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Energía y maquinaria, motores

ENERGÍA, MAQUINARIA Y MOTORES: FÍSICA. DINÁMICA: LA FUERZA CENTRÍPETA. Se llama fuerza centrípeta a la fuerza, o a la componente de fuerza, dirigida hacia el centro de curvatura de la trayectoria, que actúa sobre un objeto en movimiento sobre una trayectoría curvilínea. El término «centrípeta» proviene de las palabras latinas centrum, «centro» y petere, «dirigirse hacia», y puede ser obtenida a partir de las leyes de Newton. La fuerza centrípeta siempre actúa en forma perpendicular a la dirección del movimiento del cuerpo sobre el cual se aplica. En el caso de un objeto que se mueve en trayectoria circular con rapidez cambiante, la fuerza neta sobre el cuerpo puede ser descompuesta en un componente perpendicular que cambia la dirección del movimiento y uno tangencial, paralelo a la velocidad, que modifica el módulo de la velocidad.

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Fuerza centrípeta

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Fuerza centrípeta en un momiviento circular.

Se llama fuerza centrípeta a la fuerza, o a la componente de fuerza, dirigida hacia el centro de curvatura de la trayectoria, que actúa sobre un objeto en movimiento sobre una trayectoría curvilínea.

El término «centrípeta» proviene de las palabras latinas centrum, «centro» y petere, «dirigirse hacia», y puede ser obtenida a partir de las leyes de Newton. La fuerza centrípeta siempre actúa en forma perpendicular a la dirección del movimiento del cuerpo sobre el cual se aplica. En el caso de un objeto que se mueve en trayectoria circular con rapidez cambiante, la fuerza neta sobre el cuerpo puede ser descompuesta en un componente perpendicular que cambia la dirección del movimiento y uno tangencial, paralelo a la velocidad, que modifica el módulo de la velocidad.

La fuerza centrípeta no debe ser confundida con la fuerza centrífuga, tal como se explica en la sección Malentendidos Comunes.

Contenido

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Fuerza centrípeta en mecánica newtoniana [editar]

Los objetos con movimiento rectilíneo uniforme tienen una rapidez constante; pero un objeto que se mueva sobre una trayectoria circular con rapidez constante experimenta continuamente un cambio en la dirección de su movimiento, esto es, en la dirección de la velocidad. Puesto que la velocidad cambia, existe una aceleración. La magnitud de este cambio de dirección de la velocidad por unidad de tiempo es la aceleración centrípeta, representada por un vector dirigido hacia el centro de la circunferencia dado por

mathbf{a} = -frac{v^2}{r} left (frac{mathbf{r}}{r}right ) = -frac{v^2}{r}hatmathbf u_r = - omega^2 mathbf{r}

Donde:

mathbf{a} , es la aceleración centrípeta. v , es el módulo de la velocidad (rapidez). r , es el trayectoría circular (en general, el radio de curvatura). mathbf{r} , el vector de posición. mathbf{u}_r , el versor radial. omega , la velocidad angular.

Según la segunda ley de Newton, para que se produzca una aceleración debe actuar una fuerza en la dirección de esa aceleración. Así, si consideramos una partícula de masa m, en movimiento circular uniforme, estará sometída a una fuerza centrípeta dada por:

mathbf{F} = - frac{m v^2}{r}hatmathbf u_r = - m omega^2 mathbf{r}

Ejemplo [editar]

Supongamos que atamos una pelota con una cuerda y la hacemos girar en círculo a velocidad angular constante. La pelota se mueve en una trayectoria circular porque la cuerda ejerce sobre ella una fuerza centrípeta.

Otro ejemplo se puede ver en Modelo de Tiovivo, donde un programa realizado en Lenguaje Java permite parametrizar alguna de las variables que intervienen utilizando un carrusel.

Malentendidos comunes [editar]

En algunos textos didácticos introductorios existe cierta confusión entre los términos "fuerza centrípeta" y "fuerza centrífuga". La fuerza centrífuga es una fuerza ficticia que aparece para un observador que usa un marco de referencia en rotación para describir el movimiento. En cambio, para un observador en un marco de referencia inercial no percibe ninguna fuerza centrífuga, mientras que sí ve una fuerza real llamada fuerza centrípeta que es la que obliga a un móvil a curvar su trayectoria en la dirección de dicha fuerza. El problema reside en que en un sistema en rotación la fuerza ficticia centrífuga percibida por un observador también en rotación coincide en magnitud (pero no en sentido) con la fuerza centrípeta medida por un observador inercial exterior al sistema en rotación.

Tampoco la fuerza centrípeta debe confundirse con la denominada fuerza central. La fuerza central es una fuerza real que actúa sobre un cuerpo y que cumple con dos condiciones: (1) su magnitud depende sólo de la distancia del cuerpo a un punto que se denomina centro de fuerzas y (2) su línea de acción pasa por el citado centro de fuerzas. Ejemplos de fuerzas centrales son la fuerza gravitatoria y la fuerza electrostática. Frecuentemente, la fuerza centrípeta es una fuerza central.

Deducción de la aceleración centrípeta [editar]

Demostración geométrica [editar]

Figura 1: Los vectores de posición y velocidad se mueven de forma circular.

Podemos deducir la expresión de la aceleración centrípeta con argumentos geométricos recurriendo a la figura anexa. La circunferencia a la izquierda de la figura muestra una partícula que se desplaza en una trayectoria circular con rapidez constante en cuatro instantes diferentes. El vector posición se denota con mathbf{R} y su velocidad tangencial es mathbf{v}.

Puesto que la velocídad es siempre tangente a la trayectoria, el vector mathbf{v} siempre es perpendicular al vector de posición. Como el extremo del vector mathbf{R} se mueve describiendo una circunferencia de radio R,, el extremo del vector mathbf{v} lo hace de modo análogo. La circunferencia a la derecha muestra la forma en que cambia la velocidad con el tiempo. Dicha circunferencia representa la hodógrafa del movimiento.

El cambio de la velocidad en el tiempo es la aceleración, y dado que la velocidad cambia de manera similar a como lo hace el cector de posición, la aceleración en cada instante también es perpendicular a la velocidad en ese instante, por lo que podemos dibujarlas como vectores mathbf{a} tangentes a la circunferencia.

Ya que los vectores de posición y velocidad giran conjuntamente, el período T (tiempo empleado en una vuelta completa) será el mismo en ambos casos.

Para el periodo de la partícula en la trayectoria circular tenemos

T = frac{2pi R}{v}

y, por analogía, con la hodógrafa de la derecha tenemos

T = frac{2pi v}{a}

Igualando ambas ecuaciones, y despejando a obtenemos.

a = frac{v^{2}}{R}

Comparando la trayectoria (izquierda) con su hodógrafa (derecha), se deduce que la aceleración apunta hacia el centro de la circunferencia, en forma opuesta al vector mathbf{R},. Esto lo podemos hacer regresando cada uno de los vectores mathbf v a su posición original en el círculo de la izquierda. Si junto con ellos nos llevamos los vectores mathbf a, se podrá notar el hecho de que estos últimos efectivamente apuntan hacia el centro.

