Para la realización de cualquier trabajo es necesario consumir energía. Es importante conseguir un uso racional de la energía, por ello hay varias recomendaciones como:
- Aprovechar y almacenar la energía renovable.
- Transformar la energía.
- Estudiar y perfeccionar los sistemas que consumen energía.
Según la primera Ley de la Termodinámica, la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma.
Los recursos energéticos que se encuentran directamente en la naturaleza y no han sido sometidos a ningún proceso de transformación se clasifican en dos grupos:
- Fuentes no renovables: Una vez consumidos no vuelven a regenerarse, por lo que tienden a ser agotables. Los principales son el petróleo, carbón, gas y uranio.
- Fuentes renovables: Se regeneran continuamente en función de su consumo. Los principales son las fuentes de energía hidráulica, eólica, solar y biomasa.
La energía disponible es la que consumimos cada día en viviendas, industrias o transporte. Estas energías pueden ser transformadas para su uso en las tres formas posibles que son la luminosa, mecánica y térmica.
La fuerza del viento es la energía eólica, una de las fuentes de energía renovables más utilizadas, desde muy antiguo, por el hombre. Su uso permite ser transformada en energía eléctrica y está en otras formas posibles de energías y estas a su vez transformarse en otras.
Tipos de Molinos de Viento
Son muchos los tipos y nombres de molinos de viento debido a las características según las condiciones meteorológicas del lugar.
El viento tiene dos variables fundamentales: la dirección y la velocidad.
Molino de Poste
Fueron los primeros molinos, tenían un marco inferior, fuerte y rígido, se apoyaban en el suelo, podían girar para orientarse en el sentido del viento gracias a una vara de cola que el molino hacía girar, más tarde se implantó una rueda de aspas de cola. La rueda accionaba un eje vertical que esto mueve un par de ruedas sobre una pista circular. Los vientos laterales hacen girar las aspas de cola, entonces las ruedas lo reorientan en la dirección del viento.
Molino de Torre
La torre solía estar construida de ladrillos o de madera sobre una base de ladrillos. Solo giraba el casquete superior, que llevaba alojado el eje del molino donde están acopladas las aspas y desde el que se desplaza sobre ruedas y se orienta al viento.
Molino para Bombeo Hidráulico
Se llamaba motor eólico. Eran principalmente de madera y accionaban bombas alternativas mediante el mecanismo de manivela. Se emplearon en explotaciones agrícolas.
Evolución Histórica del Aprovechamiento Eólico
Siglo XIX, Leopold Jacob unió una bomba de pistón a un molino de ocho palas. Este modelo supuso, por primera vez, la percepción del molino de viento como máquina capaz de producir electricidad.
Meteorología, Viento y Energía Eólica
La meteorología es una de las ramas de la física que estudia las leyes que rigen los fenómenos atmosféricos.
La atmósfera es la capa constituida por una mezcla de gases llamados aire, que envuelve la Tierra, tiene un espesor de 800-1000 km. La estructura vertical de capas que constituyen la atmósfera y el paso gradual de una a otra, se representan en un gráfico.
Troposfera
Es la capa más cercana a la superficie terrestre. En esta capa se desarrolla la vida y se producen la mayoría de los fenómenos meteorológicos. Contiene el 75% de la masa gaseosa de la atmósfera. La parte superior se denomina tropopausa.
Estratosfera
Esta capa se extiende por encima de la tropopausa. Su aire es menos denso. Predomina el ozono que protege a los organismos pues absorbe los rayos y regula la temperatura. La parte superior es la estratopausa.
Mesosfera
Se extiende por encima de la estratopausa donde la temperatura desciende en la mesopausa. Contiene pequeña parte de ozono y vapores de sodio.
Termosfera o Ionosfera
Se extiende por encima de la mesosfera. Su límite superior es la termopausa. Sus componentes gaseosos están formados por átomos cargados eléctricamente (iones). El gas predominante es el hidrógeno.
Exosfera
Es la capa externa de la Tierra por encima de la termopausa. Compuesta por hidrógeno y helio.
Composición de la Atmósfera
La homosfera o atmósfera baja se extiende hasta una altura de 80-100 km. El aire es una mezcla de gases que contiene partículas sólidas y líquidas. La composición de aire seco es la siguiente: 78% de nitrógeno, 21% de oxígeno y 9% de argón.
Origen del Viento
Los rayos solares inciden perpendicularmente en el ecuador y oblicuamente en los polos, genera aire con diferentes temperaturas, densidades y presiones. El aire, al desplazarse desde las altas hacia las bajas presiones, da lugar al viento.
De la energía solar que llega, solo un 2% se convierte en energía cinética de los vientos. El aire que más se calienta se vuelve más ligero al contrario del que menos se calienta.
La totalidad de los vientos se ven influenciadas por varios factores:
Fuerza Gravitatoria
Producen una aceleración del aire equivalente a la de la fuerza de la gravedad. Retiene la atmósfera de la Tierra.
Fuerza de Rozamiento o de Fricción
Producen variación en la velocidad del aire. Esta fuerza se hace más importante en la troposfera.
Fuerzas de Coriolis o de Deflexión Horizontal
Son el efecto que produce el movimiento de rotación. En el hemisferio norte el viento se desplaza en el sentido de las agujas del reloj y en el hemisferio sur, en el sentido contrario.
Hay dos tipos de circulación del aire en la atmósfera:
Circulación Planetaria
Se debe a las variaciones de la radiación solar incidentes sobre la Tierra, así como al efecto que la rotación del planeta presenta sobre las masas de aire. En ausencia de rotación, las diferencias térmicas y de presión entre la zona ecuatorial y los polares producirán un movimiento circulatorio del aire.
Circulación a Escala Local
Se tienen en cuenta fenómenos de circulación de los vientos de ámbito local. Este es el caso de las brisas marinas como consecuencias del rápido calentamiento de la tierra durante la mañana.
Estaciones Meteorológicas
Tras la elección de un lugar se instala estaciones meteorológicas para estudiar durante un año los datos meteorológicos necesarios para la medida del recurso eólico en la zona. La cantidad y tipo de estaciones meteorológicas están condicionadas por la expansión de la zona.
Evaluación del Recurso Eólico
La estimación de la energía está basado en una prospección eólica previa de velocidades, frecuencias y direcciones del viento en la zona que permiten conocer el comportamiento del viento y las características que más afectan al diseño y funcionamiento:
- Distribución de velocidades medias del viento, estacionales e interanuales.
- Distribución de frecuencias de dirección.
- Distribución de probabilidades de velocidades.
- Variación del viento con la altura.
- Variaciones estacionales y diurnas de la densidad del aire y densidad con la altura.
- Interacciones de estelas entre máquinas en parques eólicos.
- Influencia de la topografía.
- Estadística de ráfagas y valores extremos de viento.
- Condiciones atmosféricas especiales.