Es el turno de conversar sobre una de las más antiguas maneras para capturar energía sustentable, pero ahora con recientes avances técnicos. Hablemos de la energía del viento o de la energía eólica. La energía eólica refiere a la captura del flujo de la cinética del aire a través de la utilización de turbinas de viento que sirven para alimentar mecánicamente a unos generadores que transforman este movimiento en energía eléctrica. La energía eólica es abundante, renovable, ampliamente distribuida, limpia, no produce emisiones de gases invernadero durante su funcionamiento y tampoco consume agua. El nombre eólico viene del término "Eolo", quien representa el Dios de los Vientos en la Mitología Griega. ¿Cuáles son los tipos mas comunes de turbinas de viento que están disponibles para capturar esta forma inagotable de energía? Los ejemplos de turbinas de mayor utilización en el mercado son que se desarrollan a partir de las tecnologías de eje horizontal y de eje vertical. Su nombre proviene por el hecho de que el rotor se coloca en dirección a una proyección horizontal o a una proyección vertical con respecto a la superficie del terreno. ¿Cuáles son las ventajas de cada una de ella?. Comencemos por las de turbinas de eje horizontal. Este tipo de turbina normalmente tiene mayor capacidad de potencia porque son instalaciones muy altas. Mientras las torres sean mas altas, pues permiten el acceso a vientos más fuertes. Por cada 10 metros de altura de torre, la velocidad del viento puede aumentar hasta un 20% y la potencia hasta un 34%. Las turbinas horizontales son mas eficientes, ya que las aspas se mueven perpendicularmente al viento y reciben mas empuje para la rotación. Este tipo de turbinas es muy apropiado para las áreas de costa afuera. En tanto que las ventajas para las turbinas de eje vertical se adapta muy bien para las áreas urbanas. Tienen un diseño compacto, no necesitan colocar el generador en la parte superior de la instalación, por lo que se hacen bastante versátiles. Tienen un arranque a velocidades de viento mucho más bajos. Puede utilizar vientos en diferentes direcciones y además son bastante silentes. Aquí tienen una imagen esquemática en donde se pueden ver los detalles de una turbina de eje horizontal. En el lado izquierdo observamos las partes principales de la torre de soporte y en el lado derecho las partes internas de la cabina de generación eléctrica. Con gusto les puedo nombrar algunos de los componentes de la cabina tales como: el rotor, la veleta de dirección de vientos, la caja de cambios, el freno de seguridad, el anemómetro para medir la velocidad del viento, el generador eléctrico… etc. El principio técnico de las turbinas de eje vertical es el mismo que el de diseño horizontal, pero en este caso, el eje del rotor está en un ángulo de 90 grados con respecto al plano del terreno. Por otra parte, el generador comúnmente se localiza en la base de la instalación. Existen unas tecnologías emergentes que valen la pena mencionar. Comencemos primero por la turbina flotante aerotransportada. Se trata de un globo que levanta una turbina eólica. La mayoría de los fabricantes de turbinas eólicas están compitiendo para construir equipos más altos para así aprovechar los vientos más potentes por encima de 400 pies. La empresa Altaeros va mucho más “alto” con su novedosa Turbina Buoyant Airborne (o B.A.T). La B.A.T de Altaeros puede alcanzar elevaciones de 2,000 pies. En esta altitud, las velocidades del viento son mucho más rápidas y tienen una densidad de potencia cinco o seis veces mayor. Como resultado, el B.A.T puede generar más del doble de la energía que una turbina montada en una torre convencional. Las tecnologías clave de BAT incluyen un novedoso diseño aerodinámico del globo. El inflable que conduce el viento a través de una turbina eólica ligera, está llenado con helio. Pasemos a ver la propuesta de la empresa Vortex. Este modelo corresponde a un generador de viento sin aspas. En lugar de capturar la energía a través del movimiento de rotación de una turbina, el sistema Vortex aprovecha lo que se conoce como aeroelasticidad, que es lo que se produce cuando el viento induce una fuerza suficiente para que un mástil comience a oscilar. Una vez que la frecuencia del viento hace que el mástil entre en una condición de flameo, un electro-magneto colocado en el mástil, convierte el movimiento oscilatorio en electricidad. Este sistema no tiene partes de engranajes, por lo que el costo de mantenimiento es bastante bajo. También es más seguro para las aves, ya que NO tiene aspas con que colisionar. Cambiemos a otro punto y presentemos los factores determinantes para calcular la potencia y la captura de la energía del viento. Pueden observar aquí la formula de la potencia y sus variables básicas directas. Por ejemplo: la densidad del aire, la velocidad del viento, el área de barrido de un rotor (O sea el área del círculo desarrollado por dicho rotor). Por último tenemos el valor del coeficiente de potencia, el cual, según la Ley de Bertz, su máximo posible es 0.59 o 59% . La Ley de Bertz se basa en el principio que la velocidad del viento disminuye al pasar por un rotor. Esta reducción de empuje es de casi 2/3 de la velocidad inicial del viento. Esto significa que NO es posible aprovechar toda la energía cinética del viento y que su máximo matemático es, como dije antes, 59%. Por otra parte, la velocidad del viento también está afectada indirectamente por otros factores tales como: la localización geográfica, la altura de la torre con respecto a la superficie y una larga lista de variables climáticas. Y tocando el punto de densidad de potencia y localización geográfica, miren en esta lámina las diferentes densidades de potencia cuando se compara sí una turbina de 50 metros de alto se encuentra en territorio de costa o en alta mar. En general, la densidad de potencia es mayor en áreas de aguas abiertas. En esta cartulina electrónica me gustaría destacar tres cosas importantes. Primero el hecho que, internamente, las aspas tienen secciones que simulan una colmena de abejas para así disminuir peso y aportar suficiente integridad estructural para NO deformarse con el empuje del viento. Segundo, aquí ven una clasificación de las turbinas dada a su capacidad, en donde se considera que, a partir de una potencia de 750 KW, pues estamos hablando de una turbina de tamaño mayor, de generación mayor. Por último, los promedios significativos de velocidades de vientos, en donde podemos observar que con una velocidad de 3.5 m/s, las aspas comienzan a moverse. 7.5 m/s es una velocidad promedio ideal para alcanzar buenos rendimientos de generación eléctrica y que, a partir de 24 m/s, pues se hacen paralizar las aspas de los rotores para evitar colapsos de integridad mecánica en los rotores.Conversemos seguidamente sobre el potencial de generación de energía eólica en un país, y escojamos el mapa del potencial que existe en los Estados Unidos de América. Aquí puede determinarse que, cuando utilizamos torres de 30 m de altura, los estados centrales de este país tienen la opción de capturar vientos con velocidades de entre 7 a 7.5 m/s. Pero ahora elevemos las torres a unos 80 metros y además, incorporemos las zonas costeras de los EE.UU. y de los Grandes Lagos. Como puede advertirse en esta nueva diapositiva, los potenciales de generación eléctrica se pueden ver beneficiados con velocidades de entre 9 a 10 m/s. Muy en particular en las zonas marítimas o en el área de los Grandes Lagos, localizados entre Estados Unidos y Canadá. Pasemos a hablar sobre un caso interesante de otro país en particular: Dinamarca.