Deducción usando el cálculo [editar]

Circular motion.svg

Otro método para deducir la ecuación de la aceleración centrípeta consiste en expresar la ecuación de la trayectoria circular en ecuaciones paramétricas:

mathbf r = begin{cases} x = Rcostheta = Rcosomega t y = Rsintheta = Rsinomega t end{cases}

donde

omega, es la velocidad angular t, es el tiempo

y derivar dos veces sucesivas con respecto del tiempo

mathbf v = begin{cases} dot x = -omega Rsinomega t dot y = omega Rcosomega t end{cases}

mathbf a = begin{cases} ddot x = -omega^2 Rcosomega t ddot y = -omega^2 Rsinomega t end{cases}

de modo que

mathbf a = -omega^2 mathbf r

que pone de manifiesto que la aceleración está dirigida hacia el centro de la trayectoría circular y que su módulo viene dado por

a = -omega^2 R = frac{v^2}{R}

Fuerza centrípeta en mecánica relativista [editar]

En mecánica relativista el cociente entre la fuerza centrípeta y la aceleración centrípeta, es diferente del cociente entre la fuerza tanencial y la aceleración tangencial. Esto introduce una diferencia fundamental con el caso newtoniano: la aceleración y la fuerza relativistas no son vectores necesariamente paralelos:

mathbf{F} = frac{d}{dt}left( frac{mmathbf{v}}{sqrt{1-frac{v^2}{c^2}}}right) = frac{mmathbf{v}}{left[1-frac{v^2}{c^2}right]^{3/2}} left( frac{mathbf{v}}{c^2}cdot mathbf{a} right) + frac{mmathbf{a}}{sqrt{1-frac{v^2}{c^2}}}

La fuerza y la aceleración sólo son paralelas en dos casos:

mathbf{a}cdotmathbf{v} = 0, qquad mathbf{a}cdotmathbf{v} = |mathbf{a}| |mathbf{v}|

El primer caso se da cuando la aceleración y la velocidad son perpendiculares, cosa que sucede por ejemplo el movimiento circular uniforme. El segundo caso se da en un movimiento rectilíneo. En cualquier otro tipo de movimiento en general la fuerza y la aceleración no serán permanentemente paralelas.

Véase también [editar]

 

Referencias [editar]

Bibliografía [editar]

Obtenido de "http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_centr%C3%ADpeta"
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ENERGÍA, MAQUINARIA Y MOTORES: LA ENERGÍA EÓLICA. Energía eólica es la energía obtenida del viento, o sea, la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire, y que es transformada en otras formas útiles para las actividades humanas. El término eólico viene del latín Aeolicus, perteneciente o relativo a Eolo, dios de los vientos en la mitología griega. La energía eólica ha sido aprovechada desde la antigüedad para mover los barcos impulsados por velas o hacer funcionar la maquinaria de molinos al mover sus aspas.

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Energía eólica

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Parque eólico. Hamburgo, Alemania.

Energía eólica es la energía obtenida del viento, o sea, la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire, y que es transformada en otras formas útiles para las actividades humanas.

El término eólico viene del latín Aeolicus, perteneciente o relativo a Eolo, dios de los vientos en la mitología griega. La energía eólica ha sido aprovechada desde la antigüedad para mover los barcos impulsados por velas o hacer funcionar la maquinaria de molinos al mover sus aspas.

En la actualidad, la energía eólica es utilizada principalmente para producir energía eléctrica mediante aerogeneradores. A finales de 2007, la capacidad mundial de los generadores eólicos fue de 94.1 gigavatios.[1] Mientras la eólica genera alrededor del 1% del consumo de electricidad mundial,[2] representa alrededor del 19% de la producción eléctrica en Dinamarca, 9% en España y Portugal, y un 6% en Alemania e Irlanda (Datos del 2007). En el año 2008 el porcentaje aportado por la energía eólica en España aumentó hasta el 11%.[3]

La energía eólica es un recurso abundante, renovable, limpio y ayuda a disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero al reemplazar termoeléctricas a base de combustibles fósiles, lo que la convierte en un tipo de energía verde. Sin embargo, el principal inconveniente es su intermitencia.

Contenido

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Cómo se produce y obtiene

La energía del viento está relacionada con el movimiento de las masas de aire que se desplazan de áreas de alta presión atmosférica hacia áreas adyacentes de baja presión, con velocidades proporcionales al gradiente de presión.

Los vientos son generados a causa del calentamiento no uniforme de la superficie terrestre por parte de la radiación solar, entre el 1 y 2% de la energía proveniente del sol se convierte en viento. De día, las masas de aire sobre los océanos, los mares y los lagos se mantienen frías con relación a las áreas vecinas situadas sobre las masas continentales.

Los continentes absorben una menor cantidad de luz solar, por lo tanto el aire que se encuentra sobre la tierra se expande, y se hace por lo tanto más liviana y se eleva. El aire más frío y más pesado que proviene de los mares, océanos y grandes lagos se pone en movimiento para ocupar el lugar dejado por el aire caliente.

Parque eólico

Para poder aprovechar la energía eólica es importante conocer las variaciones diurnas y nocturnas y estacionales de los vientos, la variación de la velocidad del viento con la altura sobre el suelo, la entidad de las ráfagas en espacios de tiempo breves, y valores máximos ocurridos en series históricas de datos con una duración mínima de 20 años. Es también importante conocer la velocidad máxima del viento. Para poder utilizar la energía del viento, es necesario que este alcance una velocidad mínima de 12 km/h, y que no supere los 65 km/h.[4]

La energía del viento es utilizada mediante el uso de máquinas eólicas (o aeromotores) capaces de transformar la energía eólica en energía mecánica de rotación utilizable, ya sea para accionar directamente las máquinas operatrices, como para la producción de energía eléctrica. En este último caso, el sistema de conversión, (que comprende un generador eléctrico con sus sistemas de control y de conexión a la red) es conocido como aerogenerador.

La baja densidad energética, de la energía eólica por unidad de superficie, trae como consecuencia la necesidad de proceder a la instalación de un número mayor de máquinas para el aprovechamiento de los recursos disponibles. El ejemplo más típico de una instalación eólica está representada por los "parques eólicos" (varios aerogeneradores implantados en el territorio conectados a una única línea que los conecta a la red eléctrica local o nacional).

En la actualidad se utiliza, sobre todo, para mover aerogeneradores. En estos la energía eólica mueve una hélice y mediante un sistema mecánico se hace girar el rotor de un generador, normalmente un alternador, que produce energía eléctrica. Para que su instalación resulte rentable, suelen agruparse en concentraciones denominadas parques eólicos.

Historia

Un molino es una máquina que transforma el viento en energía aprovechable, que proviene de la acción de la fuerza del viento sobre unas aspas oblicuas unidas a un eje común. El eje giratorio puede conectarse a varios tipos de maquinaria para moler grano, bombear agua o generar electricidad. Cuando el eje se conecta a una carga, como una bomba, recibe el nombre de molino de viento. Si se usa para producir electricidad se le denomina generador de turbina de viento. Los molinos tienen un origen remoto.

Los primeros molinos

La referencia más antigua que se tiene es un molino de viento que fue usado para hacer funcionar un órgano en el siglo I era común.[5] Los primeros molinos de uso práctico fueron construidos en Sistán, Afganistán, en el siglo VII. Estos fueron molinos de eje vertical con hojas rectangulares.[6] Aparatos hechos de 6 a 8 velas de molino cubiertos con telas fueron usados para moler maíz o extraer agua.

