Aerogenerador (generador eólico): definición, tipos y funcionamiento

Descubre qué es un aerogenerador, sus tipos y cómo convierte el viento en electricidad: funcionamiento, aplicaciones y ventajas de la energía eólica.

Un aerogenerador es una máquina giratoria que transforma la energía cinética del viento en energía mecánica. Si la energía mecánica es utilizada directamente por la maquinaria, como para bombear agua, cortar madera o moler piedras, la máquina se llama molino de viento. Si la energía mecánica se convierte en electricidad, la máquina puede llamarse generador eólico (WTG), unidad de energía eólica (WPU), convertidor de energía eólica (WEC) o aerogenerador.

Definición ampliada

Un aerogenerador moderno es un sistema electromecánico diseñado para captar la energía del viento mediante palas (hélices) que forman un rotor, convertir esa energía en movimiento de rotación y, finalmente, transformar el movimiento en electricidad mediante un generador eléctrico. Los aerogeneradores se emplean desde pequeñas instalaciones para uso doméstico hasta parques eólicos de cientos de megavatios conectados a redes eléctricas.

Componentes principales

• Rotor y palas: convierten la energía del viento en par de giro. Las palas suelen ser de materiales compuestos (fibra de vidrio, carbono).
• Eje (horizontal o vertical): transmite el movimiento al sistema de generación. En diseños de eje horizontal hay eje principal y, en muchos casos, multiplicadora.
• Caja de cambios (gearbox): eleva la velocidad de rotación para adecuarla al generador en diseños convencionales. Algunos aerogeneradores usan direct drive sin caja.
• Generador eléctrico: produce electricidad (asíncrono o síncrono; frecuentemente con electrónica de potencia para conexión a red).
• Nacelle (góndola): aloja generador, caja de cambios, sistema de control y frenos.
• Torre: eleva el rotor a una altura con vientos más constantes y de mayor velocidad.
• Sistema de control: orienta el rotor (yaw), regula el paso de las palas (pitch), frena y gestiona la conexión a la red.
• Cimentación o anclaje: fija la torre al suelo o, en offshore, a estructuras fijas o flotantes.

Tipos de aerogeneradores

• Según el eje:
  • Eje horizontal: el más común en parques eólicos terrestres y marinos (1–3 palas, rotor perpendicular al viento).
  • Eje vertical: diseños como Darrieus o Savonius; más simples en orientación pero menos eficientes en gran escala.
• Según la potencia y aplicación: micro (hasta kW), pequeña (kW–100 kW), media, y utility-scale (MW — 10+ MW por máquina).
• Según la transmisión: con caja de cambios (gearbox) o direct drive (sin gearbox) con generadores de imanes permanentes.
• Según la ubicación: onshore (tierra) y offshore (mar), incluyendo fundaciones fijas y plataformas flotantes para aguas profundas.
• Según control del flujo: de paso fijo (stall) o de paso variable (pitch), y con distintos sistemas de control de velocidad (síncronos, asincrónicos con electrónica de potencia).

Principio de funcionamiento

El funcionamiento básico se resume en estos pasos:

• El viento incide sobre las palas y genera una fuerza aerodinámica (similar al perfil de un ala) que provoca la rotación del rotor.
• La rotación transmite par al eje y, si existe, a la caja de cambios que aumenta la velocidad para el generador.
• El generador transforma la energía mecánica de rotación en electricidad.
• La electricidad pasa por convertidores y sistemas de control para adecuar su tensión y frecuencia a la red eléctrica o a aplicaciones aisladas.

Aspectos físicos y rendimiento

La potencia disponible en el viento viene dada por la expresión:

P = 1/2 · ρ · A · Cp · V³

donde ρ es la densidad del aire, A el área barrida por el rotor, V la velocidad del viento y Cp el coeficiente de potencia del aerogenerador. El límite teórico de extracción de energía por un rotor ideal viene dado por el límite de Betz, que es aproximadamente el 59,3% del total de la energía cinética del viento. En la práctica, los aerogeneradores alcanzan valores de Cp típicos entre 0,35 y 0,50 dependiendo del diseño y de las condiciones de operación.

