Capítulo 9 Energía eólicaCapítulo 9 Energía eólica El viento es el resultado del movimiento del aire debido al calentamiento diferencial de la tierra por el sol. Durante el día,

Capítulo 9 Energía eólica El viento es el resultado del movimiento del aire debido al calentamiento diferencial de la tierra por el sol. Durante el día, la tierra se calienta más rápido que el agua del mar. El aire sube, circula hacia el mar y crea una depresión a nivel del suelo transportando el aire frío del mar, de manera que el aire va del mar a la tierra creando la brisa marina. Por la noche, el aire que esta sobre la tierra se enfría mas rápidamente que el agua del mar, de manera que la corriente de aire se invierte creando una brisa desde la tierra hacia el mar. El molino de viento obtiene su potencia de entrada convirtiendo la fuerza del viento en una fuerza de giro, actuando sobre las palas del rotor: se convierte la energía cinética del viento en energía mecánica de un eje. Este eje rotatorio se puede usar, para moler maíz, o para bombear agua fuera de la tierra. Son de uso común en zonas secas del mundo, de manera que siempre que el viento sopla, se bombea una poco de agua y se almacena en una presa adyacente para un posterior uso. En Creta, por ejemplo, los molinos de viento han sido de uso continuo durante aproximadamente 5000 años (Figura 9.1) Figura 9.1: Molino de viento en Creta Una aplicación más reciente de la conversión de energía eólica es la producción de energía. La energía cinética se convierte en energía rotatoria como resultado de los giros de las palas y después se transforma en energía eléctrica a partir de la instalación de un generador eléctrico al final del eje. Desde los años 90, las compañías eléctricas han estado usando esta tecnología para construir parques eólicos que usan maquinas enormes llamadas turbinas para generar electricidad para las casas, escuelas, oficinas y fábricas. La actual producción de turbinas de viento modernas va desde las más pequeñas (de un metro o menos), que se pueden usar en casa, hasta las más grandes, que se conectan directamente a la red eléctrica de forma autónoma o bien en clusters denominados parques eólicos.

Figura 9.2: Micro turbina eólica – Fuente: Renewable Devices

KITH manual para escuelas

9.1. Crear energía a partir del viento: el proceso de conversión En los años 50, las palas fueron sustituidos por planos aerodinámicos rígidos (como los del ala de un avión) que son mucho más eficientes a la hora de capturar la energía del viento porque tienen una sustentación mayor debido al índice de resistencia aerodinámica. El proceso es parecido para las turbinas de viento de todas las medidas.

Una turbina de viento funciona de manera inversa a un ventilador. En lugar de utilizar electricidad para hacer viento, una turbina usa el viento para generar electricidad. El aire en movimiento (el viento) hace girar las palas (tienen una forma que hace que la sustentación sea mayor que su resistencia aerodinámica, induciendo así la rotación del eje al cual esta unido). Las aspas hacen girar el eje, que esta conectado a un generador con la finalidad de producir electricidad (Figura 9.3). La electricidad es enviada por líneas de transmisión y distribución a una subestación y de ésta a los hogares, empresas y escuelas.

Figura 9.3: Turbina de viento grande

Las torres se utilizan para ubicar la turbina a una altura suficiente con objeto de que el paso del viento no sea obstruido y para que el rotor este encarado a los vientos más fuertes y más suaves. En un aerogenerador es muy importante que, a pesar de las fluctuaciones del viento, la turbina suministre la electricidad a la red eléctrica a la frecuencia adecuada (50Hz) y voltaje (230 voltios). Debido a que la dirección del viento cambia, la turbina ha de estar encarada al viento. Con turbinas grandes, esta rotación de la orientación se realiza a partir de motores eléctricos, mientras que en turbinas pequeñas se hace de forma pasiva utilizando una veleta colocada en la parte atrás. (Figura 9.2).

9.2 Características del diseño de las turbinas eóli cas Los parámetros fundamentales del diseño son:

• el número de palas: tres es el óptimo para equilibrar el rotor. • la longitud de les palas: cuanto más largas, mayor es el área de barrido. • posición de las palas respecto la torre; en general todas las palas están encaradas al

viento para evitar el ruido en el momento que el aspa pasa a través de la sombra de la torre

El diagrama siguiente muestra algunas de las piezas y partes del interior de una turbina eólica:

Figura 9.4: El mecanismo de una turbina eólica (esta turbina tiene las aspas contra el viento). Fuente: Alliant Kids Energy 1. Aspas 2. Rotor 3. Ángulo de paso (pitch) 4. Frenos 5. Eje de baja velocidad. 6. Multiplicador 7. Generador 8. Controlador 9. Anemómetro 10. Veleta 11. Góndola 12. Eje de alta velocidad 13 y 14. Mecanismo de orientación 15. Torre La velocidad de la punta de la pala normalmente se mantiene constante de manera que cuanto mayor sea la turbina más lentamente girará el rotor. En cambio, las turbinas pequeñas,


de menos de 3 metros, giran bastante rápido, de modo que pueden ser conectadas a la red eléctrica sin la necesidad de un multiplicador. 9.3 Tipo de micro turbinas eólicas Turbinas de eje horizontal y vertical Existen dos grandes tipos de turbinas de viento que giran en direcciones diferentes o alrededor de diferentes ejes. Las que giran alrededor de un eje horizontal (como un molino de viento holandés tradicional) y las que giran en un eje vertical (como los caballitos de feria).

