Aerogenerador de eje vertical y horizontal: principales diferencias

La energía eólica es una de las formas de energía renovable más prometedoras y utilizadas en el mundo. Se basa en el aprovechamiento del viento para generar electricidad mediante el aerogenerador. Este dispositivo, el aerogenerador han evolucionado significativamente en las últimas décadas, y se dividen principalmente en dos tipos: aerogeneradores de eje vertical y aerogeneradores de eje horizontal. En este artículo, exploraremos las principales características de ambos tipos, así como sus diferencias fundamentales.

Introducción

Dos tipos comunes de aerogeneradores son los de eje horizontal y los de eje vertical. A lo largo de este post, realizaremos una comparación exhaustiva entre ambos tipos de aerogeneradores en términos de eficiencia, costos, mantenimiento, impacto ambiental y aplicaciones específicas. El objetivo es proporcionar una visión general de las fortalezas y debilidades de cada tipo, así como orientación para la selección adecuada según las necesidades y características del proyecto. Si eres un apasionado/a de las energías renovables y quieres seguir aprendiendo sobre ellas, en INESEM tienes disponible un Máster en Energías Renovables y Eficiencia Energética, impartido por docentes especializados y completamente online. 

Diseño y funcionamiento del aerogenerador

Los aerogeneradores de eje horizontal tienen un diseño en el que el rotor se encuentra orientado hacia el viento. Por otro lado, los aerogeneradores de eje vertical tienen un rotor que captura el viento desde cualquier dirección. Ambos diseños emplean diferentes mecanismos para convertir la energía cinética en energía eléctrica.

Diseño y Estructura de un Aerogenerador de eje Horizontal

Los aerogeneradores de eje horizontal (HAWT, por sus siglas en inglés) son los más comunes y reconocibles. Su diseño se caracteriza por tener un eje de rotación paralelo al suelo y, generalmente, perpendicular a la dirección del viento. Las principales partes de un aerogenerador de eje horizontal incluyen:

• Rotor: Compuesto por las palas que capturan la energía del viento. Estos pueden tener entre dos y tres palas, siendo el diseño de tres palas el más eficiente y común.
• Nacelle: Contiene los componentes mecánicos y eléctricos, incluyendo el generador, el multiplicador de velocidad y los sistemas de control.
• Torre: Estructura que sostiene la nacelle y el rotor a una altura considerable para captar vientos más fuertes y constantes.
• Sistema de orientación (Yaw): Permite que el rotor gire para enfrentar la dirección del viento, optimizando así la captura de energía.

El funcionamiento de los HAWT se basa en la conversión de la energía cinética del viento en energía mecánica a través de las palas del rotor. Esta energía mecánica se transmite al generador a través del eje y el multiplicador de velocidad, convirtiéndose finalmente en electricidad. La eficiencia de estos aerogeneradores puede variar, pero generalmente se sitúa en torno al 35-45% de la energía del viento capturada.

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Diseño y Estructura de un Aerogenerador de eje Vertical

Los aerogeneradores de eje vertical (VAWT, por sus siglas en inglés) tienen un diseño en el que el eje de rotación es perpendicular al suelo. A diferencia de los HAWT, no necesitan sistemas de orientación, ya que pueden capturar el viento desde cualquier dirección. Sus principales componentes incluyen:

• Rotor: Puede ser de varios diseños, como el Darrieus (en forma de C o H) o el Savonius (con aspas en forma de S).
• Generador: Ubicado en la base del aerogenerador, lo que facilita el acceso para mantenimiento.
• Estructura de soporte: A menudo más baja y robusta que en los HAWT.

El principio de funcionamiento de los VAWT es similar al de los HAWT, convirtiendo la energía cinética del viento en energía mecánica a través del rotor, que luego se convierte en electricidad mediante el generador. Sin embargo, su eficiencia suele ser menor, situándose en torno al 30-40%, debido a la menor velocidad del viento que suelen captar y a las pérdidas aerodinámicas.

Eficiencia

La eficiencia de un aerogenerador es un factor crucial para su rendimiento y rentabilidad. Los de eje horizontal tienden a tener una mayor eficiencia global debido a su capacidad para aprovechar mejor la velocidad y dirección del viento. Por otro lado, los de eje vertical tienen una eficiencia ligeramente inferior debido a las interacciones entre las palas y el viento en diferentes ángulos de ataque.

Costos

En términos de costos, los aerogeneradores horizontales suelen ser más económicos de fabricar y mantener debido a su mayor escala de producción y a la disponibilidad de tecnologías bien establecidas. Los verticales, en cambio, pueden ser más costosos debido a su posición en el mercado y al menor volumen de producción.

Mantenimiento y vida útil

Ambos tipos de aerogeneradores requieren un mantenimiento regular para garantizar su operatividad óptima. Sin embargo, los de eje horizontal generalmente son más fáciles de mantener debido a su accesibilidad y a la posibilidad de utilizar equipos estándar. Los de eje vertical, por su parte, pueden requerir un mantenimiento más especializado debido a su diseño y a la necesidad de acceder a componentes ubicados en una posición menos accesible.

Impacto visual

En términos de impacto ambiental, los aerogeneradores, tanto horizontales como verticales son considerados formas de generación de energía limpia. Sin embargo, los de eje horizontal pueden tener un mayor impacto visual y acústico debido a su tamaño y a la velocidad de las palas en movimiento. Los de eje vertical, al ser más compactos y funcionar a velocidades más bajas, pueden generar menos ruido y tener una apariencia visual más discreta, pudiéndose integrar incluso en paseos marítimos, con elegancia.

Aplicaciones Específicas

La elección entre un aerogenerador horizontal o vertical también depende de la aplicación específica. Los de eje horizontal son más adecuados para proyectos a gran escjala, como parques eólicos comerciales, donde se busca una alta capacidad de generación y eficiencia. Por otro lado, los de eje vertical son más versátiles y pueden ser utilizados en aplicaciones urbanas o instalaciones descentralizadas debido a su menor tamaño e impacto visual.

La elección entre un aerogenerador de eje horizontal y uno de eje vertical depende de diversos factores, incluyendo la eficiencia deseada, los costos, el mantenimiento, el impacto ambiental y la aplicación específica. Los aerogeneradores de eje horizontal son generalmente más eficientes, económicos y adecuados para proyectos a gran escala, como en grandes proyectos, tales como Princess Elisabeth, la primera isla energética artificial.

Mientras que los de eje vertical ofrecen versatilidad y son más adecuados para aplicaciones urbanas y descentralizadas. Es importante considerar cuidadosamente estas características al seleccionar el tipo de aerogenerador más adecuado para un proyecto de energía eólica específico.