Partes de un aerogenerador

Palas 

Elementos del aerogenerador de eje horizontal que captan la energía cinética del viento. Se fabrican con fibra de vidrio, estando formadas por un larguero de alta resistencia, y un conformado de perfil variable y aerodinámico recubierto de resina epoxi más fibra de vidrio. Todas las palas del aerogenerador se unen de forma solidaria a un soporte de acero denominado buje. Según el tipo de unión o anclaje de las palas éstas se clasifican en: 

-De paso fijo:

 No admite rotación de la pala sobre su control de potencia mediante un diseño de pérdida aerodinámica de las palas, incluyendo un freno aerodinámico en el extremo de las mismas. 

-De paso variable:

 Admite la rotación controlada de la pala sobre su eje a través de unos rodamientos y un grupo hidráulico. Precisa de un control de paso eléctrico o mecánico. Pueden pesar entre 5k y 8k kg. 

Buje 

Realiza la unión de todas las palas del aerogenerador, permitiendo en el caso de ser éstas de paso fijo un pequeño ajuste en el mismo para optimizar la instalación del equipo en cada emplazamiento. Dentro del buje se incluyen los accionadores de los frenos aerodinámicos (de punta de pala si se trata de palas de paso fijo) o los mecanismos de giro de las palas (cuando estas son de paso variable). El buje se monta sobre el eje de baja velocidad, desde el cual se transmite el par motriz al multiplicador de velocidad.

Multiplicador 

Es el elemento mecánico encargado de enlazar el eje lento acoplado al rotor eólico con el eje de alta velocidad acoplado al generador eléctrico. En el mercado existen aerogeneradores sin multiplicador, lo que obliga a construir un generador eléctrico multipolo. Ambos tipos de aerogeneradores están establecidos en todo el mundo sin presentarse una clara tendencia de uno sobre el otro. Cuando no se dispone de multiplicador no existe el eje de alta velocidad. 

turbina sin multiplicador 

necesita un generador eléctrico multipolo para que la velocidad de giro del eje de la máquina eléctrica sea igual a la velocidad de rotación del rotor eólico. Un generador eléctrico multipolo aparte de ser más costoso económicamente necesita un gran diámetro donde poder colocar los arrollamientos que definen los polos. Esto obliga a aumentar el diámetro de la góndola sobre la que se alberga o bien se diseña con parte del generador fuera de la góndola. La principal ventaja de la ausencia de multiplicador está en que se reduce considerablemente el número de partes mecánicas. Sin el multiplicador se eliminan los elementos de acoplamiento y el lubricante, se reducen los elementos giratorio, se simplifica y reduce el mantenimiento. Como inconveniente principal se encuentra el coste de fabricación y el condicionado de diseño de góndola que supone.

turbina con multiplicador 

En estos aerogeneradores se dispone de un tren de engranajes entre el rotor y generador, formado por palancas, cojinetes, engranaje de transmisión y acoplamiento. Entre las ventajas de los aerogeneradores con multiplicador se pueden indicar su sencillez, disponibilidad de equipos y un coste más bajo que si se elimina el multiplicador. Como inconvenientes cabe mencionar la necesidad de mantenimiento, cambio de aceite y ruido. En la actualidad se dispone de un gran número de este tipo de aerogeneradores instalados en todo el mundo. Este equipo permite la multiplicación de velocidad, adaptando el eje de baja velocidad donde se unen las palas en el buje, al eje de salida de alta velocidad donde se acopla el generador. Los órdenes de magnitud de velocidades de rotación de los ejes son: 

-baja velocidad: 

15 – 30 rpm 

–alta velocidad 

50 – 3.000 rpm 

Generador

Para instalaciones aisladas de la red se pueden emplear generadores de corriente continua o alternadores, utilizados para alimentar acumuladores o baterías que abastecen de energía eléctrica a los no conectados a la red eléctrica. Sin embargo, para evitar los problemas de mantenimiento de las escobillas de estos generadores de continua han sido desplazados por generadores de corriente alterna, empleándose alternadores síncronos de imanes permanentes. Para los grandes aerogeneradores conectados a la red eléctrica sólo se utilizan alternadores o generadores de corriente alterna. El alternador, por lo general trifásico, está formado por una máquina eléctrica encargada de transformar la energía mecánica de rotación en energía eléctrica. Al ser una máquina eléctrica, se compone de un rotor (parte móvil) y un estator (parte fija). Existen dos tipos de generadores de corriente alterna:

