Desarrollo Histórico. Parque eólico Alto Baguales

Transcripción

1 Introducción En la actualidad los niveles de energía demandado por las sociedades modernas han llegado a increíbles niveles de exigencia. Siendo así una necesidad primordial la creación de energía de distintos tipos a la que hoy predomina en nuestras vidas, la eléctrica. Esta demanda por grandes cantidades de energía si bien esta cubierta, ésta es de forma provisional e insostenible dado por el alto precio medioambiental que se paga con esto. Este daño ambiental proviene principalmente por la combustión de lo que aun hoy es la mayor y principal fuente de energía en el mundo, el petróleo. Sumidos en esta debilidad es que en la actualidad se consideran, y cada vez más, a las energías limpias o renovables, como una alternativa prometedora en la solución al problema expuesto. Es de esta forma que en este informe se trata sobre las energías renovables, particularmente sobre el que tiene relación con la energía eólica aprovechada por turbinas eléctricas para convertirlas en energía eléctrica utilizable por todos. Se comienza con un desarrollo histórico de la generación de energía eléctrica por medio de la eólica, para entender su gran desarrollo actual. Así como también se exponen las experiencias de las centrales eólicas en Chile. Luego se explican de forma breve pero clara las características relevantes en la decisión de escoger los lugares propicios para el desarrollo de esta tecnología. Explicando conceptos propios del viento, características físicas de los molinos y la relación entre la potencia de entrada y salida. Para terminar con detalles más técnicos sobre el diseño en sí de las aspas del aerogenerador, sobre su control en eléctrico individual y grupal en las centrales eólicas, explicando de esta forma como se utilizan estas características para un desarrollo o transformación más eficiente de la energía cinética del viento en la energía que finalmente se utiliza, eléctrica.

2 Desarrollo Histórico Se estima que la primera turbina eólica se construyo entre los años 1887 y 1888, por el estadounidense Charles Brush que funcionaba a través de una turbina para la generación de electricidad. La turbina situada en Cleveland Ohio, contaba con un rotor de diámetro de 17 metros y 144 aspas. Pese a sus dimensiones la turbina era capaz de producir una potencia de W. Seguido de Brush, está el aporte hecho por Poul la Cour quien siguió con el trabajo de las turbinas eólicas descubriendo importantes propiedades aerodinámicas. En 1905 fundó la Society of wind electricians y descubrió que las turbinas eólicas de giro rápido con pocas palas en el rotor, aspas, son más eficientes en la generación de energía eléctrica. El desarrollo de los aerogeneradores se mantuvo sin grandes avances hasta 1940, cuando F.L Smidth experimento con modelos aerogeneradores bipala y tripala, con dos y tres aspas respectivamente. Luego Johannes Juul, alumno de Poul court, fue quien comenzó con el desarrollo de turbinas eléctricas a través de generadores de corriente alterna. En 1980 la industria producía turbinas eólicas comerciales de hasta W, en la actualidad los modelos llegan hasta los 7,5 [MW], con expectativas de ser superada por varios proyectos en curso. Innovaciones tanto en el material usado en el diseño de las turbinas como sus geometría aerodinámica, sistema de control aerodinámicos y electrónicos ha hecho posible su diseño cada vez más eficiente y con un costo kilowatt-hora cada vez menor. En Chile la presencia de éste tipo de generación de energía si bien no ha estado presente en su desarrollo como tal, si lo ha estado como una alternativa de energía no convencional para abastecerse de energía. La utilización de energía eólica por medio de turbinas eléctricas fue impulsada por la empresa de electricidad SAESA en el año 2001, por medio de la central eólica Alto Baguales con tres aerogeneradores Vestas V47 instalados con una potencia total de 2 [MW]. Parque eólico Alto Baguales

