Una turbina es una máquina que convierte la energía cinética de un fluido en movimiento en trabajo útil o energía mediante un sistema de rotor. El engranaje mecánico o la inducción electromagnética permiten que las turbinas generen energía de esta manera. Existen diferentes tipos de turbinas, pero las más comunes se clasifican en turbinas eólicas de eje horizontal y vertical. En este artículo, aprenderá todo sobre las turbinas eólicas de eje horizontal, sus funciones y los tipos de turbinas eólicas de eje horizontal.
¿Qué es una turbina eólica de eje horizontal?
El tipo de turbina eólica más común en funcionamiento hoy en día es la turbina eólica de eje horizontal o HAWT. Las HAWT tienen un rotor con palas aerodinámicas (es decir, perfiles aerodinámicos) unidos a él; este rotor puede orientarse hacia el viento o en contra del mismo. Las turbinas eólicas de gran altitud suelen tener dos o tres palas que giran a velocidades muy rápidas. Las palas cónicas de los rotores a favor del viento permiten que la turbina se autooriente hacia el viento, mientras que los rotores a barlovento necesitan una aleta de cola o de guiñada para orientarlos correctamente. Sin embargo, se ha observado que los rotores a favor del viento se desvían al alinearse con vientos a baja velocidad, lo que resulta en una menor producción de energía a esas velocidades.
Los aerogeneradores de eje horizontal (HAWT) cuentan con ejes montados horizontalmente y perpendiculares al suelo. Al igual que los aerogeneradores de eje vertical (VAWT), pueden tener dos o tres palas. Hasta la fecha, el HAWT de tres palas ha demostrado ser el diseño más eficaz; sin embargo, tanto los modelos de rotor de dos palas como los de rotor orientado hacia el viento han tenido cierto éxito. La turbina de la góndola puede orientarse a barlovento (delante) o a sotavento (trasera). Los dispositivos de sotavento no necesitan un sistema de orientación mecánico, ya que siempre apuntan en la dirección del viento. El balanceo constante provocado por las ráfagas de viento es su mayor inconveniente, ya que provoca mayor fatiga. Veamos ahora los tipos de aerogeneradores de eje horizontal.
¿Cuáles son los tipos de turbinas eólicas de eje horizontal?
Las turbinas eólicas de eje horizontal tienen un diseño muy eficaz y son muy populares en el mercado. Al igual que otras turbinas eólicas, también existen turbinas eólicas de eje horizontal. Los tipos son los siguientes:
1. Turbina contra el viento
El rotor de una turbina eólica a barlovento está instalado en el parte superior de la torreEl objetivo principal de esta turbina es evitar que el viento proyecte sombras sobre la parte trasera de la torre. Debido a su rigidez y su retranqueo respecto a la torre, esta configuración se utiliza actualmente en la mayoría de las turbinas eólicas de alta eficiencia (HAWT).
2. Turbina a favor del viento
El rotor de una turbina a favor del viento está situado en la base de la estructuraEsta turbina en particular dirige el viento primero hacia la torre y luego hacia las palas del rotor. Debido a que el rotor atraviesa la sombra de la torre, esta turbina eólica experimenta variaciones en la potencia eólica. En este caso, las fluctuaciones de la potencia eólica se deben a la posición del rotor detrás de la góndola de la torre. Esto debería haberle ayudado a comprender los tipos de turbinas eólicas de eje horizontal.
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¿Cuál es el principio de funcionamiento de una turbina eólica de eje horizontal?
Después de comprender los tipos de aerogeneradores de eje horizontal, conozcamos también su principio de funcionamiento. La energía eólica es...convertido en par por el rotor, que luego se transmite a un eje de movimiento lento. El capazo Protege la caja de engranajes, el eje de alta velocidad y el generador, que reciben la energía del eje de baja velocidad. Las palas están unidas al rotor y al eje. Este eje se conoce como eje de baja velocidad porque el conjunto giratorio gira lentamente gracias al viento a una velocidad de tan solo 10 a 20 rpm.
Para alcanzar la frecuencia de salida deseada de 60 Hz, el eje de baja velocidad se conecta a la caja de engranajes, que cuenta con un sistema de engranajes que aumenta la velocidad de salida del eje a aproximadamente 1,800 rpm (o 1,500 rpm si la frecuencia es de 50 Hz). Por ello, el eje que sale de la caja de engranajes se suele denominar eje de alta velocidad. Finalmente, el eje de alta velocidad se acopla al generador, que transforma el movimiento rotatorio en corriente alterna. Si esta velocidad se utiliza para girar directamente el generador, la frecuencia de salida de CA es exactamente proporcional a la velocidad de giro del generador.
