eje horizontal y el vertical. Pero los problemas de estancamiento en el eje vertical son graves. En el caso de recuperación de energía eléctrica, interesa siempre utilizar el sistema de colectores escobillas.

Proteccion Contra Los Rayos.
Los aerogeneradores se colocan generalmente en puntos elevados, y además deben ser más altos que los obstáculos de sus alrededores. Por tanto, frecuentemente constituyen los puntos de descarga de electricidad estática durante las tormentas.

Aunque, por propia constitución el generador está protegido contra las descargas eléctricas, por estar encerrado en una estructura metálica conectada a tierra (caja de Faraday), la instalación a la que está conectada puede ser destruida por las sobre tensiones que se propagan por el cable eléctrico de alimentación colocado entre el aerogenerador y la utilización. El generador eléctrico puede resultar dañado por contracorriente, en caso de que la utilización quede en cortocircuito.

Por tanto, para emplazamientos expuestos a posibles descargas atmosféricas, es indispensable: Conectar la torre soporte a una buena toma de tierra (inferior o a igual a 3 Û). Colocar disyuntores de gas en el punto de conexión de la utilización, con los cables eléctricos del aerogenerador. La tensión de cebado de los disyuntores debe ser aproximadamente el doble de la tensión máxima del generador eléctrico:

1. -dínamo: tensión en vacío X 2;
2. -alternador: tensión eficaz en vacío X 2.

Estos disyuntores deben estar conectados a la toma de tierra por una línea lo más directa posible.
Soporte para aerogeneradores.
Los aeromotores de pequeña y mediana potencia, pueden estar colocados en dos tipos de soporte:
Soportes autoportantes:

• Estructura metálica.
• Tubulares.
• De hormigón.
• Soportes atirantados
• Estructura metálica.
• Tubulares.

Los soportes atirantados abatibles.
El empuje en la parte superior del soporte es debido principalmente al arrastre del rotor, sobre todo si el sistema de regulación empleado es de arrastre máximo, cuyo valor es:
T: Empuje en la parte superior del soporte (newton)

• m: Masa volumétrica o densidad del aire (1,25 kg/m3)
• S: Superficie barrida por el rotor (m?)
• V: Velocidad del viento (m/s)
• Cx: Coeficiente de empuje.

Remplazando:

• S = 0,7375 m?
• V = 7 m/s
• Cx = 0,025
• Resultado:
• T = 0,56 nt

Siempre que el terreno lo permita, es aconsejable utilizar un soporte atirantado basculante, que facilite el mantenimiento del aeromotor y del mismo soporte, en el suelo y por tanto con una mayor comodidad y sin peligro.
Empleando elementos tubulares, muy utilizados en los circuitos de distribución, y las bridas de unión normalizadas, la construcción de un soporte de hasta 15 m es simple y menos costoso que el soporte autoportante.
Debe realizarse un atirantamiento con cuatro vientos, inclinados 45?, un cable de acero galvanizado, y de forma que el punto de anclaje sobre el soporte sea lo suficientemente bajo para no impedir el giro del rotor. La unión de los cables al suelo, debe hacerse a través de tensores que permitan regular la tensión de cada cable.

Cualquiera que sea el tipo de soporte utilizado, hay que tener en cuenta:

• la protección contra la corrosión;
• la facilidad de montaje y desmontaje de la máquina;
• los riesgos de la formación de hielo.

Ý aspa Altura torre Altura ancla Mast. maniob. Secc. cable

2 m 15 m 14,2 m 3,6 m 11 m

5 m 15 m 13 m 4,5 m 20 m

Dimensionado de soportes atirantados y basculantes
Nivelación de los puntos de anclaje al suelo,
Nos referimos aquí a los cables que se emplean para las maniobras de elevación y abatimiento de la torre soporte. Se emplean dos cables laterales para guiar la trayectoria de bajada y otros dos para subir o bajar el soporte.
Los tensores permiten variar ligeramente la longitud de los cables, pero es insuficiente, y por tanto es indispensable colocar los cables laterales en el mismo plano horizontal que el pie del soporte, y alinearlos con el eje de basculamiento de dicho pie.

La posición del anclaje de los otros dos cables es menos importante. en terreno inclinado, debe colocarse el anclaje correspondiente al dispositivo de elevación (torno de tambor o cabría de fricción) en el punto menos elevado de los dos, ya que así se disminuirá el esfuerzo inicial.

4. Dispositivos De Almacenamiento.

Dado que una característica esencial del viento es su discontinuidad en el tiempo, se han realizado diversos estudios destinados a desarrollar sistemas que permitan almacenar la energía producida por el viento y no utilizada directamente durante los períodos de producción a fin de restituir una parte, la mayor posible, durante los días de calma.

Este aspecto de la energía eólica es, aún hoy, uno de los que más frenan su desarrollo, ya que este almacenamiento, tanto más importante cuanto más irregular sea el régimen de vientos, constituye frecuentemente una parte importante (> 20%) del costo de una instalación de producción de energía eléctrica a partir del viento.

En esta obra daremos, sólo a título informativo, una breve descripción de los dispositivos de almacenamiento, exceptuando las baterías de acumuladores clásicos, que trataremos con más detalle ya que siguen siendo el sistema más fácil y a menudo más económico (relativamente) para almacenar energía eléctrica en pequeña cantidad.
Hay que remarcar que todos los dispositivos de almacenamiento, incluidas las baterías de acumuladores, tienen rendimientos entre el 70 y el 80%.

Acumuladores de plomo.
El tipo de acumulador de plomo que conviene utilizar, fue puesto a punto de 1860 por planté. Desde entonces no ha sufrido más modificaciones que las destinan a mejorar sus prestaciones, pero el principio de funcionamiento sigue siendo el mismo.

Construcción.
El recipiente es de material aislante, vidrio o plástico. Las placas están formadas por rejillas de plomo-antimonio en las mallas de las cuales se encuentra la materia activa en forma de pasta. Electrodo positivo-ánodo: 75% de minino + 25% de litargio.
Electrodo positivo-cátodo: 25% de minino + 75% de litargio.
El electrolito es una solución de ácido sulfúrico cuya densidad es máxima al final de la carga ( 30%) y mínima al final de la descargar ( 16%).
Principio fundamental de funcionamiento. Durante la descarga, el ácido sulfúrico del electrodo se descompone: por una parte, se forma agua y óxido de plomo en el ánodo;
por otra, en el cátodo, se acumula sulfato de plomo insoluble.
Si la descarga es demasiado profunda, se forma sulfato de plomo incapaz de descomponerse por reacción inversa durante la carga, y las placas negativas se "sulfatan" (se vuelven blanquecinas).

Durante la carga, el fenómeno es exactamente el inverso, y cuando está del todo cargado se llega a la electrólisis del agua con desprendimiento de hidrógeno en el cátodo. Esquemáticamente 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: acción del ácido sulfúrico sobre el plomo y el óxido de plomo, corrientes locales ocasionadas por la constitución heterogénea de las placas, sobre todo en las placas positivas en las que la fuerza electromotriz debida al contacto plomo-óxido de plomo es elevada. El resultado de todo es el auto descarga y sulfatación progresiva de las placas.

Otra característica del acumulador de plomo es la variación 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 aquí tiene por objeto dejar patente la importancia de la vigilancia adecuada del estado de carga o descarga de una batería de plomo para conservarla en buenas condiciones de funcionamiento, ya que una carga o descarga excesivas provocan el rápido envejecimiento del acumulador.