3 Estas turbinas tienen una altura aproximada de 45 [m] y el diámetro de las aspas un tamaño de 47 [m]. Aspas del aerogenerador Vestas V47 Luego en el 2007 a cargo de Endesa Eco, una filial de Endesa Chile para fomentar el desarrollo en el país de este tipo de generación de energía eléctrica, se creó el parque eólico Canela I. Canela I fue el primero en aportar energía al Sistema Interconectado Central, formado por 11 aerogeneradores Vestas V82 con una potencia cada uno de 1,65 [MW]. Sumando así una capacidad total instalada de 18,15 [MW]. En el año 2009 culmino la puesta en marcha de la expansión del parque eólico Canela I, instalando 40 aerogeneradores con potencia de 1,5 [MW] cada uno, aumentando así en 60 [MW]. Así Canela genera energía media anual de 140,5 GWh. En el 2010 se pusieron en servicio los parques eólicos Monte Redondo, propiedad de Seawind, con una capacidad instalada de 74 [MW], y Totoral, propiedad de Nordvind con una potencia total de 46 [MW]. Ambas ubicadas en la región de Coquimbo. Este año comenzarían la construcción del parque eólico más grande de Chile, parque eólico Talinay. Que se ubicaría en Ovalle y generará una potencia de 500 [MW] de potencia, con 243 aerogeneradores, 229 de 2 [MW] de potencia y 14 de 3[MW].

4 Caracterización del recurso eólico Condiciones del emplazamiento Un aerogenerador obtiene su potencia de entrada del torque que producen en las aspas la fuerza del viento cuando se enfrenta a estas. De esta forma la cantidad de energía transferida por el viento, por lo tanto la potencia de entrada, depende directamente de la velocidad del viento y de la densidad del aire. Ambas características son determinadas por el emplazamiento donde se ubica la turbina. Así la altura la rugosidad del terreno, la temperatura, la humedad y la presencia de obstáculos o efectos aceleradores son cruciales en este sentido. Densidad del aire: La energía cinética del viento es proporcional a la masa de este, por ende a su densidad. A condiciones de presión normal y a 15 C la densidad del aire es de 1,225 [Kg/m^3]. Esta densidad aumenta con el aumento de la humedad y disminuye con la disminución de la temperatura o la altitud (por baja de presión). Rugosidad: Esta tiene directa relación con la velocidad del viento, siendo mayor cuando más pronunciada es la rugosidad del suelo. Se asigna una escala de 0 a 4, con 0 la condición ideal de no tener rugosidad al paso del aire, (lagunas), y con 4 el terreno con máxima oposición al viento (bosques o ciudades). Influencia de los obstáculos: En zonas donde la superficie es muy accidentada se producen turbulencias en el aire, disminuyendo la rapidez y la dirección del viento. Lo que provoca comportamientos poco predecibles y desfavorables en su mayoría para su utilización en aerogeneradores. Efectos aceleradores: A veces cuando se escoge un emplazamiento en lugares estrechos o entre montañas, se produce la aceleración del viento, este efecto es llamado efecto túnel. Algunas consideraciones extras, pero igualmente importantes a la hora de escoger el emplazamiento, es verificar que el parque eólico se encuentre cerca de la red eléctrica y que el terreno se encuentre apto para las modificaciones e instalaciones de estas voluminosos y pesados aparatos.

5 Variabilidad de viento La producción de potencia se encuentra condicionada por la variabilidad del viento, la cual puede definirse dependiendo de las consideraciones de tiempo. Variabilidad instantánea del viento (corto plazo): La velocidad del viento esta variando constantemente, esta depende de las condiciones climáticas propias de la zona y de las condiciones de la superficie y los obstáculos. Estas variaciones son en torno al 10% y no son influyentes, pues la inercia propia del aerogenerador las suaviza. Variaciones diurnas (noche día) del viento: Generalmente el viento posee mayor velocidad en el día que en la noche, debido a la mayor temperatura presente durante el día. Por otro lado en el día se observan mayores turbulencias del viento que en la noche. Variaciones Estacionales: Estas variaciones ocurren con patrones generalmente idénticos en una misma zona. Es así como en climas templados la velocidad de viento es mayor durante invierno que en verano. Estas características juegan un rol importante en la toma de decisión sobre el lugar a escoger, atendiendo a sus reales posibilidades.