 –Generador asíncrono: 

son los motores eléctricos más utilizados de elevada robustez y sencillez. Su mayor inconveniente es la necesidad de una batería de condensadores aplicada a la salida, que permite compensar el factor de potencia y la energía reactiva generada y, sobre todo, el mal comportamiento que presenta frente a los huecos de tensión en la red. 

–Generador síncrono:

 la generación de energía eléctrica se produce a una velocidad, constante, denominada velocidad de sincronismo. Precisa una corriente de excitación continua, que se ha de generar o bien internamente (autoexcitación) o bien de forma auxiliar mediante una dinamo externa. Se comportan bien frente a los huecos de tensión pero presentan el inconveniente de generar armónicos, por lo que se deben instalar filtros para evitarlos.

Frenos

–aerodinámico de rotor: 

actúa sobre la pala para provocar el frenado del rotor. En el caso de aerogeneradores de palas de paso fijo, en el extremo se dispone de una extensión con posibilidad de giro sobre su eje: es el frenado de punta de pala. En el caso de aerogeneradores con palas de paso variable, el frenado consiste en colocar toda la pala en una posición tal que anula la sustentación y se detiene el rotor, es la posición de bandera, con anulo de paso o de pich igual a cero. 

–Sobre el eje de alta velocidad: 

freno de disco de altas prestaciones que actúa sobre el eje de alta velocidad acoplado a la máquina eléctrica. 

–Enclavamiento de rotor: 

consiste en un enclavamiento generalmente mecánico que una vez detenido el rotor impide que vuelva a girar. 

-Mordaza de guiñada: 

consiste en un enclavamiento que una vez se ha orientado el motor frente al viento incidente impide el giro hasta la recepción de otro ángulo de incidencia indicado por la veleta. 

Sistema de control

Habitualmente cada aerogenerador incorpora un sistema de control basado en un procesador, el cual se encarga de supervisar el funcionamiento del mismo. Este monitoriza las variables de operación del aerogenerador, regula el posicionamiento de las palas (si son de paso variable) y el bastidor, y dirige los frenos. Otra de las funciones básicas de este sistema de control es el diagnóstico de los componentes del aerogenerador y su preparación para el arranque. Además ha de realizar las operaciones necesarias en función de la velocidad y dirección del viento, así como accionar los distintos frenos en caso de viento excesivo, para la estructura. Por último, en caso de varios aerogeneradores, ha de comunicar cada uno de ellos con el sistema central de control del campo o instalación que forma el parque eólico. De esta forma, se puede mantener la gestión centralizada conociendo las condiciones de operación de cada aerogenerador, pudiendo actuar sobre el mismo. Una de las maniobras más repetidas a lo largo de la operación o control de la orientación del mismo a la dirección del viento. El sistema de control lee e integra la orientación que le suministra la veleta, y en caso de necesitar modificarla, se acciona el motoreductor de orientación situado en el bastidor, indicándole el sentido de giro y el ángulo a efectuar, utilizando el freno del bastidor para inmovilizar la estructura.

Góndola, bastidor y corona de orientación

La góndola o nacelle es la estructura en la cual se montan los distintos componentes del aerogenerador, a la altura del eje de rotor. En él se montan las palas, el multiplicador de velocidad, el generador y el sistema de control. La estructura puede ser de chapa metálica o de fibra de vidrio, y suele estar dividida en dos partes: el bastidor (inferior) y la capota, que permite el cierre de los equipos (superior).