En Europa

En Europa los primeros molinos aparecieron en el siglo XII en Francia e Inglaterra y se distribuyeron por el continente. Eran unas estructuras de madera, conocidas como torres de molino, que se hacían girar a mano alrededor de un poste central para levantar sus aspas al viento.El molino de torre se desarrolló en Francia a lo largo del siglo XIV. Consistía en una torre de piedra coronada por una estructura rotativa de madera que soportaba el eje del molino y la maquinaria superior del mismo. Estos primeros ejemplares tenían una serie de características comunes. De la parte superior del molino sobresalía un eje horizontal. De este eje partían de cuatro a ocho aspas, con una longitud entre 3 y 9 metros. Las vigas de madera se cubrían con telas o planchas de madera. La energía generada por el giro del eje se transmitía, a través de un sistema de engranajes, a la maquinaria del molino emplazada en la base de la estructura. Los molinos de eje horizontal fueron usados extensamente en Europa Occidental para moler trigo desde la década de 1180 en adelante. Basta recordar los ya famosos molinos de viento en las andanzas de Don Quijote. Todavía existen molinos de esa clase, por ejemplo, en Holanda[7]

Molinos de bombeo

En Estados Unidos, el desarrollo de molinos de bombeo, reconocibles por sus múltiples velas metálicas, fue el factor principal que permitió la agricultura y la ganadería en vastas áreas de Norteamérica, de otra manera imposible sin acceso fácil al agua. Estos molinos contribuyeron a la expansión del ferrocarril alrededor del mundo, supliendo las necesidades de agua de las locomotoras a vapor.[8]

Turbinas modernas

Las turbinas modernas fueron desarrolladas a comienzos de 1980, si bien, los diseños continúan en desarrollo.

Utilización de la energía eólica

La industria de la energía eólica en tiempos modernos comenzó en 1979 con la producción en serie de turbinas de viento 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.

Coste de la energía eólica

El coste de la unidad de energía producida en instalaciones eólicas se deduce de un cálculo bastante complejo. Para su evaluación se deben tener en cuenta diversos factores, entre los cuales cabe destacar:

  • El coste inicial o inversión inicial, el costo del aerogenerador incide en aproximadamente el 60 a 70%. El costo medio de una central eólica es de 1.000 Euros por kW de potencia instalada, variable desde 1250 €/kW para máquinas con una unos 147 kW de potencia, hasta 880 €/kW para máquinas de 600 kW;
  • Debe considerarse la vida útil de la instalación (aproximadamente 20 años) y la amortización de este costo;
  • Los costos financieros;
  • Los costos de operación y mantenimiento (variables entre el 1 y el 3% de la inversión);
  • La energía global producida en un período de un año. Esta es función de las características del aerogenerador y de las características del viento en el lugar donde se ha instalado.

Producción por países

Capacidad total de energía eólica instalada
(fin de año y últimas estimaciones)[9]
  Capacidad (MW)
PosiciónPaís2008[10]2006[11]20052004
1USA25.17011.6039.1496.725
2Alemania23.90320.62218.42816.628
3España16.75411.73010.0288.504
4China12.2102.4051.260764
5India9.6546.2704.4303.000
6Italia3.7362.1231.7171.265
7Francia3.4041.567757386
8Reino Unido3.2411.9631.353888
9Dinamarca3.1803.1363.1283.124
10Portugal2.8621.7161.022522
 Total mundial120.79173.90458.98247.671
Capacidad eólica mundial total instalada y previsiones 1997-2010. Fuente: WWEA e.V.

Existe una gran cantidad de aerogeneradores operando, con una capacidad total de 73.904 MW, de los que Europa cuenta con el 65% (2006). El 90% de los parques eólicos se encuentran en Estados Unidos y Europa, pero el porcentaje de los cincos países punteros en nuevas instalaciones cayó del 71% en 2004 al 55% en 2005. Para 2010, la Asociación Mundial de Energía Eólica (World Wind Energy Association) espera que hayan instalados 160.000 MW,[9] lo que implicaría un crecimiento anual más del 15%.

En 2006, la instalación de 7,588 MW en Europa supuso un incremento del 23% respecto a la de 2005.[12]

Alemania, España, Estados Unidos, India y Dinamarca han realizado las mayores inversiones en generación de energía eólica. Dinamarca es, en términos relativos, la más destacada en cuanto a fabricación y utilización de turbinas eólicas, con el compromiso realizado en los años 1970 de llegar a obtener la mitad de la producción de energía del país mediante el viento. Actualmente genera más del 20% de su electricidad mediante aerogeneradores, mayor porcentaje que cualquier otro país, y es el quinto en producción total de energía eólica, a pesar de ser el país número 56 en cuanto a consumo eléctrico[13]

Energía eólica en España

Artículo principal: Energía eólica en España
Parque Eólico "El Páramo" , Alfoz de Quintanadueñas

A 31 de diciembre de 2007, España tenía instalada una capacidad de energía eólica de 13.467 MW (16%), siendo así el segundo país en el mundo en cuanto a producción, junto con Estados Unidos, y sólo por detrás de Alemania.[14] En 2005, el Gobierno de España aprobó una nueva ley nacional con el objetivo de llegar a los 20.000 MW de potencia instalada en 2012. Durante el periodo 2006-07 la energía eólica produjo 27.026 GWh (10% producción eléctrica Total)[15]

La energía eólica en España alcanzó el 27 de marzo de 2008 un nuevo máximo de producción de energía diaria con 209.480 MWh, lo que representó el 24% de la demanda de energía eléctrica peninsular durante ese día. Un día antes, el 26 de marzo, se registró un nuevo récord en la producción eólica horaria con 9.850 MWh entre las 17.00 y las 18.00 horas. El anterior record data del 4 de marzo de 2008 un nuevo record de producción: 10.032 MW a las 15.53 horas.[16] Esta es una potencia superior a la producida por las seis centrales nucleares que hay en España que suman 8 reactores y que juntas generan 7.742,32 MW. Desde hace unos años en España es mayor la capacidad teórica de generar energía eólica que nuclear y es el segundo productor mundial de energía eólica, después de Alemania. España y Alemania también llegaron a producir en 2005 más electricidad desde los parques eólicos que desde las centrales hidroeléctricas.

Está previsto para los próximos años un desarrollo de la energía eólica marina en España. Los Ministerios de Industria, Comercio y Turismo y Medio Ambiente ya están trabajando en la regulación e importantes empresas del sector han manifestado su interés en invertir.[17] [18] [19]

Energía eólica en el Reino Unido

La minieólica podría generar electricidad más barata que la de la red en algunas zonas rurales de Reino Unido, según un estudio de Carbon Trust.[20] Según ese informe, los mini aerogeneradores podrían llegar a generar 1,5 teravatios hora (TWh) al año en Reino Unido, un 0,4% del consumo total del país, evitando así la emisión de 0,6 millones de toneladas de CO2.[21]

Energía eólica en Latinoamérica

Artículo principal: Parques eólicos en Argentina

El desarrollo de energía eólica en Latinoamérica está en sus comienzos, llegando la capacidad instalada en varios países a un total de alrededor de 473 MW:[22]

Central eoloeléctrica "La venta" ubicada en Oaxaca, México.