Las turbinas eólicas de accionamiento directo, por ejemplo, suelen utilizar un generador de CC en lugar de uno de CA y carecen de caja de engranajes. No está claro si incluyen un convertidor de CA a CC (que puede estar ubicado en la base de la torre). En las turbinas industriales, el controlador utiliza un controlador lógico programable (PLC) o una computadora. El controlador, que utiliza las lecturas del anemómetro, decide la orientación de la turbina, la energía que debe captar y si se le permite acelerar durante vientos fuertes. Este es el principio de funcionamiento de una turbina eólica de eje horizontal. A continuación, exploraremos los componentes de una turbina eólica de eje horizontal.
¿Qué son los componentes de una turbina eólica de eje horizontal?
Los componentes de una turbina eólica de eje horizontal incluyen una base, una torre, una góndola, un generador, palas del rotor, un buje, un eje, cajas de engranajes y anemómetros.
1. Fondo: La torre y otros componentes de una turbina eólica pesan una cantidad significativa de toneladas; por lo tanto, deben estar fijados de forma segura a una base sólida como una roca.
2. Torre: Una estructura alta que sujeta el buje del rotor y la góndola. Estas pueden fabricarse con celosía de acero, hormigón o acero tubular. Un aspecto clave del diseño de una turbina eólica de eje horizontal es la altura de la torre. Aumentar la altura de la torre permite que las turbinas absorban más energía eólica y produzcan más electricidad, ya que la velocidad del viento aumenta con la altitud. Aumentar la altura de un sistema eólico suele resultar en una mayor generación de energía y también reduce la turbulencia del viento.
3. Palas del rotor: Las palas de los aerogeneradores capturan la energía cinética del viento y la convierten en energía mecánica. Estas cuchillas están construidas con madera-epoxi o poliéster Reforzado con fibra de vidrio. Según el diseño, las turbinas eólicas pueden tener una sola pala, un par de palas, tres palas o más. Las turbinas eólicas de alta eficiencia (HAWT) de tres palas son la norma. Estas se fijan al buje del rotor. Antiguamente, se utilizaba la idea de varias palas para bombear agua, moler alimentos y realizar otras tareas.
4. Góndola: La góndola alberga los componentes clave de la turbina. La caja de engranajes, los ejes de alta y baja velocidad, el generador, el controlador y los frenos están instalados en la parte superior de la torre. La góndola está equipada con un anemómetro para medir la velocidad del viento y una veleta para detectar su dirección.
5. Centro: Para conectar una pala de rotor al eje de una turbina eólica se requiere un buje de rotor. El buje, los pernos, los cojinetes de la pala, el sistema de paso y los componentes internos conforman el conjunto del buje. Se utilizan acero, hierro y acero forjado en el... Production De los cubos de rotor, y el proceso de soldadura es esencial. A continuación, se muestran algunos ejemplos de cubos de rotor:
6 Ejes: El eje que transmite potencia al par de las ruedas motrices y los niveles de tensión en la construcción de acero hueco o sólido de un eje motriz son extremadamente altos. Con el uso de ejes motrices, la energía mecánica del buje de la pala puede enviarse al generador, lo que le permite convertir el movimiento giratorio en corriente eléctrica. Normalmente, una turbina eólica tendrá dos ejes.
7. Cajas de cambios: El eje de salida de la caja de cambios está acoplado al generador para transferir energía mecánica rotacional. Ley de inducción electromagnética de Faraday. Es el principio fundamental de su funcionamiento. Es un dispositivo que produce electricidad a partir de energía mecánica. En el caso de las turbinas eólicas, existen diferentes tipos de cajas de engranajes: transmisión planetaria, caja de engranajes helicoidal y transmisión con engranajes sinfín para turbinas.
8. Anemómetros: La magnitud de la energía cinética del viento depende en gran medida de su velocidad. El cubo de la velocidad del viento es directamente proporcional a la cantidad de energía eólica. Al elegir una ubicación, es crucial tener en cuenta la velocidad media del viento en la zona. Un anemómetro es una herramienta que se utiliza para determinar la velocidad de una corriente de viento. Normalmente, se encuentra sobre la góndola.
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¿Para qué se utilizan las turbinas de eje horizontal?
Para maximizar la producción de energía y la eficiencia energética, las centrales eólicas a gran escala suelen utilizar turbinas eólicas de eje horizontal. Estas turbinas eólicas se ven típicamente en
- Instalaciones de fabricación
- Grandes parques eólicos
- Edificios patrocinados por el gobierno
Con esto, has aprendido para qué se utilizan las turbinas de eje horizontal. Después, también podrías aprender sobre las turbinas eólicas de eje horizontal. ventajas y desventajas.