Figura 9.5: a) Turbina de viento de eje vertical b) Turbina de viento de eje horizontal 9.4 Calcular la medida de los sistemas eólicos Las turbinas pequeñas se utilizan para los sistemas de carga de baterías o para generar electricidad para los hogares, escuelas o comunidades. Estas turbinas normalmente miden entre uno y quince metros de altura y producen entre 100 watios y 5 kilowatios (5.000 watios) de electricidad. Los sistemas más pequeños se utilizan para cargar baterías o para hacer funcionar las farolas de la calle. La mejor medida de una turbina para una casa estándar seria entre 1 y 2,5 kilowatios. Estas turbinas normalmente se acoplan a los edificios que suministran energía. Los sistemas para comunidades, de 5 kilowatios, se pueden usar para suministrar energía a una escuela, oficina o vestíbulo. Estas turbinas más grandes se suelen colocar a una cierta distancia de los edificios a los que suministran energía. Sistemas autónomos o conectados a la red El poder de la energía eólica a pequeña escala es muy útil para suministrar electricidad allá donde resulta caro proporcionar energía a través de los medios habituales, como son lugares remotos (pequeñas islas) que no están conectados a la red de suministro nacional. Estos sistemas autónomos necesitan baterías para almacenar la electricidad que generan y a menudo se combinan con generadores diesel para suministrar energía en momentos de poca velocidad del viento. Los sistemas de viento también se pueden usar allá donde se dispone de conexión con la red de suministro, sin necesidad de baterías. La electricidad que no se utiliza se puede enviar a la red nacional y vender a las compañías eléctricas. Esto puede generar unos ingresos que pueden servir para pagar los costes de la turbina.

a) b)


Actividad 9.1a: Construye y prueba tu turbina eólic a

Actividad 9.1a: Construye y prueba tu turbina eólica

¿Qué es lo que hace girar las aspas de la turbina? En esta actividad observaremos como las aspas de la turbina giran cuando el viento sopla por encima.

Tareas:

1.- Construye tu propia turbina eólica. 2.- ¿Qué crees que pasará cuando el viento sople por encima de las aspas? 3.- Test 1: Coloca la fuente de viento en línea con las aspas Test 2: Coloca las aspas en perpendicular a la fuente de viento Test 3: Coloca las aspas en ángulo con la fuente de viento. 4.- ¿Qué ha sucedido?

5.- ¿Por qué crees que ha pasado?

Figura 9.6. Realiza las pruebas de la 1 a la 3 tal y como se muestra en los dibujos


Apuntes para el profesor (9.1a)

Antecedentes: El diseño de las aspas, en especial su ángulo, en una turbina eólica afecta la eficiencia del sistema. Esta actividad ilustra como el ángulo del aspa puede afectar el diseño de las turbinas eólicas. Objetivo:

1. Que los alumnos construyan un mecanismo de aspas que funcione con un rotor 2. Que los alumnos entiendan que el ángulo de las aspas de la turbina es el que

causa el movimiento rotatorio cuando el viento sopla por encima. Material: secador de pelo, un rotor, clavijas, plástico coarrugado, caña, aguja de

hacer punto. Instrucciones:

1. Muestra a los alumnos como hacer el mecanismo de la pala de acuerdo con la

hoja de dibujos para los alumnos y ayúdales a construir el suyo. 2. Coloca las palas para el ‘test 1’, por ejemplo, en línea con la fuente de viento;

responde la pregunta 1; realiza el test 1; y posteriormente responde las preguntas de observación 2 y 3.

3. Pide a los alumnos que hagan el ‘test 2’. 4. Pide a los alumnos que hagan el ‘test 3’.

Para evaluar si los alumnos han captado la idea que el ángulo de las palas causa la

rotación en conjunción con el viento, pregúntales si pueden hacer que las aspas giren en sentido contrario. O bien, pregúntales por qué creen que las palas de una turbina eólica real se alinean con el viento cuando conviene que pare de rotar para hacer el mantenimiento. Palabras clave: energía renovable, energía eólica Habilidades: establecer relaciones de causa-efecto; probar ideas a partir de los resultados de la observación y la medida, contando las experiencias en primera persona; utilizar la observación para realizar las conclusiones; usar los conocimientos

científicos para explicar las observaciones. Asignaturas del currículum educativo: naturales Rango de edad: 7-11, 2º ciclo


Actividad 9.1b: Construye y prueba tu turbina eólic a

Actividad 9.1b: Construye y prueba tu turbina eólica

Como construir y probar una turbina eólica básica que funcione con un generador

eléctrico. Esta actividad muestra como el ángulo de las aspas puede afectar el flujo de corriente eléctrico que produce una turbina. Tareas:

Material: Palas de plástico ondulado, pinzas cocodrilo, un rotor de prueba, un amperímetro, un motor, clavijas, una polea. Monta la turbina como se indica:

1. Empuja la polea pequeña sobre el eje del motor.

2. Empuja 2, 3, 4 o 8,50 mm la longitud de la clavija dentro del rotor de prueba –

(figura 9.7a)

3. Acopla la clavilla a las aspas, se habría de ajustar bien a la aspa – (figura 9.7b)

4. Acopla el rotor y las aspas a la polea pequeña y después al motor – (figura 9.7c) 5. Conecta el amperímetro al motor con las pinzas de cocodrilo.

Tu turbina eólica habrá de tener esta apariencia; fíjate que las aspas tienen una ligera inclinación – (figura 9.7d) 6. Aguanta la turbina y pruébala al exterior; ten en cuenta que el motor solamente

gira en un sentido, cambia las pinzas de cocodrilo acopladas para ganar

corriente si no puede girar 7. Graba los amperios de la corriente al amperímetro; ajusta el ángulo de las aspas

y graba otra lectura de los amperios. ¿Se ha producido algún cambio?