Ventajas de la energía eólica

  • Es un tipo de energía renovable ya que tiene su origen en procesos atmosféricos debidos a la energía que llega a la Tierra procedente del Sol.
  • Es una energía limpia ya que no produce emisiones atmosféricas ni residuos contaminantes.
  • No requiere una combustión que produzca dióxido de carbono (CO2), por lo que no contribuye al incremento del efecto invernadero ni al cambio climático.
  • Puede instalarse en espacios no aptos para otros fines, por ejemplo en zonas desérticas, próximas a la costa, en laderas áridas y muy empinadas para ser cultivables.
  • Puede convivir con otros usos del suelo, por ejemplo prados para uso ganadero o cultivos bajos como trigo, maíz, patatas, remolacha, etc.
  • Crea un elevado número de puestos de trabajo en las plantas de ensamblaje y las zonas de instalación.
  • Su instalación es rápida, entre 6 meses y un año.
  • Su inclusión en un sistema ínter ligado permite, cuando las condiciones del viento son adecuadas, ahorrar combustible en las centrales térmicas y/o agua en los embalses de las centrales hidroeléctricas.
  • Su utilización combinada con otros tipos de energía, habitualmente la solar, permite la autoalimentación de viviendas, terminando así con la necesidad de conectarse a redes de suministro, pudiendo lograrse autonomías superiores a las 82 horas, sin alimentación desde ninguno de los 2 sistemas.
  • La situación actual permite cubrir la demanda de energía en España un 30% debido a la múltiple situación de los parques eólicos sobre el territorio, compensando la baja producción de unos por falta de viento con la alta producción en las zonas de viento. Los sistemas del sistema eléctrico permiten estabilizar la forma de onda producida en la generación eléctrica solventando los problemas que presentaban los aerogeneradores como productores de energía al principio de su instalación.
  • Posibilidad de construir parques eólicos en el mar, donde el viento es más fuerte, más constante y el impacto social es menor, aunque aumentan los costes de instalación y mantenimiento. Los parques offshore son una realidad en los países del norte de Europa, donde la generación eólica empieza a ser un factor bastante importante.

Inconvenientes de la energía eólica

Aspectos técnicos

Debido a la falta de seguridad en la existencia de viento, la energía eólica no puede ser utilizada como única fuente de energía eléctrica. Por lo tanto, para salvar los "valles" en la producción de energía eólica es indispensable un respaldo de las energías convencionales (centrales de carbón o de ciclo combinado, por ejemplo, y más recientemente de carbón limpio). Sin embargo, cuando respaldan la eólica, las centrales de carbón no pueden funcionar a su rendimiento óptimo, que se sitúa cerca del 90% de su potencia. Tienen que quedarse muy por debajo de este porcentaje, para poder subir sustancialmente su producción en el momento en que afloje el viento. Por tanto, en el modo "respaldo", las centrales térmicas consumen más combustible por kW/h producido. También, al subir y bajar su producción cada vez que cambia la velocidad del viento, se desgasta más la maquinaría. Este problema del respaldo en España se va a tratar de solucionar mediante una interconexión con Francia que permita emplear el sistema europeo como colchón de la variabilidad eólica.

Parque eólico en Tehachapi Pass, California

Además, la variabilidad en la producción de energía eólica tiene 2 importantes consecuencias:

  • Para evacuar la electricidad producida por cada parque eólico (que suelen estar situados además en parajes naturales apartados) es necesario construir unas líneas de alta tensión que sean capaces de conducir el máximo de electricidad que sea capaz de producir la instalación. Sin embargo, la media de tensión a conducir será mucho más baja. Esto significa poner cables 4 veces más gruesos, y a menudo torres más altas, para acomodar correctamente los picos de viento.
  • Es necesario suplir las bajadas de tensión eólicas "instantáneamente" (aumentando la producción de las centrales térmicas), pues sino se hace así se producirían, y de hecho se producen apagones generalizados por bajada de tensión. Este problema podría solucionarse mediante dispositivos de almacenamiento de energía eléctrica. Pero la energía eléctrica producida no es almacenable: es instantáneamente consumida o perdida.

Además, otros problemas son:

  • Técnicamente, uno de los mayores inconvenientes de los aerogeneradores es el llamado hueco de tensión. Ante uno de estos fenómenos, las protecciones de los aerogeneradores con motores de jaula de ardilla se desconectan de la red para evitar ser dañados y, por tanto, provocan nuevas perturbaciones en la red, en este caso, de falta de suministro. Este problema se soluciona bien mediante la modificación de la aparamenta eléctrica de los arogeneradores, lo que resulta bastante costoso, bien mediante la utilización de motores síncronos.
  • Uno de los grandes inconvenientes de este tipo de generación, es la dificultad intrínseca de prever la generación con antelación. Dado que los sistemas eléctricos son operados calculando la generación con un día de antelación en vista del consumo previsto, la aleatoriedad del viento plantea serios problemas. Los últimos avances en previsión del viento han mejorado muchísimo la situación, pero sigue siendo un problema. Igualmente, grupos de generación eólica no pueden utilizarse como nudo oscilante de un sistema.
  • Además de la evidente necesidad de una velocidad mínima en el viento para poder mover las aspas, existe también una limitación superior: una máquina puede estar generando al máximo de su potencia, pero si el viento aumenta lo justo para sobrepasar las especificaciones del molino, es obligatorio desconectar ese circuito de la red o cambiar la inclinación de las aspas para que dejen de girar, puesto que con viento de altas velocidades la estructura puede resultar dañada por los esfuerzos que aparecen en el eje. La consecuencia inmediata es un descenso evidente de la producción eléctrica, a pesar de haber viento en abundancia, y otro factor más de incertidumbre a la hora de contar con esta energía en la red eléctrica de consumo.

Aspectos medioambientales

Molinos en La Mancha, España, famosos desde la publicación de la novela Don Quijote de la Mancha en 1605, son un patrimonio nacional.
  • Generalmente se combina con centrales térmicas, lo que lleva a que existan quienes critican que realmente no se ahorren demasiadas emisiones de dióxido de carbono. No obstante, hay que tener en cuenta que ninguna forma de producción de energía tiene el potencial de cubrir toda la demanda y la producción energética basada en renovables es menos contaminante, por lo que su aportación a la red eléctrica es netamente positiva.
  • Existen parques eólicos en España en espacios protegidos como ZEPAs (Zona de Especial Protección de Aves) y LIC (Lugar de Importancia Comunitaria) de la Red Natura 2000, lo que es una contradicción. Si bien la posible inserción de alguno de estos parques eólicos en las zonas protegidas ZEPAS y LIC tienen un impacto reducido debido al aprovechamiento natural de los recursos, cuando la expansión humana invade estas zonas, alterándolas sin que con ello se produzca ningún bien.
  • Al comienzo de su instalación, los lugares seleccionados para ello coincidieron con las rutas de las aves migratorias, o zonas donde las aves aprovechan vientos de ladera, lo que hace que entren en conflicto los aerogeneradores con aves y murciélagos. Afortunadamente los niveles de mortandad son muy bajos en comparación con otras causas como por ejemplo los atropellos (ver gráfico). Aunque algunos expertos independientes aseguran que la mortandad es alta. Actualmente los estudios de impacto ambiental necesarios para el reconocimiento del plan del parque eólico tienen en consideración la situación ornitológica de la zona. Además, dado que los aerogeneradores actuales son de baja velocidad de rotación, el problema de choque con las aves se está reduciendo.
  • El impacto paisajístico es una nota importante debido a la disposición de los elementos horizontales que lo componen y la aparición de un elemento vertical como es el aerogenerador. Producen el llamado efecto discoteca: este efecto aparece cuando el sol está por detrás de los molinos y las sombras de las aspas se proyectan con regularidad sobre los jardines y las ventanas, parpadeando de tal modo que la gente denominó este fenómeno: “efecto discoteca”. Esto, unido al ruido, puede llevar a la gente hasta un alto nivel de estrés, con efectos de consideración para la salud. No obstante, la mejora del diseño de los aerogeneradores ha permitido ir reduciendo el ruido que producen.
  • La apertura de pistas y la presencia de operarios en los parques eólicos hace que la presencia humana sea constante en lugares hasta entonces poco transitados. Ello afecta también a la fauna.

