Tipos de Turbinas Eólicas HAWT, VAWT y Más Explicados

La gran mayoría de las aerogeneradores vistas en todo el país en parques eólicos (tanto en tierra como offshore) son diseños estándar de 3 palas. Sin embargo, existen varios estilos/tipos diferentes de turbinas y la forma en que aprovechan la energía cinética del viento es bastante diferente.

Los dos principales tipos de turbinas eólicas son de eje horizontal y de eje vertical. Turbinas eólicas de eje horizontal tienen el eje de rotación orientado horizontalmente. Por lo general, cuentan con 3 palas y están diseñadas para enfrentarse al viento. Las turbinas eólicas de eje vertical tienen el eje de rotación alineado verticalmente y están diseñadas para aprovechar la energía cinética en la dirección opuesta.

Además de las turbinas eólicas de eje horizontal y vertical, existen otras iteraciones de la turbina que vale la pena explorar.

El tipo más común de aerogenerador es el ‘Aerogenerador de Eje Horizontal’. Se le llama eje horizontal porque el eje rotatorio está situado horizontalmente (ver diagrama, a continuación)

Los aerogeneradores de eje horizontal necesitan apuntar directamente al viento para operar con la máxima eficiencia, y toda la parte superior está diseñada para girar y enfrentarse al viento. Cuando el viento cambia de dirección, la parte superior debe girar (o ‘inclinarse’) para seguir apuntando hacia el viento.

Los aerogeneradores de eje horizontal se eligen para parques eólicos offshore y parques eólicos terrestres donde la tierra es en su mayoría plana y abierta, ya que funcionan más eficientemente que los turbinas de eje vertical en áreas donde el viento no es turbulento.

Construido para el tamaño

Aunque hay muchos aerogeneradores de eje horizontal a pequeña escala disponibles comercialmente para propietarios conscientes de la energía, una de sus grandes ventajas es que se escalan bien para su fabricación y pueden construirse MUY GRANDES. Esta es otra razón por la que se utilizan en parques eólicos. Es mucho más rentable construir y operar un solo aerogenerador de 10 megavatios (MW) que cinco aerogeneradores de 2 MW.

El mayor aerogenerador del mundo (a mediados de 2021) es el Vestas V236, con una potencia nominal de 15 megavatios (MW). Tiene un diámetro de rotor de 236m, ¡más del doble de la altura de la Estatua de la Libertad! Una sola rotación de sus aspas proporcionará suficiente electricidad para alimentar una vivienda promedio durante un día.

Aerogeneradores de eje vertical

Un tipo menos eficiente y menos común de aerogenerador es el 'Aerogenerador de Eje Vertical'. Se le llama eje vertical porque el eje de rotación está alineado verticalmente hacia arriba.

No es posible construir turbinas de eje vertical a las grandes escalas que vemos en los parques eólicos con turbinas de eje horizontal. La mayor turbina eólica de eje vertical jamás construida fue la turbina “ÉOLE” de 110 metros de altura y 3.8MW en Quebec, Canadá. Sin embargo, el rodamiento del rotor falló en 1993 bajo el peso de 880 toneladas que tenía que soportar. Ha estado inoperativa desde entonces y ahora es una curiosidad para los turistas. Es altamente improbable que alguien intente construir una turbina de eje vertical más grande que esta debido a los problemas de ingeniería asociados con el soporte directo de pesos tan pesados en un solo rodamiento.

Construido para flexibilidad

Aunque son más pequeñas, la principal ventaja que tienen las turbinas eólicas de eje vertical sobre las de eje horizontal es que no necesitan girar para orientarse. Recogen energía eólica de todas las direcciones todo el tiempo. Debido a la forma en que están diseñadas las palas, siempre giran en la misma dirección, sin importar de dónde venga el viento.

Esto hace que los aerogeneradores de eje vertical sean mejores para captar la energía eólica en tejados de ciudades y áreas construidas donde el viento turbulento cambia de dirección constantemente.

Aerogeneradores de eje vertical ocupan menos espacio que un aerogenerador de eje horizontal equivalente, y a menudo se eligen para áreas donde el espacio es limitado.

Diferentes tipos de VAWTs

Existen dos diseños principales de aerogeneradores de eje vertical, llamados Savonius y Darrieus. Estos diseños son bastante diferentes en la forma en que capturan la energía eólica.

