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Energía renovables

1. Taller Práctico – Energías Renovables


Presentado por:
Jessica Valentina Casallas Castellanos ID 40489
Jessica Alexandra Moreno Bolaños ID 26796
Rubiela Ayala Torres ID 39349
Sebastián Vargas Vega ID 12035
Evelin Viviana García Moreno ID 37362


Docente:
Anddy Vanesa Guzmán Hurtad


Asignatura:
Fuentes Energéticas




FUNDACIÓN UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA
Facultad de Ingeniería Civil
2025

2. ¿Qué es una máquina eólica?
Una máquina eólica es un sistema diseñado para aprovechar la energía cinética
del viento y transformarla en energía útil. Según su aplicación, puede clasificarse
en:
• Aeromotores: Utilizan directamente la energía mecánica del viento para
realizar tareas como el bombeo de agua o la molienda de granos.
• Aerogeneradores: Convierten la energía mecánica del viento en energía
eléctrica mediante un generador acoplado al sistema.
¿Cuales son las características de una máquina eólica?
Parámetros de operación de una máquina eólica
El desempeño de una máquina eólica está determinado por parámetros
específicos que influyen en su eficiencia y estabilidad operativa:
1. Velocidad de arranque: Mínima velocidad del viento requerida para iniciar
el giro del sistema.
2. Velocidad de conexión: Punto en el que la máquina comienza a generar
energía de manera efectiva.
3. Velocidad nominal: Velocidad óptima del viento en la que el sistema
alcanza su máxima potencia de generación.
4. Velocidad de frenado: Límite de velocidad del viento que la máquina puede
soportar sin comprometer su integridad estructural.
5. Área de captación: Superficie efectiva perpendicular al viento que
determina la cantidad de energía que se puede extraer.
Componentes estructurales y funcionales
Para garantizar su operatividad y eficiencia, una máquina eólica se compone de
los siguientes elementos clave:
• Soportes: Son las estructuras que sostienen la máquina y deben resistir
las cargas dinámicas inducidas por el viento y las vibraciones del sistema.
Pueden ser autoportantes (de acero, hormigón o torres tubulares) o atirantados,
dependiendo de las condiciones del emplazamiento.
• Sistema de captación: Integrado por las palas o aspas, diseñadas para
maximizar la conversión de la energía del viento en movimiento rotacional.

3. • Sistema de orientación: Permite el ajuste de la máquina en función de la
dirección predominante del viento, optimizando la captación de energía.
• Sistema de regulación: Controla la velocidad de giro y protege la estructura
ante ráfagas de viento extremas, evitando sobrecargas mecánicas.
• Sistema de transmisión: Conjunto de mecanismos encargados de
transferir el movimiento de las palas hacia el generador eléctrico.
• Sistema de generación: Responsable de la conversión de la energía
mecánica en energía eléctrica, permitiendo su almacenamiento o distribución a
la red.

¿Los elementos que consta de una maquina eólica son?
• Soportes: Estructuras que sostienen la máquina eólica y deben soportar
el empuje del viento y las vibraciones.
• Sistema de captación: Es el sistema que capta la energía del viento,
generalmente compuesto por aspas o palas.
• Sistema de orientación: Mecanismo que permite orientar la máquina
eólica en la dirección del viento para maximizar la captación de energía.
• Sistema de regulación: Controla la potencia generada y protege la
máquina en caso de vientos excesivos.
• Sistema de transmisión: Transmite la energía mecánica captada por las
aspas al generador o al sistema de bombeo.
• Sistema de generación: Convierte la energía mecánica en energía
eléctrica (en el caso de los aerogeneradores) o en otro tipo de energía útil.

¿Cuáles son los soportes mencionados en la guía?

Las máquinas eólicas necesitan una base resistente que les permita
mantenerse estables frente a la fuerza del viento y minimizar las turbulencias
que podrían afectar su rendimiento. De acuerdo con el libro, los soportes se
dividen en autoportantes y atirantados.

Soportes autoportantes:

Este tipo de soporte no requiere cables adicionales para mantenerse firme, ya
que su estructura es lo suficientemente robusta para sostener la turbina por sí
sola. Existen varias formas de construcción:

4. • Estructuras metálicas, similares a las torres de electricidad, diseñadas
para resistir el peso del aerogenerador y las cargas de viento.
• Torres de hormigón, que ofrecen mayor estabilidad y reducen las
turbulencias del aire en comparación con las metálicas.
• Torres tubulares autoportantes, utilizadas cuando el aerogenerador pesa
menos de una tonelada y las condiciones del terreno dificultan la instalación de
cables tensores.