Control y seguridad

• Pitch control: cambia el ángulo de las palas para regular potencia y limitar velocidad en vientos fuertes.
• Yaw control: orienta la góndola para que el rotor quede de cara al viento.
• Frenos y sistemas de parada: frenos aerodinámicos y mecánicos para evitar daños en condiciones extremas.
• Electrónica de potencia: permite controlar la frecuencia y la calidad de la energía entregada a la red, y facilita la operación a velocidades variables.

Curva de potencia y velocidades clave

• Velocidad de arranque (cut-in): mínima para generar energía útil (p. ej. 3–4 m/s).
• Velocidad nominal: donde se alcanza la potencia nominal del aerogenerador.
• Velocidad de parada (cut-out): por seguridad en vientos muy fuertes (p. ej. > 25 m/s).

Instalación y diferencias onshore/offshore

En tierra (onshore) las consideraciones principales son el transporte de componentes (especialmente palas y torres), la preparación de cimentaciones y la integración a la red local. En mar (offshore) se requieren soluciones de fundación (pilotes, monopilotes o plataformas flotantes), mayor protección anticorrosiva y logística marítima para transporte y mantenimiento; a cambio, los vientos son más fuertes y constantes, lo que aumenta la producción por máquina.

Aplicaciones y ventajas

• Generación eléctrica renovable con bajas emisiones de CO2 en operación.
• Escalabilidad: desde turbinas pequeñas para usos aislados hasta parques eólicos a gran escala.
• Complemento de otras fuentes renovables y capacidad para reducir dependencia de combustibles fósiles.

Impactos y mitigación

Los aerogeneradores tienen impactos ambientales que deben gestionarse: huella visual, ruido (especialmente en proximidad), efectos sobre aves y murciélagos, uso del suelo y consideraciones locales en comunidades cercanas. Las medidas de mitigación incluyen diseño y ubicación cuidadosa, estudios de impacto ambiental, horarios de operación adaptados y tecnología para reducir colisiones.

Mantenimiento y vida útil

La vida útil típica de un aerogenerador es de 20–30 años. El mantenimiento incluye inspección de palas, lubricación y revisión de la caja de cambios, electromecánica del generador, software de control y estructural de la torre. Las estrategias modernas usan monitorización remota y mantenimiento predictivo para reducir costes y tiempos de parada.

Normas y seguridad

Existen normas internacionales (por ejemplo, normas IEC para aerogeneradores) que establecen requisitos de diseño, ensayo y seguridad. El cumplimiento normativo y las certificaciones son clave para la conexión a red y la financiación de proyectos.

Breve nota histórica

Los molinos de viento tradicionales llevan siglos en uso para tareas mecánicas. La conversión a generación eléctrica se desarrolló durante el siglo XX y ha experimentado un crecimiento acelerado en las últimas décadas gracias a mejoras tecnológicas, economías de escala y políticas de apoyo a las energías renovables.

En resumen, un aerogenerador es una tecnología madura y central en la transición energética, con múltiples diseños para adaptarse a distintos entornos y necesidades, y con un papel clave para reducir emisiones y diversificar la generación eléctrica.

Impacto medioambiental

Aunque los aerogeneradores son una fuente de energía renovable y no contaminan el medio ambiente como consecuencia de la generación de energía, tienen un impacto medioambiental. Algunas personas piensan que los aerogeneradores generan mucho ruido y tienen un aspecto poco atractivo. Sin embargo, los aerogeneradores no se colocan a menos de 300 metros de las viviendas. A esa distancia, un aerogenerador no es más ruidoso que un aire acondicionado doméstico medio.

Un aerogenerador con la pala del rotor desmontada para su mantenimiento; obsérvese el coche de la imagen, un Opel Astra G descapotable, que está ahí a escala.

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