VAWTs Savonius

Los aerogeneradores verticales de eje con estilo Savonius utilizan el principio de arrastre para convertir la energía eólica en energía rotacional mecánica. Funcionan como una pala, diseñados para atrapar el viento que entra en el turbinas, creando arrastre y forzándolo a rotar (ver diagrama, abajo). No importa desde qué dirección viene el viento, siempre golpeará tanto el frente como la parte trasera de la pala; sin embargo, la parte trasera redondeada de la pala crea menos arrastre, lo que permite que la turbina gire. Sin embargo, esto significa que un aerogenerador vertical de eje Savonius solo puede convertir, como máximo, el 15% de la energía eólica en energía rotacional mecánica.

VAWTs Darrieus

Los aerogeneradores verticales de eje Darrieus utilizan el principio de sustentación para convertir la energía eólica en energía rotacional mecánica, y son más eficientes que los aerogeneradores verticales de eje tipo Savonius. Los aerogeneradores verticales de eje Darrieus utilizan aspas que tienen una sección transversal con forma de ala de un avión. Cuando el viento pasa sobre la aspa, el efecto aerodinámico crea sustentación, y esto es lo que hace girar el aerogenerador (ver diagrama, abajo).

Las aspas aerodinámicas de un aerogenerador Darrieus pueden ser rectas, curvas o en forma de hélice (ver diagrama, abajo).

Todos estos son aerogeneradores Darrieus: las aspas del rotor son todas aletas aerodinámicas que generan sustentación, pero en diferentes configuraciones.

La configuración en hélice es perhaps la más interesante, ya que permite que una aleta aerodinámica más larga esté contenida dentro del mismo área de rotación que un aerogenerador de aspas rectas, capturando así más viento y aumentando la eficiencia.

Otros diseños de aerogeneradores

Aunque la mayoría de los aerogeneradores se encuentran en estas dos categorías principales (eje vertical y eje horizontal), han habido varios diseños experimentales que se alejan de la configuración normal de estos dos diseños.

El Árbol del Viento

El ‘Árbol del Viento’ construido por la empresa con sede en París New World Wind, está basado en un aerogenerador de eje vertical tipo Savonius, pero es novedoso porque utiliza muchos pequeños generadores dispuestos para parecer hojas en un árbol, creando un elemento decorativo urbano.

Vortex Bladeless

Vortex Bladeless es una empresa española que ha utilizado un método completamente diferente para extraer energía cinética del viento. Su ‘turbina’ no se parece a una turbina convencional, ya que no gira.

El sistema Vortex Bladeless utiliza un mástil de forma cilíndrica y alta, que extrae energía del viento mediante una técnica llamada resonancia inducida por vórtice. A medida que el viento pasa por el cilindro, provoca turbulencia detrás de él, lo que hace que el cilindro oscile o 'vibre' hacia adelante y hacia atrás, y es esta energía mecánica la que impulsa un alternador lineal, generando así una corriente eléctrica.

Al no tener aspas rotativas, este tipo de generador eólico no supone un peligro para las aves migratorias ni para la fauna silvestre.

Turbinas Accionadas por Vehículos

Un número de empresas han comenzado a desarrollar pequeñas turbinas eólicas de eje vertical que se pueden colocar en la mediana de carreteras y autopistas. En lugar de ser impulsadas por el 'viento natural', es la turbulencia causada por el flujo constante de vehículos que pasan a alta velocidad lo que hace girar estas turbinas. Así, aunque todavía sean turbinas eólicas verticales convencionales, es la situación a la que se aplican lo que es novedoso.

Turbina eólica de eje cruzado (CAWT)

La turbina eólica de eje cruzado es un diseño experimental de turbina de eje vertical que utiliza tanto palas horizontales como verticales en una configuración cruzada novedosa. Con tres palas verticales y seis palas horizontales, puede capturar la energía eólica procedente tanto de direcciones horizontales como verticales. Los estudios encontraron que era 2,5 veces más eficiente que una turbina de eje vertical convencional en las mismas condiciones de viento.

Turbina de corriente ascendente de torre de enfriamiento

Este diseño propone una configuración novedosa de una turbina de eje vertical Darrieus, orientada horizontalmente y situada en la parte superior de las torres de enfriamiento. El flujo ascendente del aire de escape de la torre, en lugar de desperdiciarse en la atmósfera, se utiliza para impulsar la turbina.