¿Cuáles son las ventajas y desventajas de las turbinas eólicas de eje horizontal?
Al igual que otros dispositivos, las ventajas y desventajas de las turbinas eólicas de eje horizontal son bastante evidentes. Analicémoslas a fondo aquí.
Ventajas de la turbina eólica de eje horizontal-
1. Generaciones poderosas
Dependiendo de la aplicación, se pueden construir aerogeneradores de eje horizontal con una potencia de entre 2 MW y 8 MW. Un aerogenerador terrestre con una capacidad de 2.5 a 3.0 megavatios Puede generar alrededor de 6 millones de kWh al año, suficiente para abastecer a 1,500 hogares típicos de la UE. Esto depende del tamaño de la turbina y de la velocidad del viento.
2. Suficientemente confiable
Las turbinas eólicas de eje horizontal han dominado el mercado durante muchos años, por lo que su diseño y desarrollo se encuentran en un estado avanzado. Se investigan tanto la practicidad como la utilidad de las turbinas eólicas de eje horizontal, ya disponibles en el mercado, y su potencial desarrollo futuro.
3. Vientos operativos excepcionalmente fuertes
Aerogeneradores de eje horizontal Consiga el viento a velocidades más altas Debido a la altura de los rotores, es probable que funcionen a velocidades de viento más altas, lo cual es ideal para su rendimiento. El flujo de aire a gran altitud suele ser constante, lo que convierte a las turbinas eólicas de eje horizontal en una fuente de energía renovable más fiable.
4. Eficiencia a un nivel muy alto
Es imposible convertir energía sin que se desperdicie parte de ella. Un objetivo principal del desarrollo de nuevos productos en el sector de la energía eólica es cómo aumentar la eficiencia de la conversión energética. Actualmente, las turbinas eólicas más productivas son las de eje horizontal. Son lo suficientemente eficientes como para... convertir entre el 40 y el 50 por ciento de la energía eólica entrante en electricidad utilizable.
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Desventajas de las turbinas eólicas de eje horizontal:
1. Difícil de mover, instalar y mantener en funcionamiento.
Dado que las turbinas eólicas de eje horizontal son tan masivoPresentan importantes obstáculos logísticos y técnicos durante el envío y la instalación. Los aerogeneradores de eje horizontal tienen palas que pueden alcanzar los 70 metros de longitud y pesar hasta 20 toneladas, lo que dificulta su instalación en las carreteras estrechas y sinuosas típicas de las regiones montañosas o en calles urbanas comunes, flanqueadas por viviendas, líneas de servicios públicos y farolas.
2. Infligir daño al medio ambiente
Todavía existe mucho debate y controversia en torno al tema de cómo funcionan las turbinas eólicas de eje horizontal. afectar el medio ambiente circundanteEl rugido de las enormes cuchillas al cortar el aire, la enorme sombra que proyectan y la perturbación que provocan en la fauna y los ecosistemas circundantes son motivos de preocupación.
3. Cambio en el ecosistema marino
Es probable que las turbinas eólicas marinas alteren el ecosistema marino de maneras que aún no comprendemos, mientras que las palas de las turbinas eólicas de eje horizontal representan un riesgo de colisión con criaturas voladorasMúltiples estudios han encontrado que las turbinas eólicas no son directamente responsables de más del uno por ciento de las muertes anuales de aves en los Estados Unidos causadas por accidentes con objetos y prácticas artificiales.
4. Requisitos estrictos para la instalación
Las regulaciones para el desarrollo y la instalación de turbinas eólicas pueden ser obstáculos, a pesar del hecho de que los gobiernos de todo el mundo han proporcionado incentivos para embarcarse en la iniciativa. energía renovable Revolución. Para una turbina eólica de eje horizontal, por ejemplo, el retranqueo requerido desde una casa adyacente suele ser cuatro veces la altura total de la turbina. El gobierno municipal necesita hacer un... estudio de ruido Antes de permitir la construcción de un parque eólico, es fundamental considerar tanto el ruido de fondo como el ruido que generará la turbina eólica. Si bien suele haber una buena regla general, la política puede variar según factores como el clima político, social y natural.
Las turbinas eólicas de eje horizontal (HAWT) desempeñan y seguirán desempeñando un papel importante en el futuro de las energías renovables. Es fundamental comprender todos los aspectos de estas tecnologías, como las ventajas y desventajas de las turbinas eólicas de eje horizontal, los tipos de turbinas, etc. Esto ayuda a prepararse para el futuro que se avecina.
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