El rendimiento de la batería conveniente, cuando las instalaciones se alimenten exclusivamente de la energía almacenada en las baterías, distribuir la descarga de las mismas, y no descargarlas simultáneamente siempre que sea posible (ver también las características de los fabricantes. Vida útil: 10 a 20 años según la calidad de acumulador.

Número de ciclos de carga durante la vida útil del acumulador: ~ 1500. Resistencia interna de un elemento, siendo la masa en kilogramos de un elemento de acumulador: Ri¸0,08Û*1/m Masa: 1kg para 20 a 40 KW.
Rendimiento-capacidad: Estas dos características dependen en gran medida del régimen de carga-descarga (valor típico para cálculos: 80%).
Todos cuando antecede son cierto para los acumuladores son preferibles las baterías de tipo estacionario o semi-fijo de 2 V por elemento y no las baterías de arranque (para automóviles), que tienen una vida útil más corta, capacidad nominal más baja y sobre todo, que soportan mal los ciclos de carga-descarga.

Conclusiones.
A pesar de los inconvenientes que presenta, en particular la necesidad de no sobrecargarlo ni descargarlo en exceso, el acumulador de plomo de tipo semifijo es actualmente el mejor adaptado y más económico para su empleo con aerogeneradores. Para minimizar las pérdidas de rendimiento debidas al paso por el sistema de almacenamiento, el usuario de energía eólica debe realizar la instalación y adaptar su funcionamiento de manera que puede utilizar el máximo de energía de salida del aerogenerador.

Ejemplo:
En las zonas en que el viento sopla regularmente cada día, puede aprovecharse el período de producción de energía eólica para bombear agua a un depósito situado por encima del nivel de utilización, de forma que ésta se distribuya después por gravedad.
Emplear los aparatos eléctricos (sierra, taladro...): Directamente desde la salida eléctrica del aerogenerador, si éste nos
proporciona corriente en formato industrial (220 V o 380 V).
o bien utilizando un convertidor (giratorio o estático) conectado directamente a la salida del rectificador.
Nota: Reposición de acumuladores de plomo de tipo semifijo cuyas placas puedan sacarse del recipiente (generalmente de vidrio). Cuando las placas de una batería están sulfatadas (tono blanquecino para las placas negativas y claro para las positivas), puede conseguirse una des-sulfatación con una serie de cargas a baja intensidad, reemplazando el ácido por agua (destilado o de lluvia). Esta se enriquece con ácido y antes de la puesta en servicio del elemento se le añade el necesario para conseguir la concentración adecuada. Cuando se desea dejar una batería en reposo durante varios meses, es necesario guardarla en estado de plena descarga reemplazando el ácido por agua destilada.

Determinación de la capacidad de la batería de acumuladores. Para garantizar el suministro de energía en la utilización con un mínimo de discontinuidad, la batería de acumuladores deberá estar correctamente determinada. Para ello necesitamos conocer:
Los datos meteorológicos del emplazamiento. Cuanto más exactos sean estos datos, mejor será la determinación de la batería de acumuladores.

La potencia del aerogenerador de que dispone la instalación.
La potencia media consumida por la utilización (P). Esta potencia debe tener en cuenta todos los aparatos alimentados con energía eléctrica proveniente de la batería de acumuladores, y sus turnos, es decir el número de horas que funciona cada uno al día.

Todos los fenómenos que hemos citado, tienen carácter aleatorio:
la producción de energía es discontinua; el consumo varía según los días; el valor de la corriente dada por el aerogenerador, depende del estado de carga de las baterías; además, se ha visto ya que la energía restituida por la batería depende del régimen de descarga; y, por otra parte, no toda la energía producida pasa por las baterías y por tanto no queda afectada por el rendimiento de éstas. Para un dimensionado exacto, hay que recurrir a una simulación de funcionamiento de la instalación, 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 métodos requieren procesos engorrosos y caros, y normalmente se recurre a cálculos más sencillos, como el que describimos a continuación:

Designemos por N1 el período más largo durante el cual el viento ha sido inferior al viento productivo (V<Vd) . No se tendrán en cuenta aquellos períodos excesivamente largos que no se repitan más de 4 veces durante un año, ya que él hacerlo conduciría a sobredimensionar la batería, con el consiguiente sobrecosto.
Y por N2 el período más largo durante el cual el viento se ha mantenido entre el productivo(Vd) y de nominal (Vn). Cuando el viento alcanza la velocidad nominal o de regulación, el aerogenerador da su potencia nominal.
En general se toma una autonomía para las baterías, en días N, inferior o igual a 1,25 N1 :
N? 125N1
En efecto, el coeficiente de N1 depende de la importancia de N2 frente a N1.
Si N1 ¸ N2, los vientos serán débiles muy frecuentemente, y por tanto conviene tomar N¸1,25 N1.
Este valor de N nos permite calcular la capacidad de la batería en watt-hora.

Capacidad de la batería:
CWh = N*24*Pm (Pm=Potencia media total) Resulto: 8649 w/h
CWh = N*E (E=Energía total)
Teniendo en cuenta la tensión Ub elegida par la batería de acumuladores, en función de los aparatos y de la tensión nominal del aerogenerador, la capacidad vendrá dada por:
CAh = CWh/Ub
Resultado:
CAh = 360,375 amp/h
Esta capacidad debe ser compatible:
Con la intensidad de corriente máxima que puede suministrar el aerogenerador (Imax = Pmax /Ub) que se debe ser inferior a CAh /10.
Imax < CAh /10.

Resultado:
I max = 41,67 amp
41,67 < 36,0375
para las baterías de plomo;
Con un coste y dimensiones aceptables para la batería de capacidad suficiente para la autonomía deseada de n días. En caso en que el valor hallado para CAh sé a demasiado elevado, será necesario disponer de una fuente de emergencia mayor, o buscar otro emplazamiento con régimen de vientos más favorables, si es que es posible.

Aerogenerador equipado con generador de corriente continua.
Contiene los siguientes dispositivos de protección, en serie con el circuito de carga de la batería de acumuladores: Obligatoriamente, un diodo de potencia que evite que la batería pueda descartarse a través del generador, cuando esté 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 baterías estén totalmente cargadas. El fusible protege a los componentes en caso de falsas maniobras o de fallo de un componente; debe estar calibrado en función de la corriente máxima que puede proporcionar el aerogenerador. Un interruptor y un circuito de utilización (optativo) que proteja las baterías y el circuito eléctrico en caso de cortocircuito prolongado en la utilización.

Dispositivo de control (optativos):
Un voltímetro calibrado según la tensión de la batería y que sirve para verificar su estado de carga. Un amperímetro o testigo de carga montado en serie en el circuito de carga, que permita medir la corriente suministrada por el aerogenerador.
Empleando un amperímetro de cero central, podemos medir la corriente suministrada por el aerogenerador y la consumida por la utilización, pudiendo verificar así los cálculos de autonomía.

Aerogenerador equipado con alternador.
El diodo es sustituido por un rectificador monofásico o trifásico según el alternador utilizado. Entre el alternador y el rectificador, puede intercalarse un transformador para adaptar la tensión de salida del alternador a la de la batería de acumuladores.

En todos los casos, el estado de carga de las baterías, debe ser comprobado periódicamente, verificando la concentración del electrolito del acumulador con un ácido graduado en densidad o en grados Baumé .