Soportes atirantados:
Se usan sobre todo en turbinas más pequeñas porque son más fáciles de
instalar y mantener. Este tipo de estructura emplea cuatro cables tensores
fijados al suelo mediante anclajes ajustables.

Una variante interesante dentro de este grupo es el soporte atirantado
basculante, que permite inclinar la torre para facilitar el mantenimiento sin
necesidad de usar grúas, lo que lo convierte en una opción práctica en
aerogeneradores de baja potencia.




Mencione los tipos de rotores mencionados en la guía

El rotor es el componente que permite transformar la energía del viento en
movimiento mecánico. Según el libro, existen dos grandes categorías de
rotores: los de eje horizontal y los de eje vertical.
Rotores de eje horizontal
Son los más utilizados en la generación de electricidad porque ofrecen mayor
eficiencia aerodinámica. Sin embargo, para aprovechar al máximo la energía
del viento, necesitan un sistema de orientación que los alinee correctamente
con la dirección del flujo de aire.
Dentro de esta categoría, encontramos varios diseños:

Monopala

Consiste en una sola pala, lo que lo hace más liviano y económico.
Su principal inconveniente es que genera más vibraciones que otros modelos.

Bipala

Utiliza dos palas, lo que reduce el costo de fabricación.
Aunque es más eficiente que el monopala, tiende a ser más ruidoso y menos
estable.

5. Tripala

Es el diseño más común en parques eólicos comerciales.
Ofrece un equilibrio óptimo entre eficiencia, estabilidad y reducción de
vibraciones.

Multipala

Se compone de más de tres palas y se usa en aplicaciones donde el viento es
débil.
Es común en molinos de bombeo de agua porque permite aprovechar incluso
brisas suaves.

Rotores de eje vertical
A diferencia de los anteriores, estos no necesitan girar para orientarse, ya que
capturan el viento desde cualquier dirección. Por ello, suelen ser utilizados en
entornos urbanos o en zonas donde el viento cambia constantemente.
Dentro de esta categoría, se destacan los siguientes tipos:

Savonius

Su diseño curvado le permite aprovechar la diferencia de presión del viento.
Es menos eficiente que otros rotores, pero se usa en aplicaciones de baja
potencia.

Darrieus

Su forma aerodinámica genera sustentación, lo que le permite alcanzar altas
velocidades.
Necesita asistencia para arrancar, ya que no genera suficiente torque por sí
solo.

Darrieus-Savonius (Híbrido)

Combina la facilidad de arranque del rotor Savonius con la eficiencia
aerodinámica del Darrieus.

¿Cuáles son las características generales de un rotor?
El rotor es la parte fundamental de una máquina eólica, ya que es el encargado
de captar la energía del viento y transformarla en energía mecánica. Su diseño
influye directamente en la eficiencia y el rendimiento del aerogenerador. Para

6. entender mejor su funcionamiento, es importante conocer algunas de sus
características clave .
Velocidad típica del rotor
Este concepto hace referencia a la relación entre la velocidad de giro de las
palas y la velocidad del viento. Dependiendo de su diseño, los rotores pueden
ser:
Lentos: Son los que tienen muchas palas y giran despacio. Se usan
principalmente en sistemas de bombeo de agua porque generan una gran
fuerza inicial, lo que les permite arrancar incluso con vientos débiles.

Rápidos: Normalmente cuentan con dos o tres palas y alcanzan velocidades de
giro mayores. Son los más utilizados para la producción de electricidad, ya que
aprovechan mejor la energía del viento.
Solidez del rotor
La solidez se refiere a la cantidad de espacio que ocupan las palas en el área
total barrida por el rotor.
Alta solidez: Característica de los rotores multipala, que captan una gran
cantidad de viento y generan un alto par de arranque. Son ideales para vientos
de baja velocidad.

Baja solidez: Típica de los rotores de dos o tres palas, que permiten un giro
más rápido y eficiente. Se utilizan en aerogeneradores de gran tamaño porque
producen más energía con menos resistencia al viento.
Rendimiento aerodinámico
El rendimiento de un rotor depende de cuánto viento es capaz de convertir en
energía útil. Aunque en teoría el máximo aprovechamiento posible ronda el
59%, en la práctica este valor es menor y varía según el diseño de las palas y
las condiciones del viento. Normalmente, los rotores logran entre un 20% y un
40% de eficiencia .
Diseño de las palas
Las palas del rotor están diseñadas para captar la mayor cantidad de energía
posible, y su forma influye directamente en el rendimiento del aerogenerador.
Algunos factores importantes son:

7. Longitud: Cuanto más largas sean las palas, más energía pueden captar, pero
también deben ser más resistentes para soportar las tensiones del viento.