6 Potencia extraíble del viento Conocer el campo del viento trae ventajas tanto para quienes diseñan o escogen el generador eólico, como para los inversionistas que desean saber las utilidades que podrán obtener con el proyecto. Para esto es importante medir el viento en la o las zonas de interés el mayor tiempo posible. En forma empírica se ha observado que el comportamiento del viento en distintos lugares del mundo hay una gran semejanza si se estudia, o mide, la velocidad del viento a lo largo de un año. Así se suele modelar por medio de la distribución de probabilidades llamada Distribución de Weibull a esta representación que se repite de forma parecida para distintos lugares y zonas geográficas. Forma de la distribución de Weibull

7 Potencia de salida de un generador Potencia de entrada A partir de la distribución de Weibull, es posible calcularla potencia de entrada de un aerogenerador. Para esto se toma la distribución de los vientos y se calcula el valor de la potencia para intervalos definidos de velocidad. Los resultados obtenidos se multiplican por la frecuencia con que ocurre a cada intervalo de velocidades, obteniéndose así una curva parecida a la de Weibull llamada Curva de Potencia de Entrada que representa la potencia de entrada del aerogenerador. Curva de Potencia de un aerogenerador La Curva de Potencia del aerogenerador es una relación de la potencia que puede producir el aerogenerador sumido en distintas condiciones del viento. Su forma es estándar y se compone de un tramo inicial cero seguido de un tramo lineal con pendiente positiva a lo que le sigue una zona casi constante y luego una abrupta caída. Curva de potencia de un aerogenerador

8 Potencia de salida La potencia disponible en la turbina corresponde como máximo a un 59% de la potencia de entrada (ley de Betz) para transformar la potencia eólica a eléctrica. Este resultado es ideal, por lo tanto para tener un valor más real se debe tomar la curva de potencia del aerogenerador (entregada por el fabricante) y multiplicarla por la probabilidad de ocurrencia de las distintas velocidades del viento obtenidas en la distribución de Weibull Potencia de entrada, disponible y de salida del aerogenerador

9 Aerodinámica presente en un generador Cualquier cuerpo inmerso en un fluido en presencia de una corriente, experimentará fuerzas que se relacionan directamente con la forma y orientación del cuerpo con respecto al flujo. En el movimiento de las aspas de un aerogenerador provocado por la acción del viento, se distinguen principalmente dos fuerzas que permiten la rotación de las aspas en torno del eje de la turbina. Las fuerzas antes enunciadas corresponden a la Fuerza de Arrastre y la Fuerza de Sustentación (Lift Force), las que son descritas a continuación. Fuerza de Arrastre (Drag Force) La Fuerza de Arrastre es una fuerza mecánica que se manifiesta en la interacción entre un cuerpo sólido y un fluido. Es decir, no hay arrastre si el cuerpo no está en contacto con el fluido. En el caso del movimiento, de las aspas se entiende como la resistencia al aire, sigue una dirección paralela al flujo y tiene signo positivo cuando va en sentido del flujo. La diferencia de presión, debida al roce del aire sobre la superficie del aspa que hace disminuir la presión aguas abajo, provoca el arrastre. El arrastre se puede expresar por medio de la siguiente fórmula FD= ½ CD ρ A v² donde CD = coeficiente de arrastre, depende del objeto y condiciones del flujo ρ = densidad del fluido, en caso del aire usualmente 1,25kg/m3 A = área de ataque de la superficie (proyección del volumen del cuerpo sobre un plano perpendicular a la velocidad) v = velocidad relativa entre fluido y objeto

10 Fuerza de Sustentación (Lift Force) La sustentación o arranque (lift), corresponde a una fuerza con sentido perpendicular respecto al flujo. Ésta producto de una diferencia de presión dada por la forma asimétrica del cuerpo. En el diseño de las aspas de una turbina se observa que un lado posee un área mayor (área de ataque), provocando una aceleración del flujo de partículas (dado que éstas deben recorrer un área mayor en igual tiempo que las otras que recorren el área menor) lo que se entiende como una diferencia de presión y, por tanto, una fuerza desde el lado de mayor presión al de menor presión. La expresión formal de esta fuerza se da en la siguiente ecuación FL= ½ CL ρ A v² donde CL= coeficiente de arrastre, depende del objeto y condiciones del flujo ρ = densidad del fluido, en caso del aire usualmente 1,25kg/m3 A = área de ataque de la superficie (proyección del volumen del cuerpo sobre un plano perpendicular a la velocidad) v = velocidad relativa entre fluido y objeto