Empleo De Un Contador De Amperios-Hora
Cabe mencionar que existe un mecanismo de control automático, el cual es bastante complejo por lo cual obviaremos su explicación en la tesina
Otra posibilidad, válida para cualquier tipo de generador, consiste en emplear un contador reversible que nos dé en cada instante el número de Ah almacenados en la batería. Este contador va provisto de los índices regulables que pueden colocarse en los niveles de frecuencia elegidos como umbral de carga o descarga. Estos índices, asociados a contactos, pueden gobernar:

1. -Un contador.
2. -La puesta en marcha de la fuente de energía.
3. -Una sirena...

Además, el contador está afectado por el rendimiento de la batería, cuyo valor puede elegirse en el momento de instalarlo.
Pero estos contadores presentan graves inconvenientes:

1. -Son muy caros.
2. -No se adaptan más que a una determinada capacidad de carga variables y que el rendimiento de la batería decrece al envejecer ésta.

Las indicaciones más importantes vienen especificadas por el fabricante: por una parte, para las tensiones y, por otra, para la densidad volumétrica.

Sin embargo, las siguientes indicaciones, permiten conseguir una regulación adaptada al tipo de utilización.
Valor de la tensión de final de carga.
El valor de la tensión cuando "hierve" un elemento acumulador de plomo de tipo semifijo es de 2,35 V aproximadamente, a 25?C. SI se elige este valor como límite de final de carga, el consumo de agua por electrólisis será verdaderamente importante en caso de largos períodos de viento. La elección del valor umbral de final de carga, dependerá de las características propias de la instalación: El régimen de vientos: un régimen de vientos regular permite acercarse al funcionamiento en flotación y el nivel final de carga se alcanzará difícilmente. Es el régimen de funcionamiento más favorable, pero desgraciadamente no el más generalizado. Un régimen de vientos irregular implica el funcionamiento de la batería en ciclos de carga-descarga. el nivel de final de carga se alcanza frecuentemente, y es importante que la regulación está bien hecha. Capacidad de la batería de acumuladores (C) con relación a la corriente de la In del generador. Cuanto mayor sea la relación C/In , menor será el riesgo de que la batería se sobrecargue en régimen de vientos irregulares. Tipo de utilización. Es más favorable un funcionamiento continuo que secuencial. Por tanto el funcionamiento de la instalación será más satisfactorio cuanto más regulares sean el régimen de vientos y la utilización, ya que entonces nos acercaremos más a una utilización directa de la energía producida por el aerogenerador, sin pasar por la batería de acumuladores. Regla práctica: Para los emplazamientos en los que predomine el funcionamiento por carga y descarga, se ajustará el nivel de corte de la corriente de carga al máximo en función 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 batería.

Valor de la tensión de final de descarga por elemento.
Depende del tipo de acumulador empleado, pero para acumuladores plomo de tipo semifijo es importante no descender por debajo de los 1,8 V por elemento, para evitar la formación de depósitos de óxido no soluble en la recarga y, por tanto, una disminución importante de la capacidad. El valor de 1,8 citado, es un mínimo para una corriente de descarga inferior o igual a C/10 . Este valor de tensión corresponde a una densidad volumétrica del electrolito de 1180 kg/m3. Además de los fenómenos de oxidación, el electrolito de las baterías descargadas se congela a temperaturas más altas. Según el emplazamiento, el valor elegido como umbral de descarga deberá tener en cuenta la posibilidad de congelación del electrolito, que puede provocar la rotura de los recipientes en los que están colocadas las placas y el electrolito. Por otra parte, este valor de 1,8 V por elemento puede ser incompatible con el buen funcionamiento de los aparatos de instalación; en tal caso, el final de descarga vendrá evidentemente condicionado por el nivel de no-funcionamiento de los aparatos.

Las fuentes de emergencia.
Las fuentes de emergencia deben proporcionar energía a la utilización en caso de ausencia de viento o avería en el aerogenerador. En algunos casos, no es posible cortar la alimentación de la utilización aunque la batería está totalmente descargada. Un ejemplo puede ser las estaciones de tele transmisión (teléfono, tele señalización, telecontrol,...).

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 batería de pilas químicas, generalmente alcalinas (potasa) con despolarización por aire, es la solución más adecuada ya que es el tipo de pilas que proporciona la energía eléctrica más económica. Su vida útil, en servicio, es de 3 años. La tensión nominal por elemento es de 1,2 V. La tensión necesaria para el funcionamiento de la instalación se consigue conectando en serie los elementos necesarios.

La corriente nominal necesaria para la alimentación de la utilización puede conseguirse por conexión en paralelo de varias series de elementos. Pero siempre es preferible emplear pilas que den la corriente necesaria, para evitar que en la conexión en paralelo , unas series puedan descargarse en otras. En el segundo caso es necesario utilizar un motor térmico, debiendo distinguir dos tipos:

Motores de gasolina para pequeñas potencias (1-2KW) y utilización poco frecuente.
Motores diesel para potencias medias (3-20 KW) y uso más frecuente.
En el caso en que la energía eólica 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 parcialmente la batería de acumuladores.
Siempre que sea posible debe evitarse la instalación de una fuente de emergencia, ya que son caras y si la instalación está bien dimensionada, su uso será muy poco frecuente.

Cualquiera que sé el tipo de aparato alimentado por energía eléctrica de origen eólico, se caracteriza por tres parámetros:
La naturaleza de la tensión de alimentación y su valor:
continua

• alterna
• indistinta

La potencia necesaria para su funcionamiento:

en el arranque

• en régimen normal

El factor de utilización: porcentaje de tiempo durante la cual el aparato está en funcionamiento y eventualmente, la frecuencia de utilización. Estos parámetros permiten definir:

• El aerogenerador;
• La batería de acumuladores;
• Los aparatos anexos a la instalación;
• La fuente de emergencia en caso de haberla.

Los sistemas híbridos son una tecnología emergente y, como tal, se encuentran en proceso de investigación; su arquitectura aún no está bien definida y por lo tanto, ni la filosofía de control ni el equipo correspondiente son tecnologías ya establecidas . El sistema de X-Calak (1992) representa la mayor instalación que se ha realizado en México bajo la concepción híbrida eólico-fotovoltaica y actualmente es objeto de análisis e investigación por parte de diferentes instituciones y empresas. El equipo de acondicionamiento de potencia, tal como los inversores de corriente, algunos convertidores y los controladores de carga, se encuentran apenas en la etapa de prototipos industriales y poco se ha hecho para caracterizar el comportamiento en campo de las unidades disponibles comercialmente.

De cualquier manera, dado que los sistemas híbridos son por definición centralizados, es decir, proporcionan energía al usuario por medio de una red de distribución; falta definir el conocimiento preciso de las posibles ventajas que puedan presentar en comparación con los sistemas fotovoltaicos dispersos o distribuidos; este es un tema que debe ser analizado más profundamente antes de impulsar su desarrollo.