Apuntes para el profesor (9.1b) Antecedentes: El diseño de las palas, especialmente su ángulo, en una turbina eólica afecta a la eficiencia del dispositivo. Esta actividad ilustra como el ángulo de la pala afecta la producción eléctrica de las turbinas de viento. Objetivo: Esta actividad muestra como construir una turbina de viento sencilla pero efectiva, utilizando recursos limitados a bajo precio. Un vez se hayan completado las actividades, la turbina se puede desmontar y sus componentes se pueden reutilizar.

Materiales: rotores de prueba, motores, poleas, plástico coarrugado (4 mm), secador, clavijas de 4,75 mm, amperímetro – suficientemente sensible como para grabar pequeñas corrientes. Instrucciones:

1. Explica como se ha construido la turbina eólica modelo. 2. Pide a los alumnos que monten la turbina. 3. Pide a los alumnos que graben la corriente producida por la turbina con las aspas

en diversos ángulos.

Actividades de ampliación:

• Construye torres resistentes para aguantar las turbinas. • Debatir sobre los usos potenciales de las turbinas de bajo coste,

construidas con recursos limitados, en áreas en vías de desarrollo (como son actividades agrícolas, bombeo de agua para regar, etc.)

• Piensa si la dirección de giro del aspa afecta la dirección de la rotación. • Piensa si la cantidad de giros afecta la facilidad del rotor para empezar a

girar.

Figura 9.8. Una turbina eólica modelo en contacto con un amperímetro – Fuente: Hydro Tasmania

Palabras clave: energía renovable, potencia eólica Habilidades: probar ideas a partir de los resultados de la observación y la medida, contando las experiencias en primera persona; utilizar la observación para explicar las conclusiones; usar los conocimientos científicos para explicar las observaciones.

Asignaturas del currículum educativo: naturales, tecnología Rango de edad: 11-16, 3º y 4º ciclo


Actividad 9.2: comprender qué influye en la eficien cia de las turbinas eólicas

Actividad 9.2: comprender qué influye en la eficiencia de las turbinas eólicas

Investiga la eficiencia de las aspas. En esta actividad observamos con mas detalle

aquellas variables que afectan a las aspas de las turbinas eólicas. : Tareas:

Escoge una variable que pueda afectar la manera como giran las aspas de la turbina de viento (como por ejemplo la medida de las aspas) y responde las siguientes preguntas: La variable que nos interesa probar es:

Cambiaremos esta variable por: Necesitaremos el siguiente material: Estaremos fuera de peligro por: Esperamos: Usando la turbina de viento que has construido en la actividad 9.1, realiza las pruebas antes descritas y debate con tu grupo qué ha pasado cuando has alterado la variable.

Escribe qué es realmente lo que ha pasado y por qué crees que este era el caso:

Figura 9.9 Tu turbina modelo habría de tener esta apariencia (Actividad 9.1b)


Apuntes par el profesor

Antecedentes: La medida, forma y alineamiento de las aspas de una turbina eólica

afecta su eficiencia. Esta actividad ilustra más adelante que variables afectan el diseño de las aspas de una turbina de viento y como esto afecta la eficiencia de las turbinas. Objetivo: Que los alumnos tomen conciencia del hecho de que cambiar una variable afectará a la eficiencia de la rotación de las aspas. Materiales: rotor de prueba, clavijas, aguja de hacer punto), sierra para metales, temporizador, diversos materiales como son cartulina, plástico coarrugado, papel, plástico.

Instrucciones: Las variables posibles pueden incluir la medida, la forma, el ángulo de posición y el número de aspas, además de las que puedan sugerir los alumnos. Los sistemas de registro de datos pueden ser la exposición, las mesas o los gráficos de barras. Recordar a los alumnos que deben contar el número de rotaciones dentro de un determinado período de tiempo. Por facilitar la tarea será útil identificar un aspa, por

ejemplo, haciéndole una marca de un color diferente. Palabras clave: energía renovable, potencia eólica Habilidades: probar ideas a partir de los resultados de la observación y la medida, contando las experiencias en primera persona; utilizar la observación para explicar las conclusiones; usar los conocimientos científicos para explicar las observaciones. Asignaturas del currículum educativo: naturales Rango de edad: 7-11, 2º ciclo


Actividad 9.3: ¿Qué número de palas es mejor?

Actividad 9.3: ¿Qué número de palas es mejor?

Ahora que has construido y probado tu turbina básica es hora de hacer pruebas para

averiguar cuantas aspas producen el flujo más alto de energía eléctrica. Tareas:

Utilizando la turbina que has construido en la actividad 9.1, un voltímetro y un secador de cabellos: 1. Fija la turbina y conéctala a un voltímetro, con un secador a una cierta distancia conocida. 2. Pon dos aspas en sentidos opuestos del rotor de forma que se equilibren. Asegúrate que están dobladas igual: cabeza al mismo sentido y con el mismo grado.

3. Mide el voltaje más alto producido por la turbina cuando enciendes el secador. Dibuja una mesa donde puedas escribir el número de aspas y el voltaje. 4. Repite los pasos 1, 2 y 3 con 3, 4, 6, 9 y 12 aspas. Anota cuantas aspas dan el voltaje más alto. 5. ¿Esto es lo que has predecido? Intenta explicar por qué tus resultados se adecuan o no con tu predicción. 6. Dibuja un diagrama de tus resultados

Apuntes para el profesor

Antecedentes: El número de aspas en una turbina de viento afecta la eficiencia del dispositivo. Esta actividad ilustra como el ángulo del aspa afecta la producción eléctrica de las turbinas eólicas. Objetivo: Esta actividad mostrará como el número de aspas utilizadas en una turbina de viento puede afectar la producción eléctrica del mecanismo (medido en presión eléctrica o voltios).