11 Como se observa en la ilustración inferior, el cuerpo simétrico presenta líneas de flujo simétricas en su contorno. En cambio, una asimetría del cuerpo con respecto al flujo, genera líneas de flujo desiguales, lo que se traduce en una fuerza, producto de una diferencia de presión. Cabe notar que la forma que tiene el cuerpo inferior es exactamente la que presentan las aspas de una turbina. Aplicación al aspa de una turbina En la dinámica presente en el movimiento de las aspas del generador se observan ambas fuerzas previamente mencionadas. La magnitud y dirección de cada una se ve condicionada, entre otras cosas, al ángulo de ataque del viento, área en una sección determinada del aspa e intensidad del viento. Con respecto al ángulo de ataque, se puede observar en la siguiente figura la relación entre el arranque y el arrastre con respecto a la orientación del flujo sobre el aspa. De aquí se infiere que cuanto mayor resulta este ángulo α, mayor preponderancia tiene la fuerza de arrastre por sobre la de arranque, ocurriendo el efecto contrario en cuanto disminuye α.

12 En general, el diseño de los aerogeneradores hace uso casi exclusivamente de la fuerza de arranque, por lo que en la instalación de estos dispositivos se busca un ángulo α que maximice el arranque. La relación entre estas dos fuerzas con respecto al ángulo de ataque, para un rango entre 0 y 30º, se observa en la siguiente figura. Otro factor importante a considerar corresponde a la aplicación de la fuerza neta a lo largo del aspa. La fuerza resultante del arrastre y arranque se distribuye de forma desigual a lo largo del aspa, debido a la forma no uniforme del aspa y a la gran variación del flujo de aire con la altura. Este fenómeno hace más complejo el diseño de aspas que sean capaces de distribuir y resistir la fuerza del viento.

13 Control de una Central Eólica La característica fluctuante del recurso eólico es la causa principal de los problemas asociados al suministro de energía por parte de los aerogeneradores. La dependencia directa de la tensión suministrada con la velocidad de giro de la turbina hace que, para las condiciones fluctuantes del régimen de vientos, se observen variaciones no sólo en el valor del voltaje suministrado sino que también en la frecuencia a la cual este se entrega a la red. El control en una central eólica se realiza en dos instancias: control sobre la operación de los aerogeneradores y control sobre la potencia inyectada a la red. Operación de los aerogeneradores En esta fase se intenta controlar, a nivel mecánico, la potencia generada por la turbina. A continuación se describen algunos métodos para realizar control a este nivel: - Yaw Control; o mecanismo de orientación permite orientar el rotor según sea el requerimiento energético en ese momento. Al tener el rotor posicionado a la dirección del viento se obtiene un mayor rendimiento que en otra posición. Por otra parte, una posición errónea provoca distribuciones desiguales de la fuerza sobre las aspas, lo que termina por desgastar al equipo. - Pitch Control; o regulación por ángulo de paso se vale de un sensor que verifica la potencia generada a cada momento. Cuando esta potencia alcanza valores demasiado altos, envía una señal para orientar las aspas de manera de disminuir la velocidad de giro y mantenerse en los límites de potencia admisibles. - Stall Control (Pasive); o regulación por pérdida aerodinámica poseen aspas especialmente diseñadas para que cuando el viento alcance niveles demasiado altos, se genere una turbulencia en los extremos de ésta, logrando frenar la turbina y manteniendo la potencia generada dentro de sus límites. - Stall Control (Active); o regulación activa por pérdida aerodinámica posee un principio similar a las de regulación por ángulo de paso, salvo que en este caso las aspas se giran en sentido contrario. Esto permite una mayor eficiencia a velocidades cercanas a las nominales y un control más fino de la potencia entregada. Control sobre la potencia inyectada a la red La necesidad de contar con electrónica de potencia para regular la tensión suministrada, trae consigo la aparición de armónicos en el suministro, característica no deseada en la red ya que éstos aumentan las pérdidas en la transmisión. En cuanto a los generadores, el control interviene en la conexión, haciendo que funcionen en vacío a bajas velocidades de viento. La conexión a la red sólo se lleva a cabo una