Potencial eólico

La determinación de la magnitud del recurso energético eólico de un país, en términos de reservas probadas y probables, como capacidad instalable en MW y generación posible en GWh, se realiza siguiendo una metodología semejante a la evaluación del potencial hidroeléctrico de un país. Se requiere de elaborar el inventario de cuencas eólicas y su caracterización, precisando los sitios, su extensión superficial en hectáreas, sus características topográfico eólicas, la rosa de los vientos, vientos energéticos, rumbos dominantes, etc. lo que permitiría configurar la distribución topográfica de los aerogeneradores, y determinar un índice de capacidad instalable por hectárea, que multiplicado por la superficie total, indicaría la capacidad total instalable en el sitio. La velocidad media del viento en el mismo, sería indicativa del factor de planta posible y por tanto de la generación bruta esperada en GWh/año. Este procedimiento cuantificaría reservas probables, la caracterización detallada, a nivel de estudio de factibilidad, demostraría una reserva probada.

El Consejo para el Desarrollo Sustentable de la Energía en Texas, realizó una evaluación preliminar de sus recursos de energías renovables, y en el caso específico de energía eólica, los resultados se resumen en la siguiente tabla:

Potencial de producción eléctrica en terrenos ventosos en Texas
Clase de Potencia Eólica Área(km2) Porcentaje de Superficie del Estado
Capacidad Potencial(MW) Potencial de Producción(TWh) % del consumo en Texas

3 143,400 21.13% 396,000 860 371%

4 29,700 4.38% 101.600 231 100%

5 5,000 0.74% 21,600 48 21%

6 300 0.04% 1,600 4 2%

Total 178,400 26.29% 524,800 1,143 493%

Fuentes: Texas Renewable Energy Resource Assessment. Julio 1995.

Densidad de Potencia en el viento según la clase.

Clase de Potencia Eólica Densidad de Potencia(W/m2) Velocidad media del viento(m/s) Viabilidad Comercial(Tarifas Actuales)

3 300 a 400 6 a 7 Marginal

4 400 a 500 7 a 7.5 Buena

5 500 a 600 7.5 a 8 Muy Buena

6 600 a 800 8 a 8.75 Excelente

Este cuadro limita el inventario a terrenos con ciertas características físicas y cercanos a carreteras y lineas de transmisión eléctrica, no está considerando la totalidad del territorio del Estado. La viabilidad comercial está en relación con costos de generación considerando el nivel de precios internacionales del petróleo y generación termoeléctrica que no contabiliza costos externos. Esta evaluación se realizó, y continúan los estudios a mayor detalle, utilizando la topografía digitalizada del territorio del Estado de Texas (INEGI tiene digitalizado el territorio nacional, disponible en disquetes y disco óptico) y modelos computacionales de dinámica de fluidos, lo que permite simular el flujo del viento sobre los accidentes topográficos de una gran superficie. La información de las estaciones del Servicio Meteorológico Nacional, de los aeropuertos y otras estaciones de medición anemométrica, actuando como datos de entrada, permiten identificar los lugares donde el viento se acelera, por encajonamiento o por el perfil topográfico, originando sitios con alto potencial energético eólico. La cuantificación del recurso, corresponde por tanto a identificar e inventariar los sitios de posible aprovechamiento.

El ejemplo del Estado de Texas muestra que el recurso energético eólico, es mucho más extenso de lo que se puede apreciar empíricamente y del análisis de la información de los Servicios Meteorológicos Nacionales. Esta mediciones son, en general, escasas. Normalmente se realizan en las inmediaciones o el interior de asentamientos humanos importantes, los instrumentos y la metodología de proceso de datos no corresponden a los requisitos de una caracterización eolo energética ni corresponden a los sitios más ventosos. Esta información subestima el potencial eólico. El valor de la información del Servicio Meteorológico, radica en la caracterización cualitativa del viento en las diferentes regiones de un país, lo que constituye una información indispensable para extrapolar en tiempo y espacio los estudios detallados en lugares de interés, así como para los modelos de simulación.

El Instituto de Investigaciones Eléctricas inició en 1977 el análisis de la información meteorológica de México para determinar el potencial eólico nacional. Procesar los datos de la década de los 70's , de la información de los 67 observatorios con que contaba el SMN, fue un trabajo conjunto que ocupó varios años y sufrió un importante retraso por el terremoto del 85 que destruyó las computadoras de la Secretaría de Agricultura y las del SMN tuvieron que entrar en su apoyo. Para el SMN digitalizar los registros diarios de las observaciones meteorológicas de la década de los setentas, le llevó casi tres años de trabajo a mediados de los 80's, y al IIE otros tantos en depurar y procesar la información meteorológica del SMN, la que es importante para caracterizar cualitativamente el viento, su estacionalidad, rumbos dominantes, porcentaje de calmas, vientos dominantes y energéticos, pero no así para determinar el potencial energético eólico de un país.

Lo que en este momento se puede esperar, es que dados los graves disturbios climatológicos a escala mundial que se están viviendo como consecuencia del cambio climático originado por actividades humanas, y el sector energético es el principal responsable de ello, se tomen a nivel internacional medidas promociónales a la difusión masiva de tecnologías de generación eléctrica a partir de energías renovables. Si al inicio de próxima década, México arrancara un enérgico programa de desarrollo de centrales eolo eléctricas, podría alcanzarse la cifra de 5000 MW para el 2010, aun así para entonces, más de mitad de la generación eléctrica en México, sería a partir de combustibles fósiles.

Un programa de esta magnitud, en términos de beneficios ambientales, tendría los siguientes efectos: Evitar la instalación de centrales termoeléctricas y por tanto su consumo de agua en el altiplano central para sus sistemas de enfriamiento y las emisiones de gases de efecto invernadero, por otra parte, al no pagar por combustibles, sino por empleos, el desarrollo de centrales eolo eléctricas es lo que más empleos produce dentro del sector energético, beneficiando también a las comunidades donde se asientan, ya que la utilización del suelo interfiere marginalmente con los usos agrícolas o de pastoreo, permitiendo la continuidad de estas actividades y recibiéndose una renta adicional por el arrendamiento de los espacios y derechos de vía para localizar aerogeneradores, tender líneas de interconexión y subestaciones eléctricas.

Resumen de agua dulce y emisiones evitadas por generación eolo eléctrica.

La instalación de 5,000 MW eoloeléctricos al año 2010, instalando a razón de 500 MW por año, implicaría para el 2011 una generación anual de 13,140 GWh de origen eólico, lo que evitaría por año, consumir 17.4 millones de metros cúbicos de agua y lanzar a la atmósfera 4.6 millones de toneladas de CO2, considerando desplazamiento de gas natural únicamente.

El desarrollo de la capacidad de generación eléctrica con ciclos combinados a base de gas natural, puede ir montando la capacidad instalada para utilizar hidrógeno como combustible, ya que capacidad adicional de generación eléctrica con energía eólica, solar y oceánica (Olas, mareomotriz y de corrientes) dada su naturaleza no despachadle e intermitente, si pueden ser ampliamente utilizadas para generar hidrógeno vía procesos electrolíticos, el que bombeado al altiplano será fuente de energía y agua potable. El esfuerzo tecnológico industrial para la instalación de 5000 MW eólicos al año 2010, no terminaría ahí, sino que sentaría las bases para continuar con un mayor énfasis, considerando que el tope de capacidad instalada eolo eléctrica, a mediados del próximo siglo, será del orden de la capacidad total instalada a la fecha en el Sistema Eléctrico Nacional, es decir, alrededor de 30,000 MW.