Instrucciones:

1. Pide a los alumnos que fijen la turbina y la conecten a un voltímetro, con un secador a una cierta distancia conocida. 2. Haz que los alumnos predigan con qué número de aspas, la pala irá a más velocidad. (a menor número de palas, se necesita una velocidad de giro más grande por producir la misma energía). 3. Pide a los alumnos que realicen pruebas para medir el voltaje más alto producido por la turbina (que funciona con el secador) con 2, 3, 4, 6, 9 y 12 aspas a la turbina.

4. Pídeles que dibujen una tabla para anotar el número de aspas y el voltaje producido en las pruebas. 6. Pide a los alumnos que dibujen un diagrama de sus resultados. Palabras clave: energía renovable, potencia eólica Habilidades: probar idees a partir de los resultados de la observación y la medida, contando las experiencias en primera persona; utilizar la observación para explicar las conclusiones; utilizar los conocimientos científicos para explicar las observaciones;

probar y valorar sus productos; mostrar una comprensión de la situación en la cual sus diseños han de funcionar. Asignaturas del currículum educativo: naturales, tecnología, matemáticas Rango de edad: 11-16, 3º y 4º ciclo


9.5 Impacto medioambiental El impacto medioambiental de la generación de electricidad a partir de la energía eólica es menor comparado con los sistemas convencionales que usan combustibles fósiles. No se crea contaminación ambiental y los únicos impactas significantes son el visual y un pequeño nivel de ruido. En la mayoría de turbinas, el impacto visual no es mayor que el de las torres de alta tensión que transportan electricidad de las centrales eléctricas hasta los centros de distribución donde el voltaje eléctrico se transforma en un nivel adecuado para el uso doméstico. Debido a que hay 55.000 torres de alta tensión y sólo 13.000 aerogeneradores, el impacto visual no debería suponer un problema. No obstante, la gente está acostumbrada a ver torres de alta tensión, incluso en áreas de destacada belleza natural y no a ver turbinas de viento, de forma que ha derivado a un debate significativo y un asunto real para las autoridades que se ocupan del urbanismo. El otro gran impacto es el ruido que se crea con el flujo de aire no laminar a través de la punta del aspa. Hay que recordar que prácticamente todo lo que tiene partes móviles hará algún tipo de ruido y las turbinas eólicas no son una excepción. Las turbinas de viento bien diseñadas generalmente son tranquilas con respecto al funcionamiento, y el ruido que hacen es muy bajo comparado con el del tránsito de una carretera; trenes; aviones u obras, por citar algún ejemplo. Las soluciones técnicas incluyen la alteración de la forma de la punta del aspa para mejorar el flujo del aire. Con respecto a las grandes turbinas, que normalmente están al campo, generalmente están situadas a más de 400 metros de la vivienda más próxima. A esta distancia, el sonido de una turbina eólica generando electricidad es probable que sea del mismo nivel que el ruido de un riachuelo a unos 50 o 100 metros de distancia o el ruido de las hojas al moverse por la brisa. Esto es parecido al nivel de sonido dentro de un comedor típico con una estufa de gas encendida o la habitación de lectura de una biblioteca o el de una oficina desocupada, tranquilla y con aire acondicionado. En el caso de las pequeñas turbinas acopladas a una vivienda, la intrusión visual probablemente no será mayor que la de una antena de televisión o una antena parabólica. El impacto sonoro dependerá de la naturaleza del nivel de sonido de fondo producido generalmente por una carretera, un raíl o, incluso, el aire del tránsito. Hay soluciones técnicas adicionales para las pequeñas turbinas que pueden reducir las emisiones sonoras hasta niveles aceptables 9.6 Fuentes de energía eólica La velocidad del viento varía tanto en un período de tiempo corto (pocos segundos) como en uno de mayor, de horas. Consecuentemente, hay una producción energética que varía constantemente tanto a corto como a largo plazo (Figura 9.10). Figura 9.10. Ejemplo de la variación en la producción energética de turbinas eólicas a gran escala a lo largo de 24 horas (extraído de una turbina eólica a escala industrial) – Fuente: Danish Wind Energy Association


Si la producción eléctrica de la turbina es la única fuente de electricidad, entonces habrá momentos del día en que las demandas energéticas no se alcanzarán y algunos electrodomésticos se habrán de apagar para que se pueda mantener la frecuencia y el voltaje. Las pequeñas turbinas adecuadas para el uso doméstico que están conectadas a la red de suministro, pueden actuar como una pica cuando se produce un exceso de energía (la turbina exporta) y como fuente cuando se produce poca energía (el hogar importa) para conseguir la demanda (Figura 9.11). Hará falta un contador de electricidad adicional para grabar la energía que se exporta a la red.

Figura 9.11 Producción energética típica de una mic ro turbina eólica y demanda eléctrica domestica indicando cuando la energía es importada y cuando puede ser exportada

Medir y utilizar la producción La manera ‘científica’ de mediar la velocidad del viento es colocando un anemómetro en un palo con una veleta para medir la dirección del viento. La medida habría de realizarse a la altura del rotor de la turbina eólica (Figura 9.12). Figura 9.12. Palo sujetando un anemómetro y un sensor de dirección del viento alineado con la altura del rotor de una turbina eólica – Fuente: Sigen Una manera más sencilla de medir la velocidad del viento consiste en usar una bandera que puede indicar tanto la dirección del viento como su velocidad. (Figura 9.13).

Household wind turbine output and energy consumptio n: indicating power imports & exports periods

0

0.1

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0.4

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Time (24hr clock)

Pow

er (

KW

/H)

Household energy consumption(KW/h)

Output of Micro Wind turbine (KW/h)

householdexporting

importing

importing


Para determinar la producción anual de energía, se deben tomar datos tanto en verano como en invierno. Una combinación de células solares y turbinas eólicas ofrecerá un sistema de suministro más seguro que sólo uno de los dos de manera individual. Esto, pero, no es rentable a estas alturas de su desarrollo tecnológico.