14 vez que existe un régimen suficiente para que se pueda generar. Por lo general, esta conexión y desconexión se realiza en forma gradual con la ayuda de tiristores e interruptores. Por otro lado, existen situaciones de pérdida de carga en la red o desconexión de una parte de ésta. En estos casos, una reconexión brusca provocaría una gran tensión en la turbina, lo que significa un gran esfuerzo mecánico exigido al generador. Suministro y generación Para la operación de una central eólica en condiciones normales, los principales aspectos observados corresponden al comportamiento de la tensión en régimen permanente y en el transiente, la inyección de reactivos. La tensión suministrada en régimen permanente se controla por medio de la potencia inyectada. Sin embargo, para el caso transiente un efecto importante a considerar es el efecto flicker, que corresponde a las variaciones de voltaje producto de la variabilidad de la velocidad del viento. Por otro lado la inyección de reactivos es un asunto que debe ser estudiado en cada caso. Sin embargo, la inyección de reactivos influye directamente sobre la tensión entregada, por lo que afecta considerablemente el suministro. Tipos de generadores Hoy en día, existen en el mercado una buena cantidad de opciones para la generación de energía a través del viento. Las distintas tecnologías ofrecen alternativas a distintos regímenes de viento y presupuestos. A continuación se describirán algunos tipos de generadores usados en las centrales. Generadores de velocidad fija: Estos son en su mayoría generadores de inducción, y tienen como ventajas características propias de éste tipo de máquinas, como robustez, simpleza en la operación y bajo costo. Este tipo de dispositivos se vale de un sistema de control del tipo Pitch o Stall, un banco de condensadores y una caja de cambios. Sin embargo, a pesar de tener un sistema de control, este tipo de generadores es muy susceptible a las fluctuaciones en la velocidad del viento por lo que presentan problemas en la calidad de la tensión suministrada, ya que todas las fluctuaciones son traspasadas a la red.

15 La mejor forma de control es a través de la conexión y desconexión del banco de condensadores, lo que regula la cantidad de reactivos suministrada. Generadores de velocidad variable Los generadores de velocidad variable logran mantener una velocidad constante en el eje del rotor, lo que implica menos problemas en las fluctuaciones de tensión. Este tipo de generador puede ser síncrono o asíncrono. Este tipo de generadores permite además el control sobre la inyección de reactivos. Los del primer tipo necesitan estar conectados a la red, mas algunos poseen la ventaja de una función multipolar, que hace prescindir del uso de la caja de cambios. Dentro de los generadores asíncronos de velocidad variable se encuentran generadores con control sobre la resistencia del rotor, con convertidor en el rotor y de jaula de ardilla, todos estos poseen las mismas características antes mencionadas. Aplicación de Aerogeneradores al consumo doméstico Los generadores eólicos no sólo están pensados para su funcionamiento en un gran parque eólico, con torres que alcanzan los 80 mtrs de altura. Estos aparatos también se usan para abastecer el consumo diario de una casa, empresa, oficina, etc. Por lo general, el suministro energético proveniente del viento a este nivel resulta ser complementario y debe ser respaldado por otras fuentes de energía. Sin embargo, dependiendo de las condiciones de emplazamiento y de la capacidad de la máquina usada, este suministro puede llegar a satisfacer el consumo de forma autónoma. Además, su aplicación a sistemas aislados de difícil acceso resulta muy conveniente, ya que se evita el costo de la instalación de líneas que pueden alcanzar grandes distancias. Las consideraciones en el emplazamiento de estos aparatos son las mismas que para el caso de los generadores de mayor potencia. La altura, la rugosidad, el régimen de viento influyen de igual manera en la potencia extraíble de la turbina. Un aerogenerador doméstico posee una capacidad que no excede los 10kW y su diámetro va entre 1 mtr y los 3,5 mtrs. A este nivel, el generador usado es de corriente continua, por lo que se requiere de equipo de electrónica de potencia para adaptar el suministro al consumo alterno (220 V a 50 hz para el caso local). Por otro lado, los requerimientos del circuito necesarios para alimentar al sistema doméstico dependen si éste se encuentra conectado o no a la red. Para el caso del sistema conectado a la red se requiere de un inversor, pudiendo anexarse un banco de baterías y un controlador. Para un sistema aislado el banco de baterías