La apertura del Sector Eléctrico a la participación privada, social, y paramunicipal a la generación eléctrica para autoabastecimiento, cogeneración y pequeña producción independiente, permitirá efectivamente la inclusión masiva del aprovechamiento de fuentes renovables de energía, cuyo carácter difuso y de baja densidad, las hacen adecuadas para las explotaciones distribuidas, orientadas básicamente a la solución de problemas de abasto energético local. Solo la masividad de estos aprovechamientos les puede dar sentido en términos de oferta nacional de energía, y en el caso particular de la energía eólica, sólo la masividad y dispersión de las Centrales Eolo eléctricas integradas al Sistema Nacional Interconectado, puede tener sentido en términos de aportación confiable de energía y capacidad al Sistema Eléctrico Nacional.

Por lo anterior, el escenario de penetración eolo eléctrica a considerar, es el único con racionalidad energética, técnica y económica: el de llevarla al menos, al 10% de la capacidad instalada del Sistema Eléctrico Nacional. Lograr esta penetración para el año 2010, requiere de un esfuerzo extraordinario, tanto industrial para la construcción de partes y componentes, así como de exploración, caracterización y evaluación de sitios de explotación, y finalmente el proyecto, construcción y montaje de Centrales Eolo eléctricas a razón de 500 MW por año, desde el 2002. Esto implica que, de 1998 al 2001, se tomen todas las provisiones legales, reglamentarias, fiscales, financieras, normativas, tarifarías, ambientales, operacionales, institucionales, y fundamentalmente estratégicas y de planeación, para que esto pueda ser posible.

Energía Mini hidráulica. Descripción.
Los sistemas hidroeléctricos relativamente pequeños pueden abastecer de energía a pequeños poblados. La fuente de agua puede ser un arroyo, un canal u otra forma de corriente que pueda suministrar la cantidad y la presión de agua necesarias, a través de la tubería de alimentación, para establecer la operación del sistema hidroeléctrico.

Una vez que el agua de un caudal se confina en la tubería de alimentación, es inyectada sobre las aletas de la turbina en el otro extremo. La turbina, a su vez, impulsa el generador y se produce energía eléctrica. Hay tres tipos principales de turbinas, las Pelton, las Kaplan y las Francis, siendo las del tipo Pelton las más populares debido a su versatilidad para operar en amplios rangos de caudales y presiones. Típicamente, en hidroenergía, se asume que se producirá mayor potencia cuando la presión dinámica (cuando el agua está siendo usada) es igual a las dos terceras partes de la presión estática (cuando el sistema está cerrado y no hay flujo).

Energía Mini hidráulica. Recurso.
Los caudales que forman riachuelos y cascadas en las montañas pueden aprovecharse para impulsar turbinas y generar energía eléctrica. La Organización Latinoamericana de Energía clasifica las centrales generadoras, según su tamaño, en: micro centrales hasta un límite de 50 KW, minicentrales de 50 a 500 KW y pequeñas centrales hidroeléctricas de 500 a 5,000 KW. El potencial hidroeléctrico total nacional se estima en 53,000 MW, del cuál se tienen identificados 541 sitios con un potencial de 19,600 MW. Según los datos proporcionados por la CFE el potencial hidroeléctrico aprovechado actualmente para generación de electricidad asciende a los 9,121 MW en 77 centrales con una generación anual de poco más de 20,000 GWh al año. El potencial estimado para centrales con capacidades instaladas menores a los 10 MW se sitúa en çlos 3,250 MW. Actualmente se han instalado 34 centrales dentro de este rango de capacidad, en los que se ha instalado una capacidad total de 109 MW, generándose anualmente 479 GWh. Una tarea importante que se deberá cumplir en breve, a fin de promover el aprovechamiento de estos recursos, es el estudio de la factibilidad técnica y económica de desarrollar proyectos en los distintos sitios identificados.

Utilizacion de la energia eolica para usos domesticos.
En este caso el número y tipo de aparatos es muy diverso, aunque para usuarios acostumbrados a vivir en sentidos aislados puede establecerse una prioridad de necesidades en el orden que se da a continuación. Este orden tiene en cuenta criterios de control y no de consumo.
1.Iluminación de locales.
2.Suministro de agua corriente.
3.Refrigeración-Congelación.
4.Equipos musicales, receptores de radio y televisión.
5.Pequeñas herramientas de taller y motores eléctricos (circulares de calefacción).
6.Accesorios electrodomésticos.

Hay que resaltar que, excepto en emplazamientos muy favorables (lugares muy ventosos), no se considera la posibilidad de calefacción a partir de aerogeneradores.

Para satisfacer todas estas necesidades, existen dos tipos de aparatos:
Los comerciales de gran difusión, y por tanto económicos, pero mal adaptados a esta utilización y con rendimientos
mediocres, y que normalmente se alimentan con corriente alterna de 220 V y 50 Hz. Los mejor adaptados, a menudo más robustos y caros, pero de difusión mucho menor. Vamos a estudiar cada una de las necesidades en el orden dado y a determinar los elementos para la elección de los aparatos.

Iluminación.
Las lámparas de incandescencia clásicas, que funcionan indistintamente con continua o alterna, se encuentran con distintos
tipos de casquillo B22 (bayoneta) o E27 (rosca) y potencias comprendidas entre los 15 y 100 W para las tensiones siguientes: 12, 24, 48, 110-130, 210-230 voltios. Los tubos fluorescentes pueden alimentarse con continua a través de un convertidor o transistores a una frecuencia de 16 Khz a partir de 12 V, 24 V o 110 V.

Vemos claramente que el rendimiento luminoso es superior con tubos fluorescentes (para un mismo flujo luminoso constante, la lámpara de incandescencia consume más del doble de energía). El costo inicial de instalación es muy superior en el caso del tubo fluorescente, porque el convertidor es caro, pero el costo de emplear un tubo fluorescente es prácticamente el mismo que para la lámpara de incandescencia.

Refrigeración-Congelación.
Los armarios frigoríficos o congeladores más difundidos, van equipados de compresores alimentados con corriente alterna. En el momento del arranque se producen demandas de intensidad 4 a 10 veces superiores a la nominal, lo cual es muy perjudicial si se emplean convertidores de continua-alterna estáticos. Es mucho más interesante emplear refrigeradores-congeladores de absorción (sin motor) que se encuentran con capacidades hasta de 250 litros y que funcionan a 12, 24, 110 o 220 V de continua. Pero estos aparatos consumen mucha energía (1 KWh/ días para 250 litros). Existe finalmente otro sistema de refrigeración -congelación de elevado rendimiento, empleando en las embarcaciones Este sistema consta de un compresor, moviendo por un motor de continua , una bomba que hace circular agua por el condensador, y la generación de fría se consigue haciendo circular un líquido por placas tipos radiador ( placas frías). La ventaja esencial de este sistema es que sólo funciona 2 horas al día (una por la mañana y otra por la tarde).

Equipos musicales, receptores de radio y televisión.
El consumo de estos aparatos, actualmente de transistores, es muy bajo.
Pueden utilizarse: De continua a 9 ó 12 V, bien sea directamente o a través de un convertidor continua-continua. Es el caso de los receptores de televisión, que generalmente pueden funcionar a 12 V. O de alterna, y su bajo consumo permite alimentadores a través de un convertidor (ondulador) de continua-alterna de pequeña potencia (máximo 100W).