Referencias

  1. ↑ Global Wind Energy Council News.
  2. ↑ http://www.wwindea.org/home/images/stories/pr_statistics2007_210208_red.pdf World Wind Energy Association press release retrieved 2008 03 18
  3. ↑ «El carbón cae a mínimos históricos en la aportación a la ‘cesta’ energética». Consultado el 3 de diciembre de 2009.
  4. ↑ Allievi del corso di Meccanica, coordinati dal Professore A. Gatto (Anno Scolastico 2003/04) Risorse energetiche alternative: La forza del vento Scuole Medie Superiori, Progetti Interdisciplinari, Valsesia, Piemonte, Italia (en italiano).
  5. ↑ A.G. Drachmann, "Heron's Windmill", Centaurus, 7 (1961), pp. 145-151
  6. ↑ Ahmad Y Hassan, Donald Routledge Hill (1986). Islamic Technology: An illustrated history, p. 54. Cambridge University Press. ISBN 0-521-42239-6.
  7. ↑ Dietrich Lohrmann, "Von der östlichen zur westlichen Windmühle", Archiv für Kulturgeschichte, Vol. 77, Issue 1 (1995), pp.1-30 (18ff.)
  8. ↑ Quirky old-style contraptions make water from wind on the mesas of West Texas
  9. ↑ a b The World Wind Energy Association (WWEA) web site, 2006-04-21
  10. ↑ World Wind Energy Association (Hrsg.): Global installed wind power capacity. Stand: Ende 2008
  11. ↑ Cifras de http://www.windtech-international.com/content/view/1045/1/ y la EWEA
  12. ↑ Europe's new wind energy capacity 23% up in 2006, Renewable Energy, 13 de febrero de 2007
  13. ↑ The World Factbook
  14. ↑ http://www.idae.es/index.asp?i=es
  15. ↑ http://www.ree.es/sistema_electrico/pdf/infosis/Avance_REE_2007.pdf REE avance 2007
  16. ↑ http://www.ree.es/sala_prensa/web/notas_detalle.aspx?id_nota=65 .REE.es
  17. ↑ Ceña, Albeto (2007) Potencial eólico marino en España Asociación Empresarial Eólica. Publicado el 2007-11-22. Con aceso el 2007-12-28
  18. ↑ En España no habrá parques eólicos marinos en funcionamiento antes de 2014 Portaldelmedioambiente.com. Publicado el 2007-12-03. Con acceso el 2007-12-27.
  19. ↑ R.D. 1028/2007, de 20 de julio, por el que se establece el procedimiento administrativo para la tramitación de las solicitudes de autorización de instalaciones de generación eléctrica en el mar territorial. BOE n. 183. Publicado el 2007-08-01. Con acceso el 2007-12-28.
  20. ↑ «Accelerating the move to a low carbon economy».
  21. ↑ «Energías Renovables, el periodismo de las energías limpias».
  22. ↑ Asociación Latinoamericana de Energía Eólica. Energía Eólica en Latinoamérica País por País

Véase también

Enlaces externos

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ENERGÍA, MAQUINARIA Y MOTORES: AVANCES TECNOLÓGICOS. PRODUCTOR DE ENERGÍA MOTRIZ Y NEUMÁTICA. A partir de la problemática existente de escasez de fuentes de energía, he desarrollado un método con miras a resolver por completo la crisis energética. Este método está sustentado a partir de la acción de la fuerza de la gravedad sobre el agua y el aire para producir energía en forma constante y sin consumo de recursos. Es decir, ni el aire ni el agua utilizados son consumidos. De esta forma, se obtiene energía ilimitada, absolutamente limpia, sin costo operativo, y sin riesgos.En estos momentos, estoy testeando esta hipótesis y experimentando con un prototipo del dispositivo que he creado y que bauticé “Productor de Energía Motriz y Neumática”.

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LINK:

http://productordeenergiamotrizyneumatica.blogspot.com/

 

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ENERGÍA, MAQUINARIA Y MOTORES: LA ENERGÍA HIDRÁULICA. Se denomina energía hidráulica o energía hídrica a aquella que se obtiene del aprovechamiento de las energías cinética y potencial de la corriente de ríos, saltos de agua o mareas. Es un tipo de energía verde cuando su impacto ambiental es mínimo y usa la fuerza hídrica sin represarla, en caso contrario es considerada sólo una forma de energía renovable.

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Energía hidráulica

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Rotor de palas en un pequeño curso de agua

Se denomina energía hidráulica o energía hídrica a aquella que se obtiene del aprovechamiento de las energías cinética y potencial de la corriente de ríos, saltos de agua o mareas. Es un tipo de energía verde cuando su impacto ambiental es mínimo y usa la fuerza hídrica sin represarla, en caso contrario es considerada sólo una forma de energía renovable.

Se puede transformar a muy diferentes escalas, existiendo desde hace siglos pequeñas explotaciones en las que la corriente de un río mueve un rotor de palas y genera un movimiento aplicado, por ejemplo, en molinos rurales. Sin embargo, la utilización más significativa la constituyen las centrales hidroeléctricas de represas, aunque estas últimas no son consideradas formas de energía verde por el alto impacto ambiental que producen.

Cuando el Sol calienta la Tierra, además de generar corrientes de aire, hace que el agua de los mares, principalmente, se evapore y ascienda por el aire y se mueva hacia las regiones montañosas, para luego caer en forma de lluvia. Esta agua se puede colectar y retener mediante presas. Parte del agua almacenada se deja salir para que se mueva los álabes de una turbina engranada con un generador de energía eléctrica.

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Extracción de la energía hidráulica [editar]

Artículo principal: Central hidroeléctrica

Estas características hacen que sea significativa en regiones donde existe una combinación adecuada de lluvias, desniveles geológicos y orografía favorable para la construcción de represas. La energía hidráulica se obtiene a partir de la energía potencial y cinética contenida en las masas de agua que transportan los ríos, provenientes de la lluvia y del deshielo. El agua en su caída entre dos niveles del cauce se hace pasar por una turbina hidráulica la cual trasmite la energía a un alternador en cual la convierte en energía eléctrica.

Ventajas e inconvenientes [editar]

Ventajas [editar]

Se trata de una energía renovable y limpia, y de alto rendimiento energético.

Ventajas Económicas

La gran ventaja de la energía hidráulica es la eliminación de los costos de los combustibles. El costo de operar una planta hidráulica es casi inmune a la volatilidad de los combustibles fósiles como la gasolina, el carbón o el gas natural. Además, no hay necesidad de importar combustibles de otros países.

Las plantas hidráulicas también tienden a tener vidas económicas mas largas que las plantas eléctricas que utilizan combustibles. Sin embargo, hay plantas hidráulicas que siguen operando después de 50 a 100 años. Los costos de operación son bajos por que las plantas están automatizadas y tienen pocas personas durante operación normal. Estas plantas producen la misma cantidad de dióxido de carbono en comparación con la materia gris del planeta. Este hecho es beneficioso para la salud.

Como las plantas hidráulicas no queman combustibles, no producen directamente dióxido de carbono. Un poco de dióxido de carbón es producido durante el período de construcción de las plantas, pero es poco, especialmente en comparación a las emisiones de una planta equivalente que quema combustibles.