Perfil aerodinámico: La forma de la pala afecta su eficiencia. Se diseñan con
curvas específicas para generar sustentación y reducir la resistencia.

Ángulo de ataque: Es el ángulo en el que la pala se enfrenta al viento. Un
ajuste adecuado mejora la captación de energía y evita que el rotor gire
demasiado rápido o demasiado lento.

Anchura: Las palas más anchas permiten un mejor arranque en condiciones de
viento bajo, mientras que las más estrechas favorecen velocidades de giro
mayores.


¿Explique de que depende el rendimiento aerodinámico de las
palas?
El rendimiento aerodinámico de un rotor eólico depende de varias
características geométricas de las palas tales como:

• La longitud de las palas: estas están directamente relacionadas con la
potencia del rotor, también a mayor longitud se puede captar mejor la
energía del viento, aunque así mismo existan las tensiones estructurales
y los riesgos de las vibraciones y la longitud también afecta la frecuencia
de la rotación la cual no debe superarse parta así evitar daños debido a
la fuerza centrífuga.
• Perfil aerodinámico: Es la que determina la eficiencia con la que la pala
convierte la energía del viento en energía mecánica, encontramos
perfiles aerodinámicos optimizados, como los de las alas de los aviones,
que proporcionan una alta sustentación y una baja resistencia, en
importante a tener en cuenta que un perfil inadecuado puede generar
turbulencias o perdidas de eficiencia.
• Calaje o Angulo de ataque: Es el ángulo entra la cuerda del perfil de la
pala y la dirección del viento, e debe contar con un calaje optimo que
permita obtener la máxima potencia posible sin que genere perdidas
aerodinámicas, y que también pueda usarse como sistema de
regulación, ajustando el ángulo de ataque para controlar la velocidad y
eficiencia el rotor.
• Anchura de las palas: Esta no influye directamente en la potencia de la
turbina, ya que depende es de la superficie total recorrida por el rotor, sin

8. embargo, en lo que si afecta es en la capacidad de la turbina para
empezar a girar y más cuando hay vientos bajos. Las palas más anchas
generan un mayor torque en el arranque mientras que las más pequeñas
o estrechas favorecen a una mayor velocidad de rotacion.


¿Cuáles son las condiciones que debe tener un rotor para su
funcionamiento?

El rotor debe diseñarse considerando un equilibrio entre eficiencia
aerodinámica, resistencia estructural y facilidad de arranque, garantizando así
un funcionamiento óptimo en diversas condiciones de viento y debe cumplir con
las siguientes condiciones clave.

1. Material de las Palas
Deben ser resistentes, rígidas, ligeras y de bajo costo para soportar las
exigencias mecánicas y aerodinámicas.
Se utilizan materiales como madera, aleaciones metálicas y polímeros de
resinas plásticas, siendo estos últimos los más eficientes en costo y
rendimiento.

2. Sistema de Orientación
Los rotores de eje horizontal necesitan estar siempre alineados con la
dirección del viento para maximizar su rendimiento.
En máquinas de baja potencia (<50 kW), se usa un sistema de cola que
funciona como una veleta.
En máquinas más grandes, se emplean rotores auxiliares o
servomecanismos para ajustar la orientación automáticamente.
3. Sistema de Regulación
Permite controlar la velocidad de rotación y el par motor para evitar daños por
vientos fuertes.
Existen distintos tipos:
o Sistemas pasivos: Frenos mecánicos o aerodinámicos (puesta
en bandera) en caso de exceso de velocidad.
o Paso variable: Ajusta el ángulo de ataque de las palas para
regular la potencia absorbida.
o Regulación sobre el eje: Se utilizan frenos electromagnéticos o
de disco en turbinas de paso fijo.
4. Diseño Aerodinámico y Estructural
• El perfil de las palas debe estar optimizado para maximizar la captación
de energía del viento.

9. • La disposición del rotor puede ser a barlovento (delante de la torre) o
a sotavento (detrás de la torre), aunque esta última opción puede
generar efectos indeseados como la sombra de la torre.