Universidad del CaribeDepartamento de Ciencias Bsicas e Ingenieras

Ingeniera AmbientalMecnica de Fluidos

Resumen"Historia de la Energa Elica"

Matrcula Nombre del Estudiante130300220 Miguel Angel Olivera Alcocer

Prof. Victor Manuel Romero Hernandez

1. Historia de la Energa ElicaEn el planeta existen zonas caracterizadas por ser de alta y de baja presin.

El viento es una masa de aire que se desplaza desde zonas de altas presiones azonas de bajas presiones, las variaciones de presin en stas se presentan debidoa diferencias de temperaturas. El aire se calienta y tiende a ascender en laszonas de alta presin, posteriormente ste se desplaza hacia las zonas de bajapresin donde se enfra y desciende. Estas corrientes tienden a seguir patronescclicos y a formar clulas de aire entre ciertas zonas alrededor del planeta.

ClulasdeHadley,ubicadasentrelatitudes30N-0,y0-30S.Fuente:https://askabiologist.asu.edu/profundizando-en-los-desiertos

1

Dichas zonas se encuentran ubicadas en: el ecuador o latitud 0, en laslatitudes 30N y 30S, en las latitudes 60N y 60S, y en las latitudes 90N y90S, siendo stas de alta, baja, alta y baja presin respectivamente.

Efecto Coriolis y clulas de aire.

Fuente: Remote Sensing Tutorial, NASA

Las corrientes de aire dentro de stas las clulas poseen energa cinticaque puede ser transformada en formas tiles de energa para las actividadeshumanas. La energa obtenida a partir de estas corrientes de aire es conocidacomo energa elica.Es importante analizar la historia de la energa elica ya que, con base en ella,

se permiten mejorar los dispositivos actuales para alcanzar mayores eciencias.De igual manera, se permite comprender el porqu de los diseos de dispositivosactuales al realizar una comparacin con los dispositivos antiguos.

1.1 Generacin de energa mecnica

La energa elica ha sido utilizada desde la antigedad. Las primeras formasde la utilizacin de sta se basan en la navegacin, en donde las primeras refer-encias proceden de Egipto, estos usaban embarcaciones a vela para trasladarsepor el rio Nilo hace 3 000 aos a.C. De igual manera se empleaban molinos deviento para moler granos en Persia, Egipto y China, o bien, en Babilonia, seempleaban para el bombeo de agua y as formar un sistema de riego. Estas

2

civilizaciones disponan de mquinas elicas de rotor vertical con varias palasde madera o caa, sin embargo, dichas maquinas eran inecientes y susceptiblesa daos con vientos de altas velocidades.

Molino de viento Persia (Gipe, 1995)

La energa elica lleg a Europa durante la edad media. Los molinos deviento empleados fueron de eje vertical y se usaron para casi todas las actividadesmecnicas. Estos, al ser usados como maquinas motorizadas, facilitaron desdela extraccin de agua hasta el corte de maderas.Posteriormente, los molinos fueron construidos en postes con capacidad para

voltearse hacia el viento cunado la direccin de este cambiase. El nmero ytamao de aspas se bas en la facilidad de construccin y en la eciencia delmolino, determinada empricamente.

Molino Bata Europeo (Hills, 1994)

3

Antes de la revolucin industrial, la energa elica como sustituto de las ac-tividades mecnicas segua siendo una importante fuente de energa en Europa,sin embargo, despus de la revolucin industrial, el avance y desarrollo de losmolinos tuvo una pausa. Esto debido a la aparicin del carbn y su fcil trans-portacin en comparacin con los molinos de viento estacionarios. Adems deque el carbn poda ser usado en cuanto se deseara.Los molinos de viento de nales del siglo XVlll cambiaron el enfoque del

uso del viento para la energa mecnica debido al uso de la mquina de vapor.Mientras los molinos europeos decrecan, se introdujo una nueva variante demolino de viento a los Estados Unidos, los molinos de abanico, fueron utilizadosprincipalmente para bombeo de agua. Se instalaron en ranchos para el ganadopara el suministro de agua para los ferrocarriles a vapor.

Diseo de molino de viento de bombeo de agua de Amrica (US Department of Agriculture)

1.2 Generacin de energa elctrica

A nales del siglo XlX, el dans Poul LaCour fue el primero en construiruna turbina de viento que gener electricidad. Posteriormente ingenieros dane-ses mejoraron esta tecnologa durante la primera y la segunda guerra mundialcon la nalidad de superar la escasez de energa. Las turbinas de viento hechaspor la empresa danesa FL Smidth construida en 1941-1942 pueden consider-arse precursoras de los aerogeneradores modernos. Estas turbinas fueron lasprimeras en utilizar supercies aerodinmicas basadas en el conocimiento deavance aerodinmico en ese momento.Despus de la segunda guerra mundial, Johannes Juul en Dinamarca desar-