Presa de las Tres Gargantas (en el curso del río Yangtsé en China), la planta hidroeléctrica más grande del mundo. Generará una potencia de 22.5 GW, pero habrá afectado a más de 1.900.000 personas e inundado 630 km²

Inconvenientes [editar]

Son varios, la constitución del embalse supone la inundación de importantes extensiones de terreno así como el abandono del pueblo.

Destrucción de la naturaleza

Plantas hidráulicas pueden ser disruptivas a los ecosistemas acuáticos. Por ejemplo, estudios han mostrado que las presas en las costas de Norteamérica han reducido las poblaciones de trucha septentrional común que necesitan migrar a ciertos locales para reproducirse. Hay bastantes estudios buscando soluciones a este tipo de problema. Un ejemplo es la invención de un tipo de escalera para los peces.

Pero la electricidad hidráulica cambia los ecosistemas en el río abajo también. El agua que sale de las turbinas típicamente maltrechas no tiene mucho sedimento. Esto puede resultar en la destrucción de los costados de los ríos. Como las turbinas se abren y cierran muchas veces, la cantidad de agua que hay en el río cambia muchas veces también. Estos efectos combinados pueden cambiar los ecosistemas dramáticamente.

Discusión sobre los problemas ambientales [editar]

Artículo principal: Impacto ambiental potencial de una presa hidráulica

Sin embargo habría que pensar seriamente en que hacer embalses muy grandes podría ser una solución para compensar, en lo posible, el aumento del nivel de las aguas del mar, que se está produciendo debido al cambio climático. El aumento se debe a la fusión del casquete polar antártico (el ártico está sobre el mar y su fusión no aumentaría el nivel) y de los glaciares de las montañas, que forman una reserva de agua en tierra. Podría sustituirse esta reserva helada por embalses de gran tamaño de agua líquida, de modo que una gran cantidad no llegue al mar, lo que evitaría, hasta cierto punto, la crecida de nivel[cita requerida]. Muy probablemente, evitar la inundación de miles de kilómetros cuadrados de tierras con poca elevación sobre el nivel del mar (que afectaría muy especialmente a países pobres) evitaría unos importantes daños ecológicos en las zonas costeras, que compensarían otros daños ecológicos que pudieran producirse en las zonas del interior. Se calcula que las aguas retenidas en los grandes embalses construidos recientemente, han reducido el crecimiento del nivel del mar a la mitad de lo que hubiera podido crecer[cita requerida]. Sin embargo esta solución sería muy costosa porque las previsiones de dentro de 50 años dicen que el nivel del mar subirá unos 3m , en principio esto no parece mucho pero es una barbaridad de metros cúbicos porque estos 3 metros de subida equivalen a un volumen de agua de 3 x 2/3 de la superficie de la tierra, por lo que no es rentable la solución expuesta anteriormente

Véase también [editar]

Referencias [editar]

  • Manuale dell'Ingegnere. Edición 81. Editado por Ulrico Hoepli, Milano, 1987. ISBN 88-203-1430-4
  • Handbook of Applied Hydraulics. Library of Congress Catalog Card Number 67-25809.
  • Engenharia de Recursos Hídricos. Ray K.Linsley & Joseph B. Franzini. Editora da Universidade de Sao Paulo e Editora McGraw-Hill do Brasil, Ltda. 1978.
  • Handbook of Applied Hydrology. A Compendium of Water-resources Tecnology. Ven Te Chow, Ph.D., Editor in Chief. Editora McGraw-Hill Book Company. ISBN 07-010774-2. 1964.
  • Hidráulica de los Canales Abiertos. Ven Te Chow. Editorial Diana, México, 1983. ISBN 968-13-1327-5

Enlaces externos [editar]

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ENERGÍA, MAQUINARIA Y MOTORES: EL MOTOR ELÉCTRICO. Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. Algunos de los motores eléctricos son reversibles,pueden transformar energía mecánica en energía electrica funcionando como generadores. Los motores eléctricos de tracción usados en locomotoras realizan a menudo ambas tareas, si se los equipa con frenos regenerativos.

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Motor eléctrico

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Campo magnético que rota como suma de vectores magnéticos a partir de 3 bobinas de la fase
Rotor de un motor eléctrico.

Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. Algunos de los motores eléctricos son reversibles,pueden transformar energía mecánica en energía electrica funcionando como generadores. Los motores eléctricos de tracción usados en locomotoras realizan a menudo ambas tareas, si se los equipa con frenos regenerativos.

Son ampliamente utilizados en instalaciones industriales, comerciales y de particulares. Pueden funcionar conectados a una red de suministro eléctrico o a baterías. Así, en automóviles se están empezando a utilizar en vehículos híbridos para aprovechar las ventajas de ambos.

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[editar] Principio de funcionamiento

Los motores de corriente alterna y los motores de corriente continua se basan en el mismo principio de funcionamiento, el cuál establece que si un conductor por el cual circula una corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo magnético, éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético.

El conductor tiende a funcionar como un electroimán debido a la corriente eléctrica que circula por el mismo adquiriendo de esta manera propiedades magnéticas, que provocan, debido a la interacción con los polos ubicados en el estator, el movimiento circular que se observa en el rotor del motor.

Partiendo del hecho de que cuando pasa corriente eléctrica por un conductor se produce un campo magnético, además si lo ponemos dentro de la acción de un campo magnético potente, el producto de la interacción de ambos campos magnéticos hace que el conductor tienda a desplazarse produciendo así la energía mecánica. Dicha energía es comunicada al exterior mediante un dispositivo llamado flecha.

Véase también: Fuerza de Lorentz y Ley de Faraday

[editar] Ventajas

En diversas circunstancias presenta muchas ventajas respecto a los motores de combustión:

  • A igual potencia, su tamaño y peso son más reducidos.
  • Se pueden construir de cualquier tamaño.
  • Tiene un par de giro elevado y, según el tipo de motor, prácticamente constante.
  • Su rendimiento es muy elevado (típicamente en torno al 75%, aumentando el mismo a medida que se incrementa la potencia de la máquina).
  • Este tipo de motores no emite contaminantes, aunque en la generación de energía eléctrica de la mayoría de las redes de suministro se emiten contaminantes.

[editar] Motores de corriente continua

Artículo principal: Motor de corriente continua
Diversos motores eléctricos

Los motores de corriente continua se clasifican según la forma como estén conectados, en:

Además de los anteriores, existen otros tipos que son utilizados en electrónica:

[editar] Motores de corriente alterna

Artículo principal: Motor de corriente alterna

Los motores de C.A. se clasifican de la siguiente manera:

[editar] Asíncrono o de inducción

Los motores asíncronos o de inducción son aquellos motores eléctricos en los que el rotor nunca llega a girar en la misma frecuencia con la que lo hace el campo magnético del estator. Cuanto mayor es el par motor mayor es esta diferencia de frecuencias.

[editar] Jaula de ardilla

Artículo principal: Jaula de ardilla

 

[editar] Monofásicos
  • Motor de arranque a resistencia. Posee dos bobinas una de arranque y una bobina de campo.
  • Motor de arranque a condensador. Posee un capacitador electrolitico en serie con la bobina de arranque la cual proporcina más fuerza al momento de la marcha y se puede colocar otra en paralelo la cual mejora la reactancia del motor permitiendo que entregue toda la potencia.
  • Motor de marcha.
  • Motor de doble capacitor.
  • Motor de polos sombreados.
[editar] Trifásicos
  • Motor de Inducción.