Pequeñas herramientas de taller, motores eléctricos y electrodomésticos.
Algunos aparatos van provistos de motores universales que pueden funcionar tanto con corriente continua como con alterna para una misma tensión, pero tienen muy poco rendimiento. Excepto para los circuladotes de calefacción que pueden encontrarse con motores de continua, es interesante que estos aparatos funcionen 220 o 380 V 50 H :

Utilizando un convertidor estático o rotativo;
Haciéndolos funcionar directamente a la salida del aerogenerador, cuando sople el viento y proporcione la tensión nominal de
salida 220 V 50 H monofásica ó 380 V 50 H trifásica.
Nota: En caso de que el aerogenerador proporcione una tensión alterna de las mismas características que la de la red de
distribución, y que alimente aparatos directamente a la salida de éste durante los períodos de funcionamiento, es importante:
No sobrepasar la potencia nominal del aerogenerador;
Vigilar las sobre intensidades de arranque (mínimo, 4 veces superior a la intensidad nominal para motores de pequeña potencia).

Los convertidores.
Los convertidores son de dos tipos: Continua-continua. Generalmente formados por reductores o elevadores de tensión a transistores o tiristores. Permiten adaptar la tensión de la batería a la de utilización. Continua-alterna. Pueden ser ondulares estáticos, a transistores o tiristores, o bien convertidores rotativos. Los onduladotes a transistores o tiristores son: para potencias inferiores o iguales a 1000 W y a transistores; para potencias superiores se emplean tiristores. Estos onduladotes tienen un rendimiento cercano al 60% y son muy sensibles a las sobrecargas. En particular, soportan mal las sobré intensidades de arranque de los motores. Además, ellos mismos presentan intensidades de arranque 5 a 6 veces superiores a la intensidad nominal, lo que implica que los dispositivos de mando (fusibles, seccionadores, contactares,...) deben estar bien dimensionados.

Los convertidores rotativos. Esencialmente constan de un motor de corriente continua acoplado a un alternador. La tendencia es sustituirlos por los estáticos. En ulizaciones con sobré intensidades de arranque frecuentes, pueden todavía emplearse con ventaja. Pudiéndose comprar fácilmente de ocasión.

Históricamente las primeras aplicaciones de la energía eólica fueron la impulsión de navíos, la molienda de granos y el bombeo de agua, y sólo hasta finales del siglo pasado la generación de energía eléctrica. Actualmente las turbinas eólicas convierten la energía cinética del viento en electricidad por medio aspas o hélices que hacen girar un eje central conectado, a través de una serie de engranajes (la transmisión) a un generador eléctrico.

En lo que respecta a capacidad instalada, para finales de 1997 a nivel mundial se tenían instalados alrededor de 7700 MW. En México se cuenta con la central eólica de la Ventosa en Oaxaca, operada por CFE, con una capacidad instalada de 1.5 MW y una capacidad adicional en aerogeneradores y aerobombas, según el Balance nacional de energía de 1997, de alrededor de 2.4 MW.

Existen varias ventajas competitivas de la energía eólica con respecto a otras opciones, como son: Se reduce la dependencia de combustibles fósiles.

Los niveles de emisiones contaminantes, asociados al consumo de combustibles fósiles se reducen en forma proporcional a la generación con energía eólica.

Las tecnologías de la energía eólica se encuentran desarrolladas para competir con otras fuentes energéticas. El tiempo de construcción es menor con respecto a otras opciones energéticas. Al ser plantas modulares, son convenientes cuando se requiere tiempo de respuesta de crecimiento rápido. La investigación y desarrollo de nuevos diseños y materiales para aplicaciones en aerogeneradores eólicos, hacen de esta tecnología una de las más dinámicas, por lo cual constantemente están saliendo al mercado nuevos productos más eficientes con mayor capacidad y confiabilidad.

Aplicaciones y Tecnologías.
Sistemas Eólicos. Descripción.
Un sistema conversor de energía eólica se compone de tres partes principales: (i) el rotor, que convierte la energía cinética del viento en un movimiento rotatorio en la flecha principal del sistema; (ii) un sistema de transmisión, que acopla esta potencia mecánica de rotación de acuerdo con el tipo de aplicación. Aplicación para cada caso, es decir, si se trata de bombeo de agua el sistema se denomina aerobomba, si acciona un dispositivo mecánico se denomina aeromotor y si se trata de un generador eléctrico se denomina aerogenerador.

El rotor puede ser de eje horizontal o vertical, éste recupera, como máximo teórico, el 60% de la energía cinética del flujo de viento que lo acciona. Esta formado por las aspas y la maza central en donde se fijan éstas y se unen a la flecha principal; el rotor puede tener una o más aspas. Un rotor pequeño, de dos aspas, trabaja a 900 revoluciones por minuto (rpm), en tanto que uno grande, de tres aspas y 56 metros de diámetro, lo hace a 32 rpm. El rotor horizontal de tres aspas es el más usado en los aerogeneradores de potencia, para producir electricidad trifásica conectada a los sistemas eléctricos de las empresas suministradoras.

La transmisión puede consistir en un mecanismo para convertir el movimiento rotatorio de la flecha en un movimiento reciprocarte para accionar las bombas de émbolo de las aerobombas, que en el campo se utilizan para suministrar agua a los abrevaderos del ganado o a las viviendas. Para la generación de electricidad normalmente se utiliza una caja de engranes para aumentar las revoluciones a 900, 1,200 ó 1,800 rpm, para obtener corriente alterna trifásica de 60 ciclos por segundo.

En la actualidad, la generación de electricidad es la aplicación más importante de este tipo de sistemas. Los aerogeneradores comerciales alcanzan desde 500 hasta 1,000 kW de potencia nominal, tienen rotores de entre 40 y 60 m de diámetro y giran con velocidades que van de las 60 a las 30 rpm. Los generadores eléctricos pueden ser asíncronos o sincronizo, operando a una velocidad y frecuencia constante, que en México es de 60 hz.. En el caso de aerogeneradores con potencias inferiores a los 50 kW también se utilizan generadores de imanes permanentes, que trabajan a menor velocidad angular (de entre 200 y 300 rpm), que no necesitan caja de engranes y que, accionándose a velocidad variable, pueden recuperar mayor energía del viento a menor costo. Un sistema conversor de energía eólica es tan bueno como su sistema de control. La fuerza que ejerce el viento sobre la superficie en que incide es función del cuadrado de la velocidad de éste. Rachas de más de 20 metros por segundo, que equivalen a más de 70 km/hora, pueden derribar una barda o un anuncio espectacular, e incluso dañar un aerogenerador si éste no está bien diseñado o su sistema de control esta fallando. En los aerogeneradores de potencia, el sistema de control lo constituye un microprocesador que analiza y evalúa las condiciones de operación considerando rumbo y velocidad del viento; turbulencia y rachas; temperaturas en el generador, en la caja de transmisión y en los valeros de la flecha principal. Además, muestrea la presión y la temperatura de los sistemas hidráulicos de los frenos mecánicos de disco en la flecha; sus rpm, así como los voltajes y corrientes de salida del generador. Detecta vibraciones indebidas en el sistema, optando por las mejores condiciones para arrancar, parar, orientar el sistema al viento y enviar señales al operador de la central Eolo eléctrica sobre la operación del mismo. La torre que soporta al aerogenerador de eje horizontal es importante, ya que la potencia del viento es función del cubo de su velocidad y el viento sopla más fuerte entre mayor es la distancia más alto del suelo; por ello, el eje del rotor se sitúa por lo menos a 10 metros en aerogeneradores pequeños y hasta 50 o 60 metros del suelo, en las máquinas de 1000 kW. En un aerogenerador de 500 kW son típicas las torres de 40 metros, y estas pueden ser de dos tipos: La tubular, recomendada en áreas costeras, húmedas y salinas, y la estructural o reticular, propia de regiones secas y poca contaminación atmosférica, por ser más baratas y fáciles de levantar.