roll un nuevo diseo. Su turbina, instaladas en Gedser, Dinamarca, gener

4

alrededor de 2.2 millones de kWh entre 1956 y 1967. Al mismo tiempo, elalemn Htter tuvo un nuevo enfoque. Su turbina de viento se compuso de dosaspas de bra de vidrio delgadas montados a favor del viento de la torre. Laturbina de Htter se hizo conocido por su alta eciencia.A pesar del xito inicial de Juul y de turbinas de viento de Htter, el inters

en gran escala de generacin elica se redujo despus de la Segunda GuerraMundial debido a que el petrleo era mucho ms barato (el petrleo sigue siendomucho ms barato en la actualidad) y competitivo en el mercado energtico;lamentablemente al mismo tiempo, el inters en el desarrollo a una escala mayordisminuy por la creciente disponibilidad de electricidad generada por centralesde combustibles fsiles. Solamente los aerogeneradores de pequea escala parasistemas de energa a distancia o para cargar bateras recibieron algn inters.El pionero de las pequeas turbinas fue Marcelo Jacobs, sus rotores tenan tresaspas con verdaderas formas aerodinmicas que comenzaban a parecerse a losgeneradores actuales.

Turbina de Jacobs (Jacobs, 1961)

Con la crisis del petrleo a principios de la dcada de 1970, la disponibilidadde materiales avanzados y tecnologas nuevas con la riqueza de viento aprovech-able en el norte de Europa, despert el inters de nuevo y caus el desarrollo deturbinas grandes para producir electricidad para la red pblica. Como resultado,el apoyo nanciero para la investigacin y el desarrollo de la energa elica llegoa estar disponible de nuevo. Pases como Alemania, EE.UU. y Suecia utilizaronese dinero para desarrollar a gran escala prototipos de aerogeneradores en elrango de MW. Muchos de estos dispositivos no se realizaron debido a diversosproblemas tcnicos.Sin embargo, debido a los regmenes especiales de ayuda del gobierno en al-

gunos pases, (en Dinamarca, por ejemplo) un mayor desarrollo de la utilizacin

5

de la energa elica se llev a cabo. El nico esquema importante fue la Ley dePolticas de Regulacin de Servicios Pblicos (PUPRA), aprobada por el con-greso de Estados Unidos en noviembre de 1978. Con esta ley, el presiente Cartery el congreso de Estados Unidos incrementaron la capacidad de almacenamientode energa y hubo un aumento en la eciencia, con ello, lograron disminuir ladependencia del pas del petrleo extranjero. Se instalaron dos parques elicosen San Francisco y en Los ngeles, el primero consista en aerogeneradores de50 kW, con el paso de los aos el tamao de la turbina aumento a 200 kW anales de 1980. Al nal de la dcada de los 80s, cerca de 15 000 aerogeneradorescon una capacidad de casi 1 500 MW se instal en California.

Parque elico de California (National Renemable Energy Laboratory)

La dcada de 1990 vio la desaparicin de muchos fabricantes de aerogener-adores en EE.UU., el centroide se traslad a Europa, sobre todo a Alemania yDinamarca. La preocupacin por el calentamiento global y los continuos temoressobre la energa nuclear se tradujeron en una fuerte demanda de mayor energaelica, al igual que en otros pases y as, progresivamente no detuvo su crec-imiento y uso en el mundo, por lo que sigue expandindose en la actualidad enconjunto con otras energas renovables.En los ltimos 25 aos, el tamao y la capacidad de los aerogeneradores

comerciales ha incrementado eventualmente de aproximadamente 50 kW a 2MW, con mquinas hasta de 5 MW. La capacidad total instala en el mundoa partir del ao 2001 fue de aproximadamente 20 000 MW, con la mayora deinstalaciones en Europa.

6

Tamao, peso y dimetro representativos de las turbinas elicas.

En 2013 Dinamarca gener 33.2% de su electricidad del viento y Espaa20.9%. En varios pases (por ejemplo, Portugal, Alemania y ahora Uruguay)la produccin est entre el 10% y el 20% con un fuerte crecimiento. La WorldWind Energy Association publica los ltimos datos en sus reportes semi anualesy tiene un mapa interactivo con datos de la capacidad elica instalada por cadapas.

Capacidad de la energa elica en el mundo 2004-2014.

7

Referencias: Manwell, J. F., McGowan, J. G., Rogers, A. L. (2010) Wind energy ex-

plained, theory, design and application. Estados Unidos. John Wiley and Sons,LTD. Ackermann, T. (2005). Wind power in power systems. Inglaterra. John

Wiley and Sons, LTD. Energy.gov, (2016). History of Wind Energy j Department of Energy. [on-

line] Available at: http://energy.gov/eere/wind/history-wind-energy [Accessed13 Jan. 2016]. Windenergyfoundation.org, (2016). History of Wind Energy j Wind En-

ergy Foundation. [online] Available at: http://windenergyfoundation.org/about-wind-energy/history/ [Accessed 13 Jan. 2016].

8