A tres fases

La mayoría de los motores trifásicos tienen una carga equilibrada, es decir, consumen lo mismo en las tres fases, ya estén conectados en estrella o en triángulo. Un motor con carga equilibrada no requiere el uso de neutro. Las tensiones en cada fase en este caso son iguales al resultado de dividir la tensión de línea por raíz de tres. Por ejemplo, si la tensión de línea es 380 V, entonces la tensión de cada fase es 220 V.

Véase también: Sistema trifásico

[editar] Rotor Devanado

[editar] Monofásicos
  • Motor universal
  • Motor de Inducción-Repulsión.
[editar] Trifásico
  • Motor de rotor devanado.
  • Motor asíncrono
  • Motor síncrono

[editar] Síncrono

En este tipo de motores y en condiciones normales, el rotor gira a las mismas revoluciones que lo hace el campo magnético del estator.

[editar] Cambio de sentido de giro

Para efectuar el cambio de sentido de giro de los motores eléctricos de corriente alterna se siguen unos simples pasos tales como:

  • Para motores monofásicos únicamente es necesario invertir las terminales del devanado de arranque
  • Para motores trifásicos únicamente es necesario invertir dos de las conexiones de alimentación correspondientes a dos fases de acuerdo a la secuencia de trifases.

[editar] Regulación de velocidad

En los motores asíncronos trifásicos existen dos formas de poder variar la velocidad, una es variando la frecuencia mediante un equípo electrónico especial y la otra es variando la polaridad gracias al diseño del motor. Esto último es posible en los motores de devanado separado, o los motores de conexión Dahlander.

[editar] Véase también

[editar] Enlaces externos

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ENERGÍA, MAQUINARIA Y MOTORES: EL MOTOR AERONÁUTICO. Un motor aeronáutico o motor de aviación es aquel que se utiliza para la propulsión de aeronaves mediante la generación de una fuerza de empuje. Existen distintos tipos de motores de aviación aunque se dividen en dos clases básicas: motores recíprocos (o de pistón) y a reacción (donde se incluyen las turbinas). Recientemente y gracias al desarrollo de la NASA y otras entidades, se ha comenzado también la producción de motores eléctricos para aeronaves que funcionen con energía solar.

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Motor aeronáutico

De Wikipedia, la enciclopedia libre

Un motor aeronáutico o motor de aviación es aquel que se utiliza para la propulsión de aeronaves mediante la generación de una fuerza de empuje.

Existen distintos tipos de motores de aviación aunque se dividen en dos clases básicas: motores recíprocos (o de pistón) y a reacción (donde se incluyen las turbinas). Recientemente y gracias al desarrollo de la NASA y otras entidades, se ha comenzado también la producción de motores eléctricos para aeronaves que funcionen con energía solar.

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[editar] Motores a pistón

La aviación como la conocemos comenzó gracias a la propulsión de aeronaves mediante motores a pistón, también llamados motores alternativos. A pesar de que existían otros métodos y formas de propulsión, los motores permitieron una propulsión de trabajo constante, operados principalmente por gasolina. Debido a la rudimentaria tecnología de finales del Siglo XIX, puede atribuirse en parte al desarrollo de los motores el que a comienzos del Siglo XX el vuelo propulsado fuera posible. Por ejemplo, el motor que usó el Flyer III de los hermanos Wright hecho con la ayuda del mecánico Charles Taylor, fue un gran éxito debido a su excelente relación peso potencia, ya que era un motor de 170 libras que producía unos 12 CV a 1025 RPM.

[editar] Motor radial

Más tarde, hacia 1925, aparece el motor radial ó en estrella, un motor con cilindros generalmente impares dispuestos en torno a un cigüeñal, de cuatro tiempos, refrigerados por aire. El gran salto de estos motores fue permitir mayor potencia con menos peso, mayor confiabilidad que los motores rotativos y a diferencia de estos tenían un bloque fijo donde se aloja el cigüeñal y se atornillan los cilindros, así que en este caso los cilindros no giraban en torno al cigüeñal como en los motores rotativos; tienen menor complejidad del conjunto en comparación a los motores en línea o en V ya que no necesitan del sistema de refrigeración por líquido ó sus componentes. Sin embargo los motores en línea y en V seguían siendo ampliamente usados y ya no eran las mismas máquinas poco eficientes de principios de siglo.

El primer desarrollo conocido para el motor radial fue a partir de un listado de requerimientos que la Armada Estadounidense publicó para que los distintos inventores y fabricantes de motores, desarrollaran una planta motriz capaz de superar los problemas que presentaban otras formas de propulsión para la época y que favorecían la producción de un motor radial. El resultante de este desarrollo fue el exitoso Curtiss-Wright Whirlwind J-5, y junto a su posterior competencia, la compañía Pratt & Whitney, se convirtieron en los dos mayores fabricantes. Estos motores se produjeron hasta comienzos de la década de los sesentas, cuando fueron desplazados definitivamente por los motores a reacción.

Los motores radiales son los responsables de expandir a la aviación como un sistema de transporte que podría llegar a ser seguro, masivo y eficiente. Los aviones cada vez fueron creciendo en tamaño, peso, capacidad de pasajeros o carga, y complejidad y su aplicación en los años treintas fue el momento clave desde el cual la aviación dejó de ser un campo inseguro, exclusivo y aventurado.

[editar] Motor de cilindros horizontalmente opuestos

Motor de cilindros horizontalmente opuestos

Otro sistema emergente casi en paralelo al motor radial pero con una inferencia menor en la industria de la aviación fue el motor de cilindros horizontalmente opuestos (ver disposición del motor. Estos motores son de 4, 6 y excepcionalmente de 8 cilindtros que se ubican en bancadas con pares de cilindros en contraposición. Con cilindradas mucho menores que en los motores radiales, los motores de cilindros opuestos impulsaron la aviación general ya que son relativamente pequeños, livianos y pueden ajustarse en compartimientos de aviones pequeños donde los motores radiales podrían resultar demasiado grandes, pesados o complejos, o resultaban ser aviones muy pequeños y baratos como para albergar una turbina. Estos motores se siguen fabricando hasta la actualidad por diversas compañías generalmente estadounidenses, alemanas, francesas y rusas, y son usados por una amplia gama de aviones ligeros tanto de aviación general, como de aviación militar y comercial. Eventualmente el octanaje ofrecido para operarlos se incrementó hasta la actual medida de 100 a 110 octanos, en la gasolina AvGas 100LL.

[editar] Diferencias entre motores con cilindros en oposición

Tanto los motores horizontalmente opuestos, como el sistema Boxer y la V con apertura de 180º, son tres sistemas distintos de Motores con cilindros en oposición.

Ocasionalmente se confunde el término motores con cilindros en oposición con una de sus variantes, el motor de disposición Boxer usado principalmente en automóviles Porsche. En la disposición Boxer, los pistones que están enfrentándose (dos o tres bancadas de cilindros con pares que se oponen en torno al cigüeñal) se acercan y se alejan del cigüeñal al mismo tiempo que su opuesto, ya que las bielas comparten un mismo muñón perpendicular.

Otra forma de motor con cilindros en oposición es la V de 180º, en la cual los cilindros confrontados comparten la misma posición en el muñón del cigüeñal (como ocurre con los motores en V de 45, 60, 75 o 90º de apertura) y la configuración del orden de encendido se distribuye entre las distintas bancadas. Así en una bancada de cilindros que se oponen, mientras un piston se acerca al cigüeñal el otro se aleja.