Sistemas Eólicos. Tecnologías.
A partir de las diversas experiencias internacionales de operación de grandes conjuntos de aerogeneradores modernos, constituyendo centrales eolo eléctricas, de 1980 a 1995 se evolucionó de la máquina de 50 kW a la de 500 kW, estando actualmente en proceso de introducción las unidades de 750 y 1000 kW, las que se consideran el tope para este tipo de arquitectura y tecnologías actuales de grandes aerogeneradores.

La tecnología de materiales alrededor de los materiales compuestos, que permitan estructuras más esbeltas y ligeras, más resistentes a la oxidación y la corrosión, y más fuertes a la vez, así como de súper magnetos en los generadores, permitirán desarrollar nuevos conceptos más confiables y económicos, desde unidades de decenas de Watts hasta grandes aerogeneradores de potencia, trabajando en régimen de velocidad variable, aprovechando mejor la energía del viento y constituyendo junto con la energía hidroeléctrica, el soporte principal de la generación eléctrica en los sistemas nacionales. Para fines del año 2000 se esperan están instalados en el mundo, más de 14,000 MW. En Europa, Alemania, Dinamarca, el Reino Unido, España y Grecia tienen los programas más ambiciosos. En España, la empresa eléctrica de la Provincia de Navarra tiene planeada la instalación de 54 Centrales eolo eléctricas y espera producir más del 50% de la energía que distribuye. La empresa eléctrica de la Provincia de Euskadi (País Vasco) también prevé un desarrollo importante, lo que ha ocasionado, paradójicamente, que grupos ecologistas protesten por lo que consideran excesivo.

Para el año 2020, la Asociación Europea de Energía Eólica, estima tener más de 20,000 MW instalados de potencia eólica para generación de electricidad. China y la India son dos países que han decidido dar un impulso grande a esta forma de generación eléctrica, para lo cual se han asociado con empresas europeas para fabricar en esos países el equipamiento requerido. En América Latina, Costa Rica y Argentina llevan la delantera, con 20 y 9 MW respectivamente. En Argentina son las empresas eléctricas cooperativas de la Patagonia las que han dado el impulso, amen de que las leyes estatales de la Provincia de Chubut, obligan a un 10% de la generación eléctrica con energía eólica. México tiene una central de 1,575 kW en la Venta, Oaxaca, con planes de ampliarla a 54 MW. Nicaragua también tiene planes de instalar una central eólica de al menos 30 MW. En el Caribe, la empresa eléctrica de Curazao opera desde marzo de 1994 una centralita de 4 MW que fue la primera eolo eléctrica en América Latina y el Caribe. En México, el desarrollo de la tecnología de conversión de energía eólica a electricidad, se inició con un programa de aprovechamiento de la energía eólica en el Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) en febrero de 1977, cuando la Gerencia General de Operación de Comisión Federal de Electricidad, cedió al IIE la Estación Experimental eolo eléctrica de El Gavillero, en las cercanías de Huichapan, Hidalgo, donde se pretendía energetizar el ejido ya electrificado y con servicio, a partir de una microcentral eólica, integrada por dos aerogeneradores australianos Dunlite de 2 kW cada uno, un banco de baterías, y un inversor de 6 kW para alimentar la red de distribución del poblado. El inversor, construido por personal de CFE, fallaba arriba de los dos kW de demanda por problemas de calidad de componentes, por lo que físicamente no pudo realizarse el experimento, sin embargo, estando instrumentado el sitio, se tenían los promedios horarios de velocidad del viento y conociéndose las características de respuesta de los aerogeneradores era posible estimar numéricamente la energía que podría suministrarse al ejido. El régimen de vientos del lugar producía exceso de energía en verano y déficit en invierno para el consumo normal del poblado.

La Estación Experimental de El Gavillero se habilitó como centro de prueba de pequeños aerogeneradores y en ella se construyó además un simulador de pozo de agua para la prueba y caracterización de Aerobombas. La Estación estuvo en operación hasta 1996 en que fue desmantelada. El IIE desarrollo y probó en El Gavillero, los siguientes prototipos de aerogeneradores:

1. De 1.5 kW, tres aspas de aluminio, con control centrífugo de ángulo de ataque.(1977-1978)

2. El Fénix, de 2 kW, eje horizontal y tres aspas fijas de lámina de hierro, y control de cola plegable.(1981-1983)

3. El Albatros I, de 10 kW, eje horizontal, 11 m de diámetro, tres aspavelas de estructura de Al y forradas de tela de dacrón de alta resistencia. (1981-1985)

4. El Albatros II, de 10 kW, eje horizontal, tres aspas de fibra de vidrio superdelegada con control por torcimiento del aspa. (1986-1987)

5. La segunda versión del Fénix, con tres aspas de fibra de vidrio. (1992-1995)

6. La Avispa, de 300 Watts, eje horizontal, tres aspas de fibra de vidrio y control por timón de cola plegable. (1990-1995)

7. También se desarrolló una aerobomba mecánica, denominada "Itia", de eje horizontal, 5 aspas metálicas, con potencia del orden de 1/4 de HP, que bombeaba agua de pozos de hasta 50 m de profundidad. Este sistema, probado también en El Gavillero, en el simulador de pozos, fue objeto de una patente para el IIE, y aunque se concedió licencia para su fabricación y comercialización, la carencia de un mecanismo de financiamiento de riesgo compartido, la dificultad para la creación de la red de distribución y servicios, como la falta de financiamiento a los usuarios potenciales, impidió su diseminación.

Las características de los aerogeneradores y su desarrollo se describen a continuación.

En 1978, un aerogenerador de 1.5 kW con rotor horizontal de tres aspas de lámina de Aluminio, que tenían control del ángulo de ataque para regular la potencia entregada. Después de las pruebas de caracterización, que resultaron satisfactorias y corroboraban las expectativas de diseño, estando parado, frenado y con las aspas amarradas a la torre, un gran remolino lo impactó, arrancándole dos aspas y destruyéndolas. Los exámenes posteriores evidenciaron un error en los procedimientos de soldadura en atmósfera inerte, en el soporte rotatorio del mango del aspa. Dicho prototipo no fue reconstruido al evidenciarse problemas de suministro de componentes y materiales, así como del control de calidad en los procesos de fabricación. Con la experiencia adquirida, se inició el diseño y desarrollo de un aerogenerador de 2 kW denominado Fénix -por el ave que resurge de sus propias cenizas- de tres aspas fijas de lámina de hierro, el que sometido a pruebas y mejoras, evolucionó a tres aspas de fibra de vidrio de alta eficiencia aerodinámica, generador trifásico de imanes permanentes y sistema de control a base de timón de cola plegable, que lo mismo limita la potencia que lo inhabilita para condiciones de vientos extremos. Este pequeño aerogenerador es capaz de proporcionar del orden de 250 Kwh. por mes, lo que permitiría energizar una vivienda rural con todos los servicios eléctricos usados responsablemente. Este aerogenerador es también objeto de trámites de patentes y su transferencia a la industria está disponible. El Albatros I constituyó el mayor aerogenerador desarrollado en México, de 10 kW de potencia eléctrica, en base a un generador de imanes permanentes de 28 polos y rotor de tres aspas de 11 metros de diámetro, fue concebido para operar como aerobomba eléctrica, accionando en régimen de velocidad variable, una bomba eléctrica convencional, sumergida o vertical, de 7.5 a 10 HP, accionada con corriente trifásica a 220 Volts y frecuencia de 40 a 80 ciclos / segundo, dependiendo de la velocidad del viento. Del Albatros I se desarrollaron dos versiones, la aerobomba mecánica, con mecanismo de carrera variable, para optimizar el aprovechamiento de la energía eólica en bombas de émbolo, y la eléctrica, trabajando en régimen de velocidad variable en la bomba, con el mismo fin, mejorar la eficiencia. Este desarrollo se inició con el apoyo económico y asesoría de VITA (Volunteers in Technical Assistance) organización no lucrativa de divulgación técnica de los Estados Unidos para países en vías de desarrollo, que recibió financiamiento de la Fundación General Electric para este proyecto. Los trabajos posteriores en el Albatros II, y el Itia se realizaron con fondos proporcionados por el Programa Mar del Plata de la Organización de Estados Americanos (OEA). Este financiamiento en periodo de devaluaciones permitió habilitar un taller móvil y la construcción de un Túnel de Viento en la sede del IIE en Temixco, Mor.

