Hoy
en día las energías alternativas y las energías renovables están en
continua expansión. Son la mejor alternativa a las energías más
contaminantes como la nuclear o los combustibles fósiles, y cada vez son
más eficientes y ofrecen mejores resultados. La energía eólica es una
de las formas más extendidas de energía renovable.
La energía eólica es la forma de obtener energía aprovechando el
movimiento del viento. Esta transformación se realiza gracias a los
aerogeneradores, que son capaces de transformar la energía cinética de
las corrientes de aire en electricidad. La energía eólica puede
considerarse una consecuencia de la energía solar, puesto que el
calentamiento desigual de la atmósfera es el que provoca de forma
indirecta el movimiento del aire.
Históricamente,
la fuerza del viento se ha utilizado desde el inicio de las primeras
civilizaciones. El uso más extendido lo encontramos en la navegación, en
donde se llevan usando las velas para desplazar barcos desde hace 7.000
años. Hasta que se perfeccionaron las turbinas de vapor a finales del
siglo XIX, la gran mayoría de barcos empleaban el viento como fuerza
motriz.
Otra forma de aprovechar la fuerza del viento lo encontramos en los
molinos de viento. Los primeros molinos de los que se tiene constancia
fueron construidos en Irán y Afganistán en el siglo VII. Se trataba de
molinos que tenían un eje vertical que rotaba con la ayuda de unas velas
rectangulares fijas al eje.
En
el siglo XII aparecieron los primeros molinos de Europa en Francia e
Inglaterra. Más tarde se extendieron por todo el continente. Se trataba
de torres de piedra o madera que soportaban un piso rotatorio de madera
en su parte superior. De este piso superior parten las aspas de tela o
madera con un eje horizontal, y en su interior se encuentra el mecanismo
que envía el giro del eje a las ruedas de moler del interior de la
torre. Hoy en día todavía se pueden encontrar en Holanda, Francia y
España.
Otro tipo de molino de viento, más sencillo, son los molinos de
bombeo construidos a base de vigas y con aspas metálicas. Son
construcciones bastante reconocibles por haber aparecido en multitud de
películas del Oeste americano. El movimiento de las aspas acciona una
bomba de bombeo de agua, que solía servir para regar los campos y
abrevaderos.
Sobre 1980 se desarrollaron las primeras turbinas por los fabricantes
Kuriant, Vestas, Nordtank, y Bonus. Aquellas turbinas eran pequeñas
para los estándares actuales, con capacidades de 20 a 30 kW cada una.
Desde entonces, la talla de las turbinas ha crecido enormemente, y la
producción se ha expandido a muchos países.
En la actualidad, los parques eólicos forman parte de nuestra vida
diaria. El siguiente video muestra varias etapas del proceso de
construcción de un parque eólico construido en el mar. Se trata en
concreto de parque “Princes Amalia” (Q7), situado en la costa de The
Netherlands, cerca de la ciudad de IJmuiden. Con 60 turbinas de 2MW cada
una, este parque tiene una capacidad de 120 MW, y fue construido
conjuntamente entre Econcern y Eneco.
El Enercon E-126 era, en el 2009, la primera turbina eólica capaz de
generar 6 MW de potencia. Este gigante situado en Rysumer Nacken, al
noroeste de Alemania, tiene un rotor de 126 m de diámetro y el eje de
giro está situado a 135 m. ¡Tiene una altura máxima de casi 200 m!
Experimento de energía eólica con LEGO Education
En nuestro primer experimento relacionado con energías eólicas queremos poner a prueba la
capacidad de transmisión de energía de un sistema dotado de 2 juegos de palas, las mismas que se incluyen en el conjunto de energías renovables 9688.
El primero de estos juegos está conectado a un motor y es el que
funciona como generador, mientras que el segundo juego de palas gira
libremente afectado por la corriente de aire generada por el primer
sistema.
En la imagen anterior podemos ver la presencia de un servo motor, que
es el que va a hacer girar las aspas más cercanas al NXT, que harán las
veces de ventilador. Para analizar la transmisión de energías mediremos
las velocidades de giro de las aspas. Con ese objetivo hemos creado un
disco con dos colores diferenciados, cuya transición deberá medir un
sensor de luminosidad. Cada una de las aspas tiene uno de estos discos y
uno de estos sensores. Los dos sensores están conectados al NXT, que
será el encargado de medir las vueltas de las aspas como transiciones
entre el color azul y blanco del disco. Una transición por vuelta
realizada.
Estamos empleando un sensor de luz para contar el número de vueltas
que realiza cada juego de palas, aunque esto es estrictamente necesario
en el molino que gira libre. Del juego de palas movido por el motor el
dato es inmediato y podría no ser necesario este segundo sensor, ya que
podemos conocer el número de vueltas que ha girado el motor, porque
programamos su giro. En cualquier caso este método nos permite
garantizar que las masas de los dos sistemas son las mismas, y que las
medidas son exactamente equivalentes.