Torre

La torre es el componente que sustenta todo el conjunto del aerogenerador y le une al suelo. En ella se monta por medio de un rodamiento, el bastidor. Se suele realizar en distintos metales (fundamentalmente acero si bien para grandes potencias se está empleando el hormigón prefabricado), bien sobre la base de una estructura tubular o bien sobre la base de una estructura en celosía de perfiles laminados. La forma externa suele ser tronco-cónica. Los componentes de la torre se protegen de la corrosión mediante galvanizado en caliente, y se van realizando amarres entre ellos de forma frecuente. 

– Torres de celosía. 

 Este tipo de torre consiste en una estructura metálica que sustenta la góndola y el rotor. Este tipo de diseño fue el más empleado en las primeras generaciones de aeroturbinas. Presentan la ventaja de tener un coste reducido, pero tienen una accesibilidad compleja que dificulta las tareas de mantenimiento. Por otro lado, el impacto visual de las torres de celosía es elevado a distancias cercanas a la torre, sin embargo, este tipo de torre se confunde con el horizonte cuando la máquina se observa a una distancia suficientemente lejana. 

–Torres de acero 

Este tipo de torre es el más utilizado en la actualidad. Este diseño de torres da lugar a torres excesivamente pesadas y caras. El criterio de fabricación más sencillo de las torres tubulares es mediante la unión de varios tramos cilíndricos. El número de tramos habitual suele ser de dos o tres para alturas de torre superiores a 60 m. En las torres de altura elevada el diseño suele ser tronco-cónico, con chapa de acero de espesor decreciente con la altura para reducir peso.

 –Torres de hormigón 

La configuración de la estructura de la torre con hormigón se puede realizar o bien con hormigón armado u hormigón pretensado. Algunos diseños actuales, emplean la torre tubular de hormigón. El hormigón pretensado presenta mejores características para los diseños de torres de elevada rigidez que los hormigones armados y es una opción económicamente competitiva con las torres tubulares de acero cuando estas se han de fabricar con elevada rigidez para evitar la resonancia. Las torres de hormigón se pueden construir en el propio emplazamiento o se pueden transportar en varios tramos prefabricados, llamados dovelas. Existen otras configuraciones basadas en la utilización de tensores anclados a tierra para aportar rigidez a la torre, o torres mixtas formadas por acero montado sobre una base de hormigón. El acceso al bastidor se puede hacer de forma interior o exterior a la torre. La estructura de la torre se fija al suelo mediante una zapata de hormigón armado, la cual se ha de diseñar en función de las dimensiones del aerogenerador, de los esfuerzos que produzcan los vientos existentes en la zona y de las características del terreno.

Transformador y celdas de conexión

La mayor parte de los generadores eléctricos empleados entregan la energía en baja tensión. Con objeto de reducir las pérdidas eléctricas hasta la conexión a red donde se eleva la tensión hasta valores en el entorno de los 20KV para conducir la energía hasta la subestación, donde se eleva a muy alta tensión y se transporta hasta la conexión definitiva a la red. Para ello cada aerogenerador dispone de un transformador situado en el interior de la torre, si bien existen generadores en alta tensión que evitan la colocación del transformador para este fin. Dentro de la torre y generalmente a cota cero se disponen las protecciones y los elementos de seccionamiento junto con el interruptor. 

La instalación eléctrica interior

Los aerogeneradores que forman un parque eólico están interconectados entre si a alta tensión. Se elige este nivel de tensión para disminuir las pérdidas hasta entronque con la subestación eléctrica, en la que se vuelve a elevar la tensión a 220 kV. La mayor parte de los fabricantes instala generadores con salida en baja tensión, por lo que se hace necesaria la instalación en la torre eólica del transformador a la salida del generador. Este transformador se suele colocar en un altillo para no restar espacio a la base de acceso. En la planta de acceso se disponen las celdas en cuyo interior se ubican mecanismos de control, fusibles, interruptores, seccionadores, etc., para el control de la instalación.Se dispone una celda para la entrada de la línea procedente del aerogenerador anterior, una celda para albergar el interruptor/seccionador con puesta a tierra de la turbina, una celda para albergar el interruptor/seccionador de conexión con el siguiente aerogenerador y una celda para albergar el control y la medida de la turbina.