En el caso de la mayoría de turbinas eólicas, la energía se empieza a generar alrededor de una velocidad del viento de 3 m/s. Por encima de los 8 m/s, la producción energética incrementa más lentamente con la velocidad del viento y se satura por encima de los 10-12 m/s (Figura 9.14). En el caso de las turbinas eólicas pequeñas, la fuerza del viento más importante a la hora de suministrar electricidad es la que oscila entre 3 y 8 m/s en lugar de pocas rachas de viento fuertes, puesto que es preferible generar pequeñas cantidades de electricidad para largos periodos de tiempos.

Figura 9.13 bandera de viento

9.7 Potencial eólico en tu escuela o en casa La turbina eólica necesita poder capturar el viento directamente de la dirección prevalente del viento sin que el aire esté obstaculizado por ningún árbol o edificio de los alrededores. Esto generalmente se puede establecer a partir de la observación visual de la dirección y fuerza del viento a medida que sopla. El siguiente paso es obtener algunas medidas directas de la velocidad del viento. El palo de medida ha de estar más elevado que el ápex de la casa o la escuela y debidamente fijado con cuerdas. Debido a que la fuerza del viento varía considerablemente, las observaciones se deben realizar en intervalos a lo largo del día durante un mes o más tiempo. Esto nos permitirá determinar la velocidad media del viento. A partir de los datos del fabricante de la turbina, será posible relacionar la velocidad media del viento con la producción energética y calcular la producción de electricidad. Esta producción entonces se puede comparar con el consumo eléctrico indicado en la factura de la electricidad. Si la cantidad generada por la turbina eólica excede el 25% del consumo de electricidad, valdrá la pena considerar la posibilidad de invertir en una pequeña turbina de viento. Encontrarás ejemplos con los que puedes trabajar por tal de hacer esta evaluación en las Actividades 9.5.

Turbine Power curve

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Windspeed (ms -1)

Pow

er (k

W)

Pow er (kW)

1-2 m/s

4 m/s

8 m/s

La velocidad del viento se obtiene del ángulo de la bandera

dirección

indicator

Figura 9.14 producción energética de una turbina pequeña que funciona con la velocidad del viento – Fuente: Cornwall College


Actividad 9.4: Potencial eólico en tu escuela utili zando una bandera

Actividad 9.4: Potencial eólico en tu escuela utilizando una bandera

El viento varía durante el día y de día en día tanto con respecto a la fuerza como la dirección. El viento también se ve afectado por la localización y la altura de los edificios y árboles próximos. ¿Hay en tu escuela suficiente viento como para poder utilizar una o más

turbinas eólicas pequeñas? El método más sencillo de estimar la velocidad del viento es usando una bandera a no ser que seas tan afortunado como por disponer de un anemómetro, un dispositivo para medir la velocidad del viento.

Tarea:

- haz una bandera de un metro de largo y 0,3 metros de ancho de un material adecuado - haz un indicador que te mostrará la dirección del viento - monta el indicador de dirección a la punta de un palo adecuado asegurándote que

puede girar libremente - planta el palo y asegúralo con una cuerda - eleva la bandera - toma nota de la velocidad del viento y la dirección en intervalos regulares a lo

largo del día durante varios días (estima la velocidad del viento a partir de observar la manera como se mueve la bandera -ver la Figura 9.13 del texto principal-)

- si es posible, planta el palo en otro lugar y repite las mediciones y compara los

resultados - calcula la velocidad media del viento a partir de tus resultados - ¿qué ubicación parecería más adecuada para montar una pequeña turbina de

viento?

Apuntes para el profesor:

Antecedentes: la variación de la velocidad del viento durante periodos de tiempo que van de los segundos hasta los días dificulta las mediciones. Ilustra, pero, un aspecto

importante de las fuentes de energía renovable con respecto a la disponibilidad y a la fiabilidad y puede traer hasta un debate interesante sobre qué tipo de estilo de vida es posible en caso de ser totalmente dependientes de las fuentes de energía renovable. Objetivos: caracterizar la energía eólica local Materiales: tela de algodón para la bandera; palos que se puedan unir para hacer uno de 3 metros; madera para el indicador de dirección del viento; llaves y cuerdas para mantener rígido el palo de la bandera; polea para elevar la bandera Palabras clave: velocidad del viento, energía renovable

Habilidades: observación, análisis, deducción Asignaturas del currículum educativo: matemáticas, naturales, geografía Rango de edad: 9-13, 2º y 3º ciclo Figura 9.15: esquema de una bandera


Actividad 9.5: Potencial eólico en tu escuela: cons truir un anemómetro

Actividad 9.5: Potencial eólico en tu escuela: construir un anemómetro

Es posible construir un anemómetro sencillo y un reloj por tal de hacer observaciones de la velocidad del viento.

Recopila los siguientes materiales: cuatro vasos de papel pequeños, tijeras, un rotulador, dos tiras de cartulina dura ondulada, plástico coarrugado, una grapadora, una aguja de cabeza redonda, un lápiz afilado con una goma a la punta, un reloj que señale los segundos y algo de plastilina.

Tarea:

1. Haz los vasos de papel más ligeros cortándoles los bordes redondeados. 2. Pinta el exterior de un vaso con un rotulador. 3. Cruza las dos tiras de cartulina dura de forma que formen un signo de ‘+’ y grapa-

las. 4. Encuentra y marca el centro exacto de las tiras de cartulina. 5. Grapa los vasos a las puntas de las tiras de cartulina. Asegúrate que todos los vasos miran a la misma dirección. 6. Clava la aguja en el centro de la cartulina y engancha la cruz con los vasos a la goma del lápiz. Sopla sobre los vasos para asegurarte que giran libremente sobre la aguja. 7. Coloca la plastilina sobre una superficie al exterior. Clava la parte afilada del lápiz de forma que se mantenga recto.