Durante las pruebas de la versión eléctrica del Albatros I en El Gavillero, vientos enrachados estando en operación, provocaron la fractura de la estructura de aluminio de una aspavela, partiéndose a la mitad. La estructure del aspavela falló por errores en el proceso de soldadura al recalentar el larguero principal y degradar sus características de resistencia a la tracción, fracturándose con el esfuerzo. El dacrón importado, de alto costo y las dificultades constructivas de la estructura de la aspavela, llevó a reconsiderar el diseño del rotor. El Albatros II, se desarrollo también alrededor del concepto de la vela, sin usar una tela de alta resistencia, alto costo y de importación, sino un remedo semi rígido de fibra de vidrio, en que por torsión del aspa se varían las características aerodinámicas de la misma y se controla y limita la potencia transferida al rotor. Este aerogenerador, mucho más esbelto y sencillo, funcionaba bien en sus primeras pruebas operacionales. Antes de ser instrumentado para su caracterización, ya que en la Estación de El Gavillero se probaban simultáneamente otros dos aerogeneradores, -el Fénix de 2 kW y el Colibrí de 5 kW, el único aerogenerador fabricado y comercializado en México desde principios de los 80's-, lo impactó un gran remolino, estando parado y frenado, levantando el conjunto de bastidor y rotor, de más de 600 kilos, al menos 30 centímetros para sacarlo del mecanismo de tornamesa que en la cúspide de la torre de 18 metros, permite la orientación del conjunto para darle la cara al viento cuando está en operación. La caída fue catastrófica, ya que el conjunto del rotor, de tres aspas y 11 metros de diámetro, con largueros de aluminio, fue totalmente destruido. El IIE elaboró los anteproyectos de un aerogenerador de 50 kW y de otro de 100 kW para ser montado en las inmediaciones de la Estación de El Gavillero junto a un pozo profundo donde se instaló una bomba de 100 HP. Proyecto que careció de respaldo económico para su ejecución.

Los recortes presupuéstales, obligaron a concentrarse nuevamente en pequeños aerogeneradores, desarrollándose el Avispa de 300 Watts, utilizando un alternador de automóvil, el que producido industrialmente con un generador de imanes permanentes sería nominalmente de 500 Watts. El Avispa resume la experiencia de más de una década diseñando, construyendo y probando aerogeneradores. Desde su diseño se consideraron tres criterios básicos, su confiabilidad y su reproducibilidad industrial a bajo costo. Este aerogenerador es objeto de patentes en trámite, por soluciones novedosas en los mecanismos de control y ensamble. El Avispa, equivalente ahora a seis paneles fotovoltaicos de 50 Watts pico, permitiría en una vivienda rural, energizar el alumbrado con lámparas fluorescentes compactas, el radio durante el día y una televisión en la noche, así como un pequeño refrigerador, ya que proporcionaría del orden de 50 Kwh. al mes, en condiciones adecuadas de viento (5 m/s de promedio anual). En el IIE se desarrollo también un pequeño aerogenerador de 50 Watts de 90 centímetros de diámetro, cuyo objetivo inicial era la recarga de las baterías automotrices usadas en energizar los anemómetros electrónicos con los que se realizaban los estudios del viento en los sitios de interés. Los anemómetros requerían al cabo de un mes de mediciones continuas que se reemplazaran las memorias y la batería por una recién cargada. La instalación de un pequeño aerogenerador en el mástil de los anemómetros mantendría permanentemente un nivel adecuado de carga en la batería. El desarrollo de la electrónica de estado sólido, permitió diseñar anemómetros electrónicos de muy bajo consumo eléctrico, siendo suficiente un par de pilas alcalinas para sustituir la batería automotriz. El Instituto de Investigaciones Eléctricas, ha sido la única institución que por veinte años ha mantenido una ruta consistente de desarrollo de sistemas conversores de energía eólica, lo que se complementó con el desarrollo de anemocinemógrafos electrónicos, sistemas de prueba y adquisición de datos, un túnel de viento con un sistema de adquisición de datos en tiempo real, un laboratorio móvil de meteorología eólica, un taller móvil y la Estación Experimental de El Gavillero, Hgo.

Al lado de estas actividades, otras instituciones han incursionado en el desarrollo de sistemas conversores de energía eólica, como la Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma del Estado de México, que desarrolló el Ehecatl de 1 kW. El Instituto de Ingeniería de la UNAM junto con el Centro de Investigaciones Biológicas de Baja California Sur, que desarrollaron otro prototipo de 1 kW. Las Facultades de Ingeniería de la Universidad Veracruzana y de la Universidad de Zacatecas, han realizado como trabajo de tesis, prototipos de pequeños aerogeneradores, usando alternadores automotrices.

A mediados de 1994 entró en operación en la Venta, Oaxaca, una central eolo eléctrica de 1,575 kW, constituida por 7 aerogeneradores Vestas (Daneses) de 225 kW cada uno, como resultado de una licitación pública convocada por CFE. Esta central, construida en un lugar donde el IIE realizó mediciones desde 1984 y ubicó el sitio como uno de los más ventosos en el Sur del Istmo de Tehuantepec, presenta factores de planta anuales del orden del 60%, cuando la media en Dinamarca y California es del orden del 25%. Esta minicentral representa la primera experiencia para CFE de la interconexión de eolo eléctricas al sistema eléctrico interconectado.

1. Machinery's Handbook (Erik Oberg y Franklin D. Jones)
2. Atlas de Meteorología (R. Candal Vila)
3. Prontuario de Meteorología y Oceanografía (Serie KOEL)
4. Enciclopedia Visual (Colección EDUCAR)
5. El hobby de la construcción (Campero di Napoli)
6. Manual Práctico del Automóvil (Colección CULTURAL)
7. Diccionario de Sinónimos y Antónimos (Colección CULTURAL)
8. Texas Renewable Energy Resource Assessment. Julio 1995.
9. Encarta 2000
10. ENCICLOPEDIA OCÉANO. Editorial Océano. 1997.
11. http://www.Monografias.com
12. http://www.renovables.com/