Imagen del modelo en movimiento:
Vemos ahora cómo realizamos esa captura de datos necesaria para medir la capacidad de transferencia del sistema. Este es el
programa que controla el experimento
Detalle del bloque Muestra Vueltas
Este bloque tiene la función de almacenar en dos contadores
independientes el número de vueltas que ha dado cada uno de los molinos,
además sabiendo que entre el motor y las aspas hay una relación de 1 a
5, haciendo uso del sensor de rotación integrado en el motor podremos
saber el número de vueltas reales que han dado las aspas.
De esta manera podemos comprobar la fiabilidad del sistema de cuenta vueltas implementado con los sensores de luz.
A continuación un ejemplo de la salida por pantalla:
Detalle del bloque Archivo Vueltas
Este bloque se encarga de almacenar en 2 ficheros de texto el tiempo
en milisegundos que hay entre cada vuelta (se guarda guarda un valor de
tiempo por cada vuelta realizada).
Tras una medición de
15 segundos estos son los
resultados obtenidos:
Relación entre tiempo y vuelta
Representación de los datos obtenidos directamente de los ficheros
generados por el NXT. En esta gráfica se relaciona cada vuelta con el
momento en el tiempo en la cual se ha contabilizado.
La primera gráfica muestra que la eficiencia del sistema es altísima. En el eje x tenemos el tiempo en ms, mientras que el eje y
representa las vueltas que realiza cada sistema: en azul la motorizada y
en amarillo la que recibe la energía. Existe obviamente un retardo
entre ellos, que es el derivado de la inercia del sistema secundario,
pero lo importante es que la pendiente de las dos gráficas es la misma,
es decir, ¡se consigue la misma velocidad de giro en el sistema esclavo!
Velocidad media de giro (Espacio/tiempo)
Representación de la velocidad media de ambas palas, calculado
dividiendo la vuelta contabilizada entre el momento en el tiempo en el
que se detectó. Observamos como, con el paso del tiempo ambas gráficas
tienden hacia un mismo valor, o lo que es lo mismo, la velocidad de
ambas palas tiende a igualarse.
La relación asintótica entre ambas curvas se deriva del retraso
inicial de las aspas secundarias: a pesar de que la gráfica anterior
muestra una misma pendiente en las dos gráficas, el número de vueltas
que recorre el sistema secundario siempre sufre retraso. El video
inferior nos muestra la inercia que tiene el sistema debido al giro: la
misma inercia que retrasa el arranque del sistema secundario es la que
mantiene el giro, al final del experimento, cuando detenemos el motor.
Velocidad instantánea de giro
Para esta gráfica tendremos que hacer algunos cálculos, ya que nos
interesa la velocidad en cada instante. La velocidad instantánea no la
podemos conocer, pero si podemos aproximar su valor. Para calcular esta
velocidad instantánea tendremos que hacer la siguiente operación:
1000*[A(x)-A(x-1)]/[C(y)-C(y-1)]
1000* – escalamos el valor que aparece en pantalla
[A(x)-A(x-1)] – Valor de vuelta actual menos el anterior (es constante e igual a 1)
[C(y)-C(y-1)] – Valor del tiempo actual menos valor del tiempo anterior
Como se puede observar, están representados 3 conjuntos de valores,
rojo y azul para las mediciones de los sensores de los puertos 3 y 1
respectivamente, y en amarillo el valor promediado de los valores del
segundo sensor. Hemos realizado para esta última gráfica un filtro de
paso bajo tomando 4 muestras consecutivas para hacer un promedio de los
valores. Una vez hecho esto, podemos comprobar que los picos de las
muestras en rojo no llegan a desaparecer pero sí disminuyen
considerablemente.
Viendo el fichero se puede comprobar que en la duración de las
vueltas en el sensor del puerto 1 (conjunto de palas que gira libre) hay
una diferencia de aproximadamente 115 ms, sin embargo, en dos casos esa
diferencia aumenta hasta situarse en torno a los 150 ms (¿posible
medida errónea?), lo que provoca estos picos de velocidad. Interpretamos
estos picos como muestras erróneas porque carecen de sentido.
Para más información sobre los picos, os recomendamos examinar el fichero de muestras adjunto Gráfica (formato Open Office).
Por último, un vídeo del sistema en funcionamiento.
Esperamos que os haya gustado.
En
la creación de tejados para nuestros edificios podemos emplear gran
variedad de técnicas y elementos de construcción. Desde ladrillos
clásicos, hasta azulejos, planchas, banderas, asientos, y un largo etc.,
cada uno de ellos con su respectiva técnica de construcción.
Con
frecuencia nos sorprenden las imágenes de edificios construidos con
LEGO no solo por su realismo y belleza, sino también por el tamaño con
el que han sido construidos. La escala con la que muchos edificios se
han contruído, por ejemplo, en los parques temáticos LEGOLAND es
impensable para la gran mayoría de nosotros debido a la inmensa cantidad
de piezas que requiere el construir a dicha escala. El extremo
contrario, el de la micro construcción, es muchas veces un gran
desconocido que, teniendo también un gran encanto, no supone ningún
atraco a nuestro bolsillo.