8. Con un reloj (que señale los segundos o un dispositivo digital que los indique) cuenta el número a veces que el vaso pintado gira en un minuto. 9. Toma nota de tus resultados mostrando la velocidad del viento en ‘revoluciones’ (vueltas) por minuto en una tabla donde también anotes donde y cuando has hecho las lecturas. 10. Medir la velocidad del viento en diferentes momentos del día a lo largo de varios días.

11. Habrías de intentar recopilar lecturas de tu anemómetro en un lugar abierto y en uno que esté más protegido y observa como esto afecta tus lecturas.


Apuntes para el profesor

Antecedentes: Las turbinas eólicas, que transforman el viento en electricidad, necesitan una velocidad eólica media de unos 5 metros por segundo aproximadamente para generar electricidad de forma económica. Por tanto, conviene hacer evaluaciones de la velocidad del viento de un lugar utilizando un aparato de medida denominado anemómetro. Objetivo: Muchas escuelas no tienen acceso a un anemómetro. Por tanto, esta actividad

permite que los alumnos construyan uno de sencillo que se puede usar por tomar nota de la velocidad del viento en revoluciones (giros) por hora y para calcular, más o menos, el mejor lugar para instalar una turbina eólica en tu escuela Materiales: cuatro vasos de papel pequeños, tijeras, un rotulador, dos tiras de cartulina dura ondulada o plástico coarrugado, una grapadora, una aguja de cabeza redonda, un lápiz afilado con una goma a la punta, un reloj que señale los segundos y algo de plastilina. Instrucciones:

1. Pide que cada grupo de alumnos recorte los bordes redondeados a los cuatro vasos. 2. Pide que cada grupo pinte el exterior de uno de los sus vasos. Esto diferencia el vaso y permite que los alumnos cuenten cuantas veces gira por minuto. 3. Pide a los alumnos que formen un signo de ‘+’ con dos tiras de cartulina dura y que las grapen. 4. Asegúrate que los alumnos encuentran y marcan el centro exacto de las tiras de cartulina.

5. Pide a los grupos que grapen los vasos a las puntas de las tiras de cartulina, asegurándote que todos los vasos miran en la misma dirección. 6. Haz que los alumnos claven la aguja a través del centro de la cartulina y enganchen la cruz de cartulina con los vasos a la goma del lápiz. Sopla sobre los vasos para asegurarte que giran libremente sobre la aguja. 7. Escoge algunas localizaciones con los grupos de la escuela (donde creas que hay diferentes velocidades de viento) y pide a los alumnos que coloquen la arcilla en una superficie al exterior y claven la punta afilada del lápiz de forma que el anemómetro se

mantenga recto. 8. Pide que un alumno de cada grupo coja un reloj (que señale los segundos o un dispositivo digital que los indique) para contar el número de veces que gira el vaso pintado en un minuto. 9. Pide que cada grupo tome nota de sus resultados de forma que se pueda elaborar una tabla de velocidades del viento (con la unidad de medida de revoluciones por minuto) que muestre las variaciones de la velocidad del viento en diferentes localizaciones. Si dispones de más de una clase para realizar la actividad:

10. Pide a los alumnos que tomen nota de la velocidad del viento en diferentes momentos del día durante el decurso de varios días y en diferentes localizaciones alrededor de la escuela (escoge tantas áreas abiertas como de más protegidas) 11. Debate con los alumnos por qué la velocidad del viento ha variado de una ubicación a otra. Palabras clave: energía renovable, potencia eólica Habilidades: probar ideas a partir de los resultados de la observación y las anotaciones, contado las experiencias en primera persona; utilizar la observación para

explicar las conclusiones; usar los conocimientos científicos para explicar las observaciones Asignaturas del currículum educativo: naturales, matemáticas Rango de edad: 11-16, 3º y 4º ciclo


9.8 Ubicación y urbanismo Las normas de urbanismo varían en el conjunto de Europa y, incluso, en cada país. Normalmente, el gobierno regional o autonómico se ocupa de estas regulaciones y de las decisiones referentes al urbanismo. Para cualquier turbina que se quiera instalar hará falta un permiso. Deberías contactar siempre tu autoridad local de urbanismo antes de instalar una turbina para conocer el procedimiento exacto que se debe seguir y conseguir la aprobación. Las turbinas eólicas necesitan un acceso ininterrumpido al viento si se quiere que funcionen al máximo. Como que los árboles, los edificios y los cerros pueden bloquear el flujo del viento y o/causar ‘turbulencias’, colocar turbinas cerca de estos elementos puede reducir la cantidad de electricidad que la máquina genera. Conviene, pues, pensar dónde hay que instalar la turbina para así maximizar la cantidad de electricidad que se obtiene. Por este motivo, es importante tomar medidas de la velocidad del viento antes de instalar una. Esto puede tardar hasta un año. La mayoría de turbinas eólicas requieren un lugar abierto con una velocidad de viento mediana de 12 kilómetros por hora. 9.9 Costes de la potencia eólica a pequeña escala Los sistemas de hasta 1 KW costarán alrededor de 2.250€ mientras que los sistemas más grandes entre 1,5 kilowatios y hasta 5 kilowatios costarán entre 6.000€ y 45.000€ , instalación incluida. Estos costes cubren la turbina, el palo, la batería de almacenamiento (en caso de que sea necesaria) y la instalación. No obstante, es importante recordar que estos costes variarán en función del lugar dónde se instale el sistema, de su tipología y medida. Tampoco se puede olvidar que las empresas normalmente intentan beneficiarse al máximo de todo, por lo tanto, siempre debes comparar precios con tu agencia de energía antes de comprar nada.