16 se hace imprescindible, esto con el fin de alimentar durante las horas sin viento y proveer un suministro regular de energía. También se hace necesario un controlador que proteja al banco de baterías ante fluctuaciones en la entrega de energía debido a ráfagas de viento. A continuación se presentarán los resultados de la experiencia realizada en laboratorio, donde se midió la curva de carga para un generador doméstico de 400 W. El datasheet de la turbina utilizada en la experiencia se puede ver en el anexo. Experiencia Práctica: Obtención de la curva de carga de un aerogenerador doméstico Objetivo: Tomar noción de la energía extraíble de un generador eólico de tipo doméstico a través del estudio del comportamiento de éste para distintas velocidades de viento y carga variable. Materiales y Montaje: En esta experiencia se requiere de: - Túnel de viento (máquina sincrónica) con variador de frecuencia. - Aerogenerador AIR-X de 400 W, tipo imanes permanentes con rectificador. - Carga variable (banco de ampolletas). - Amperímetro. - Voltímetro. - Anemómetro. - Cables. Con el aerogenerador inserto en el túnel de viento se conectan los terminales de éste a la carga. Tanto el amperímetro como el voltímetro se conectan al circuito de manera de poder medir la potencia entregada a la carga en todo instante.

17 Ilustración 1, Esquema circuito experiencia Mediciones: Velocidad del viento generado para distintas frecuencias - Luego de comprobar el correcto funcionamiento del túnel de viento se procedió a medir la velocidad viento generado utilizando el anemómetro para un rango de frecuencias entre 5 y 25 Hz, partiendo por la frecuencia más baja. - Los datos obtenidos se muestran a continuación m/s 6 Velocidad viento v/s Frecuencia Hz , ,5 25 Ilustración 2, Velocidad del viento con respecto a frecuencia del túnel

18 Obtención de la curva de carga - Con el generador en vació, midió la tensión obtenida para las mismas velocidades del punto anterior. La siguiente ilustración muestra los datos medidos. V 35 Voltaje en vacío v/s velocidad viento Hz 0 2,2 2,3 2,3 2,4 2,7 4,2 4,5 5,1 5,6 Ilustración 3, Curva Voltaje en vacío para distintas velocidades de viento - Con el túnel detenido, se conectó el generador a la carga y los medidores de forma de poder medir la corriente y la tensión en la carga en todo momento. Se llevó el túnel a una velocidad cercana a los 4,6 m/s y se midió la corriente y tensión para distinto número de ampolletas. Al realizar lo anterior, se observó que el número máximo de ampolletas conectadas fue de 2 (ampolletas de 12 V y 24 W c/u, conectadas en serie). Al intentar conectar más ampolletas, el voltaje comenzaba a disminuir bruscamente y terminaba por llegar a cero. El voltaje observado fue de 23 V, mientras que el valor de la corriente fue de 1.52 A. Potencia en función del viento - Manteniendo la configuración anterior del circuito y la cantidad de ampolletas que arrojó la mayor potencia, se midió para esta carga fija la potencia en función de la velocidad del viento para un rango de velocidades entre 3 y 6 m/s. Esta medición se representa en la figura inferior. - En esta parte se observó que se obtenían valores distintos si se partía de 0 Hz con las cargas conectadas a cuando partía con la turbina en vacío a un régimen de 25 Hz y luego se conectaban las cargas. La representación del primer caso se muestra a continuación

19 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 Voltaje Corriente 0, Hz Ilustración 4, Voltaje y Corriente para carga de 2 ampolletas W 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 Potencia Hz Ilustración 5,Potencia en W según frecuencia para carga de 2 ampolletas - Para el segundo caso se tiene lo siguiente

20 Voltaje Corriente Hz Ilustración 6, Voltaje y Corriente para carga de 2 ampolletas W Potencia Potencia Hz Ilustración 7, Potencia en W según frecuencia para carga de 2 ampolletas