Esta nación báltica es la líder de energía eólica per cápita en el mundo. Además, tienen un excelente factor de capacidad. En el caso de Dinamarca, solo tenemos que dividir su generación anual de: 14,13 TWh/año por la capacidad instalada de 5 GW, para obtener aproximadamente 2,8 kWh/W año de capacidad instalada. Sí lo dividimos nuevamente por las horas en un año, obtenemos un factor de capacidad de 0.32. Esta es una buena eficiencia energética, sabiendo que la eficiencia máxima (Que está limitada por la Ley de Bertz) es de 0.59. La generación de electricidad por concepto eólico es tan provechosa en Dinamarca, que cubre la demanda eléctrica nacional en un 40%. A nivel mundial tenemos una producción por año de 521 TWh y la actual capacidad instalada de generación eléctrica atribuido a la captura de energía eólica o de viento es de 283 GW. Esto representa un porcentaje de 2.3% de la demanda eléctrica global y 10% de la fracción renovable. Repito, esto sólo es correspondiente a la demanda eléctrica mundial.Para terminar con el caso de la energía eólica, comparto con ustedes algunos pros y contras de esta tecnología.

Como “Pros” tenemos que los costos de operaciones son relativamente bajos y continúan disminuyendo. El suministro del viento es abundante y la fuente es esencialmente gratuita, una vez que se paga por la infraestructura. Tiene una baja huella de emisiones de CO2 en todo su ciclo de vida. Además es una opción económicamente factible y aplicable a gran escala.

Como “Contras” observamos que el viento, en ciertas ocasiones, es inconsistente e impredecible. Los parques eólicos generalmente se encuentran en áreas rurales y son considerados (por algunas personas) como poco atractivos para el paisaje. Debido a la localización remota de los sitios de generación, pues también ocurren pérdidas de carga durante la transmisión de electricidad. Además,el viento es muy variable durante las estaciones del año, así como también durante el día y la noche. Finalmente, las aspas de las turbinas representan un riesgo para las aves y también los murciélagos.