Actividad 9.6a: El gran debate sobre el viento

Actividad 9.6a: El gran debate sobre el viento

Debate en grupos las ventajas y los inconvenientes de la energía eólica. Método: en parejas, decidir si cada afirmación (de la lista de afirmaciones que sigue) esta a favor o en contra de la construcción de un parque eólico y escribirla en la columna

apropiada de la tabla de abajo. Recortes de prensa: “El parque eólico será una monstruosidad” “El viento es poco fiable y, por tanto, se necesitan otras formas de electricidad” “La energía eólica es una fuente de electricidad limpia y renovable” “La energía eólica no contamina y no contribuye al cambio climático”

“Los parques eólicos reducen la cantidad de combustibles fósiles que se han de cremar y, por tanto, reducen las emisiones de gases de efecto invernadero” “Los parques eólicos causan contaminación acústica” “Las turbinas eólicas matan a los pájaros” “Las investigaciones han demostrado que muy pocos pájaros mueren debido a las turbinas de viento, a no ser que estén instaladas a lo largo de su camino migratorio” “Los parques eólicos son más bonitos que las centrales térmicas” “Los parques eólicos destruirán las vistas de mi paisaje”

“Para producir la misma cantidad de electricidad que una central eléctrica nuclear necesitarías muchas turbinas eólicas cubriendo una gran extensión de tierra”

A FAVOR

EN CONTRA


Apuntes para el profesor (9.6a)

Antecedentes: Hay mucha polémica sobre los lugares dónde habrían de ubicarse las turbinas eólicas. Este debate implica a los ciudadanos, las organizaciones con mensajes cómo ‘sí, pero lejos de mi casa’ (Not in my back yard), las compañías energéticas, y también las autoridades y los medios de comunicación. Esta actividad introduce algunas de las diversas opciones existentes en la materia. Objetivos: Considerar y debatir varios puntos de vista tanto a favor como en contra de la construcción de una turbina eólica o de un parque. El ejercicio tiene como objetivo

enseñar a los alumnos a: 1. Entender algunos de los puntos de vista que se oponen a la energía eólica como

una fuente potencial para la generación de electricidad. 2. Desarrollar sus habilidades de trabajo en equipo trabajando de forma

colaboracionista con sus compañeros. Método:

1. Haz que los alumnos, en grupos, clasifiquen los titulares en dos categorías: ‘a favor’ y ‘en contra’, cortando los titulares y pegando las diferentes opiniones en

las columnas pertinentes. 2. Divide la clase en grupos grandes y decide que grupo estará ‘?a favor’ del

desarrollo eólico y cual ‘en contra’. 3. Haz que cada grupo prepare opiniones e ideas para presentarlas al otro grupo en

una situación de debate (los retales de prensa y también otras fuentes que puedas conseguir ayudarán los alumnos a formular sus argumentaciones), entonces debatís y votáis.

Actividades de ampliación: A partir de los resultados del debate, los alumnos podrían

escribir un artículo de prensa para la escuela proporcionando un informe equilibrado de los argumentos que se han tratado durante el debate a clase. Palabras clave: energía renovable, potencia eólica, puntos de vista, debate, comunidad Habilidades: comprender opiniones diferentes, considerar temas o puntos de vista conflictivos, trabajo en equipo Asignaturas del currículum educativo: geografía, sociales Rango de edad: 7-11, 1º ciclo


Actividad 9.6b: El gran debate sobre el viento

Actividad 9.6b: El gran debate sobre el viento

Debate sobre las ventajas e inconvenientes de instalar una turbina eólica en tu escuela. Tareas: necesitarás tener acceso (al menos en parejas) a un ordenador con conexión a internet.

1. Con tu profesor y el resto de la clase escogéis si simularéis una solicitud de un permiso para la instalación de una turbina eólica o de una micro turbina eólica en tu escuela.

2. Busca a internet artículos y otros documentos sobre la energía eólica y, en especial, actitudes referentes al viento y a algunos ‘mitos eólicos’ frecuentes.

3. Comenta con la clase los artículos buenos que hayas encontrado de forma que el profesor pueda escribir a la pizarra una lista de las páginas web (con las direcciones) donde se encuentran estos artículos.

4. Lee algunos de los mejores ejemplos y clasifica los artículos en dos categorías: ‘a favor’ y ‘en contra’.

5. Tu profesor te asignará un rol que puede ser: un fabricante de turbinas eólicas, la cabeza de profesores, el regidor de urbanismo del Ayuntamiento, el representante de una asociación de vecinos, el presidente de PEPEAE (Propietarios Enfadados Porque la Electricidad Arruina los Espacios), la Sociedad para la Protección de los Pájaros, el Patrimonio Nacional, un representante de Greenpeace, un representante de la Asociación local para la Energía Sostenible (de dónde le Ayuntamiento es miembro) o bien uno de los miembros del Comité de Urbanismo del Ayuntamiento.

6. Si no eres un miembro del Comité de Urbanismo prepara una lista de razones (usando los artículos que has leído) por las cuales estás a favor o en contra de la propuesta para presentar a los alumnos que componen el Comité de Urbanismo.

7. Di la tuya en el debate. 8. Aquellos alumnos que formen parte del Comité de Urbanismo deberán tomar notas durante

el debate y elaborar un informe para la clase de los motivos por los cuales votarán a favor o en contra de la aplicación.