21 Análisis Se observó que la turbina no comenzaba a moverse a frecuencias menores a 14 Hz (2,5 m/s aprox.), y no generaba a frecuencias menores a 17 Hz (4 m/s aprox.). La velocidad asociada a esta última frecuencia corresponde a la velocidad de corte inferior (cut-in en inglés), y corresponde a la velocidad a la cual la inercia mecánica producida por el viento supera a la inercia electromagnética de la máquina, logrando que ésta se acelere y aumente rápidamente su voltaje. Este efecto se puede apreciar en el gráfico para la generación en vacío, donde a partir de los 2,7 m/s del viento se observa un brusco aumento en el voltaje. El efecto de la inercia electromagnética se ve reforzado cuando se conecta una carga al circuito. En la etapa donde se conectaron 2 ampolletas al generador, se registraron menos de 25 V en la carga para una velocidad cercana a los 4,6 m/s. Al intentar aumentar la carga, el voltaje disminuía bruscamente hasta cero y la máquina dejaba de rotar. También el efecto de la inercia magnética se observa al tomar las mediciones partiendo desde una velocidad baja en contraste con la partida a una velocidad alta. Se observa una diferencia significativa en la potencia suministrada para ambos casos. Este fenómeno se explica en la inercia rotacional de la máquina v/s la electromagnética aumentada por la carga. Cuando se comienza a medir desde la mínima velocidad del viento, la máquina debe lograr superar una inercia electromagnética para poder acelerarse y trabajar en condiciones normales. Si la carga es muy grande, este paso no se da nunca. En cambio, cuando la conexión se realiza con la turbina ya girando a una velocidad suficientemente alta, la inercia mecánica de la máquina no es superada por la inercia electromagnética, por lo que el generador sigue funcionando y entrega potencia de forma óptima.

22 Conclusiones La utilización directa de máquinas eléctricas en el aprovechamiento del recurso eólico ha significado un gran avance en la diversificación de la matriz energética, concepto muy en boga en la actualidad en el marco del agotamiento de fuentes energéticas convencionales, como lo son los combustibles fósiles. Si bien el desarrollo de esta tecnología resulta más bien reciente, éste ha sido suficiente para llegar representar una alternativa competitiva frente a otras fuentes con costos de generación en aumento. Países como Dinamarca y EE.UU. invirtieron en el desarrollo e implementación de este tipo de tecnología, lo que se traduce hoy en un suministro energético más robusto y económico. Sin embargo, la generación de este tipo de energía presenta algunos requisitos en cuanto al recurso eólico que la hacen impracticable en algunas regiones del globo terrestre. Características del emplazamiento tales como la variabilidad del régimen de viento (tanto diaria como estacional), las características del viento (turbulencia, variabilidad en la dirección, etc.) y la rugosidad del entorno (presencia de grandes edificios, zonas escarpadas o accidentadas, etc.) representan en muchos casos la imposibilidad de contar con este tipo de tecnología. Es por esto que se han estudiado los regímenes de viento a nivel mundial, a fin de determinar las zonas propicias para la instalación de estos aparatos. Por otro lado, la característica de fluctuación propia del viento, hacen necesarias ciertas consideraciones adicionales en los casos de operación de un parque eólico. Dependiendo del tipo de máquina que se use, las ráfagas esporádicas, así como las rachas de vientos de baja velocidad, se traducen en fluctuaciones en la potencia y tensión entregada. EN casos extremos, las velocidades de viento sobrepasan los límites de cut-in y cut-off, impidiendo la generación por algún tiempo. Las sobretensiones así generadas se deben mantener al mínimo, por lo que se necesita de un monitoreo constante de la central. Además, la utilización de electrónica de potencia trae consecuencias en cuanto a la calidad del suministro, al significar la generación de reactivos lo que, sobre un cierto valor admisible, es sancionado con multas. Para el caso doméstico, la utilización de este tipo de fuentes se debe estudiar al igual que en caso de suministros a gran escala. Si bien en algunos países ya se pone en práctica el uso de aerogeneradores de eje vertical u horizontal sobre las azoteas de edificios céntricos, esta propuesta resulta desaconsejable en ciudades con regímenes de viento insuficientes, donde las velocidades de cut-in no son alcanzadas. En la experiencia realizada se observó que, para una máquina pequeña (400 W), resultan necesarias altas velocidades de viento para mantener un consumo mínimo. Es por esto que se hace aconsejable el uso complementario de estos aparatos, acompañados de un banco de baterías para mejorar la eficiencia. No obstante, el desarrollo de nuevos prototipos que mejoren la eficiencia de los actuales aerogeneradores ha tenido un gran auge a nivel doméstico, por lo que se puede esperar la pronta implementación a nivel masivo en las ciudades.