Apuntes para el profesor (9.6b)

Antecedentes: Hay mucha polémica sobre dónde se habrían de ubicar las turbinas

eólicas Este debate implica a los ciudadanos, las organizaciones con mensajes cómo ‘lejos de mi casa’, las compañías energéticas, y también a las autoridades y a los medios de comunicación. Esta actividad introduce los diversos puntos de vista relacionados con el viento y anima los alumnos a hablar de ello. Materiales: ordenador con conexión a internet. Objetivo: Considerar y debatir diversos puntos de vista tanto a favor como en contra de la construcción de una turbina eólica o de un parque. La actividad quiere:

1. ayudar a los alumnos a entender algunos de los puntos de vista que se oponen a la energía eólica como una fuente potencial para la generación de electricidad.

2. desarrollar las habilidades de búsqueda de los alumnos, usando internet por investigar sobre un tema.

3. desarrollar las habilidades de trabajo en equipo de los alumnos trabajando de forma colaboracionista con sus compañeros.

Método:

1. Escoge donde ubicarás el generador eólico.

2. Haz que los alumnos busquen a internet artículos y otros documentos sobre la energía eólica y, en especial, actitudes acerca del viento y algunos ‘mitos eólicos’ frecuentes.

3. Di a los alumnos que informen a la clase y elabora una lista de las páginas web con sus direcciones.

4. Haz que los alumnos, en pequeños grupos, lean algunos de los mejores ejemplos y clasifica los artículos en dos categorías: ‘a favor’ y ‘en contra’.

5. Divide la clase en grupos grandes y asigna roles a cada alumno para que

participen al debate. Ejemplos de roles: un promotor eólico; el regidor de urbanismo del Ayuntamiento, el representante de una asociación de vecinos, el presidente de PEPEAE (Propietarios Enfadados Porque la Electricidad Arruina los Espacios), la Sociedad para la Protección de los Pájaros, el Patrimonio Nacional, un representante de Greenpeace, un representante de la Asociación local para la Energía Sostenible (de donde el Ayuntamiento es miembro). La resta de alumnos deberán tener papeles de miembros del Comité de Urbanismo del Ayuntamiento.

6. Haz que cada uno de los alumnos que tiene un rol concreto prepare argumentos para presentar a los alumnos que forman parte del Comité de Urbanismo del Ayuntamiento en una situación de debate.

7. Hacer el debate y haz que los miembros del Comité de Urbanismo voten el resultado de la aplicación.

Actividades de ampliación: A partir de los resultados del debate, los alumnos podrían escribir un artículo de prensa para la escuela proporcionando un informe equilibrado de

los argumentos que se han tratado durante el debate a clase. Palabras clave: energía renovable, energía eólica, debate, puntos de vista, comunidad Habilidades: la habilidad para adquirir y aplicar conocimientos; entender el cambio climático; entender opiniones diferentes; pensar en temas y punto de vista conflictivos; trabajo en equipo Asignaturas del currículum educativo: naturales, sociales Rango de edad: 11-16, 3º y 4º ciclo


Actividad 9.7: Pedir consejo Actividad 9.7: Pedir consejo

Es difícil aconsejarse sobre la aplicación de la tecnología eólica en el hogar y sobre otros temas energéticos. No obstante, existen varias fuentes de información disponibles con las que no habrás pensado. Tareas

1 Piensa donde irías a pedir consejo sobre como implementar la tecnología eólica en tu casa 2 Completa la hoja de ejercicios que muestras las fuentes de información y consejo que utilizarías (Sí/No) y las que prefieres usar (Pr.). Apuntes para el profesor:

Antecedentes: Unos buenos consejos sobre la aplicación de la energía eólica en el hogar pueden tener repercusiones económicas positivas si se implementan. Esta actividad ofrece la oportunidad de identificar las preferencias de los estudiantes a la hora de buscar información y pedir

consejo. Objetivos: 1) ilustrar el potencial de fuentes de consejo a los alumnos 2) informar a los profesores sobre las fuentes preferidas por sus estudiantes. Material: internet, guía telefónica. Palabras clave: consejo energético, suministradores de información. Habilidades: buscar información, hacer preguntas pertinentes.

Asignaturas del currículum educativo: Rango de edad: 11-16, 3º y 4º ciclo Hoja de ejercicios Pr. Sí No Pr. Sí No

asociación de consumidores padres

agencias de la energía centros de atención telefónica

día/semana de la energía lampista

feria municipal de la energía biblioteca pública

seminario/curso sobre la energía

parientes

amigos biblioteca de la escuela

instaladores grupo de amigos de la escuela

internet profesores

revistas museo de la ciencia/técnica

fabricantes comercios

vecinos programas de TV

ONG’s Compañías de servicios

Otras fuentes de información para pedir consejo que te gustaría usar:


9.10 Conclusiones Existe un gran potencial para generar electricidad a partir de pequeñas turbinas acopladas en el hogar si esta se encuentra en una zona expuesta al viento. Esto es más fácil si la vivienda se encuentra en el campo o en una población pequeña y más difícil en grandes poblaciones y ciudades donde sería más fácil plantar una gran turbina por abarcar un grupo de casas o bloque de pisos. El impacto medioambiental de las turbinas eólicas es menor en comparación con otras fuentes no renovables de producción de electricidad.

9.11 Anexo: herramientas para una educación sobre l a energía eólica www. windpower.org/composite-188.htm - Danish Wind Energy Association http://personasenaccion.com/energiaeolica/ - Guía web de energía eólica www.technologystudent.com/watt/suppli1.htm - Asociación Mundial de profesores de tecnología (World Association of Technology Teachers Suppliers – Suppliers page)

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Capítulo 9 Energía eólicaCapítulo 9 Energía eólica El viento es el resultado del movimiento del aire debido al calentamiento diferencial de la tierra por el sol. Durante el día,