En los motores con cilindros horizontalmente opuestos (los que se usan comúnmente en aviación), el orden de encendido se ha distribuido de forma tal que los pistones en oposición no comparten la misma posición en el cigüeñal y todos están a destiempo: en el motor Boxer los pistones se alejan y acercan al tiempo del cigüeñal, y en la V de 180º los pistones confrontados se alejan a medida que el otro se acerca al cigüeñal.

[editar] Codificación de los motores recíprocos

Los motores a pistón, a partir de los motores radiales y generalmente de producción estadounidense, están organizados en letras y números que permiten conocer su disposición, cilindrada y en algunos casos, la referencia del sistema de combustible que los fabricantes ofrecen para estas plantas motrices.

La codificación se encuentra de la siguiente forma:

X-n-g

en el que X es el conjunto de letras, n la cilindrada en pulgadas cúbicas y g la variante específica

Letras (disposición):

  • L: En L
  • O: Con cilindros opuestos
  • R: Radial
  • V: En V

En estas cuatro nomenclaturas la variante específica "g" corresponde a información adicional (componentes específicos, uso o no de sobrealimentación, etc.) que se encuentra en el manual de cada motor. Se usó como una clasificación militar de los motores que usaban las aeronaves de dicha aviación, pero con la llegada del jet y otros avances ha caído en desuso y solo es aplicable para motores antiguos que fueron cobijados bajo este sistema.

Letras (características de un motor de cilindros opuestos):

  • G: Geared (con caja reductora de engranajes)
  • I: Injected (cuenta con sistema de inyección)
  • S: Supercharger (con Sobrealimentador)
  • O: Opposite (Motor de cilindros horizontalmente opuestos)
  • T: Turbo (con turboalimentador)

En los motores de cilindros horizontalmente opuestos la variante específica "g" tiene que ver con información sobre el sistema de combustible que el fabricante ha desarrollado para el motor, lo cual incluye los accesorios que van en el conjunto del motor: acoples, sistema de control de gasolina, tipo de carburador o piezas del sistema de inyección, etc.

Así por ejemplo el motor Pratt & Whitney R-1830-55, es un motor Radial de 1830 pulgadas cúbicas de desplazamiento (1,830 cu. in. = 29,988 cc aprox.) con la variante específica -55.

El Allison V-1710-34 es un motor en V de 1,710 cu. in. (28,000 cc aprox) con la variante específica -34.

El motor Lycoming GTSIO-520M, es un motor de cilindros horizontalmente Opuestos de 520 cu. in. (8,520 cc aprox), con sistema de Inyección de combustible, Turbo Sobrealimentado, con caja reductora de engranajes (Geared); la M quiere decir que todos los componentes del sistema de control de combustible, se rige bajo las partes que tengan la letra M para ese motor.

Si por ejemplo se trata de un Continental O-550G, indica que es un motor de aspiración normal (con carburador), sin ninguna mejora o variante en el sistema de mezcla de combustible o aspiración, y la referencia del sistema de combustible es G.

El motor Lycoming TIO-540AF1B, indica que es un motor turbocargado y con sistema de inyección de 540 cu. in (8850 cc aprox.) con partes del sistema de combustible de diversas características.

Esta codificación puede estar sujeta a las diferentes formas en que los fabricantes presentan sus motores y sólo sirven como referencia en los casos en los que sea aplicable.

[editar] Motor rotativo

Una de las disposiciones de motor más revolucionarias fue el motor rotativo (no confundir con el Motor Wankel), en el cual varios cilindros (junto con el bloque del motor) giraban en torno a un cigüeñal, siendo la disposición precursora del motor radial o de estrella, y ampliamente usada en aviones de la Primera Guerra Mundial. Este motor a diferencia del motor en línea o en V, estaba refrigerado por el aire que chocaba contra los cilindros que giraban, a velocidades constantes de operación, y eran motores de cuatro tiempos. Sin embargo estos motores eran muy poco fiables, debido a que funcionaban a máxima potencia todo el tiempo sin que pudiera controlarse el paso de gasolina (sólo se podían encender o apagar), sus componentes internos no estaban hechos para resistir varias horas de uso, tendían a sobrecalentarse por encima de 350°C, temperatura a la cual varios componentes comienzan a fundirse y perforarse permitiendo fugas de aceite que se inflamaba inmediatamente, provocando el incendio del motor y de la aeronave, un hecho que cobró muchas vidas en la Primera Guerra Mundial, época en la cual no se contaba con paracaídas o trajes ignífugos.

[editar] Motores a reacción

Históricamente han existido tres tipos de empuje por reacción, sin embargo el que tuvo más éxito operativo fue el turborreactor. Los otros dos tipos son el Pulsorreactor desarrollado en Alemania durante la Segunda guerra mundial para impulsar las bombas dirigidas V1 y V2, y el motor Estatorreactor ó Ramjet el cual, requiere que un turborreactor eleve la velocidad de paso de aire a más de 1 Mach (velocidad del sonido) para poder impulsar una gran masa de aire que entra a alta presión y temperatura en combustión con combustible inyectado para llegar a velocidades mucho mayores; actualmente solo se tiene conocimiento del motor Ramjet en el Lockheed SR-71 Blackbird.

Los motores empleados hoy en dia habitualmente en aviación comercial, aviones privados de largo alcance y helicópteros debido a su gran entrega de potencia. Su funcionamiento es relativamente más simple que el de los motores recíprocos, sin embargo lás técnicas de fabricación, componentes y materiales son mucho más complejos ya que están expuestos a elevadas temperaturas y condiciones de operación muy diferentes en cuanto a altitud, rendimiento, y velocidad interna de los mecanismos.

El núcleo de estos motores es una turbina de gas que, mediante la expansión de gases por combustión, produce un chorro de gas que propulsa la aeronave directamente o mueve otros mecanismos que generan el empuje propulsor.

Los turborreactores generalmente se dividen en zonas de componentes principales que van a lo largo del motor, desde la entrada hasta la salida del aire: en la zona de admisión se aloja por lo general una entrada o colector con un compresor de baja compresión y un compresor de alta compresión, en la zona de combustión es donde se inyecta el combustible y se quema en la cámara de combustión mezclado con el aire comprimido de la entrada; esto resulta en una alta entrega de flujo de gases que hace accionar finalmente una turbina (el "corazón" del motor). Por último en la salida se halla la tobera de escape que es la que dirige el flujo de gases producido por la combustión.

Los tipos más comunes de motor a reacción (conocidos simplemente como de turbina, erróneamente) son:

[editar] Turborreactor

Funcionamiento de un motor turbojet
Artículo principal: Turborreactor

También llamado turbojet. Los gases generados por la turbina de gas, al ser expelidos, aportan la mayor parte del empuje del motor.

Fue la primera forma de sistema turborreactor y fue inventado por Frank Whittle, quien conceptualizó esta novedosa forma de propulsión a finales de los años treinta. Al ser rechazado en repetidas ocasiones por el Ministerio del Aire Británico, ya que podría violar el tratado de Versalles que impedía desarrollos aeronáuticos con fines bélicos o militares, Whittle publicó sus teorías en varias revistas científicas, al mismo tiempo que en 1935 funda la compañía Power Jets en la cual se empeña en hacer funcionar su nuevo motor. Irónicamente, el ingeniero alemán Hans von Ohain, inspirado en las publicaciones de Whittle, es el primero en lograr construir un motor a reacción para una aeronave tripulada bajo el patrocinio del Dr. Ernst Heinkel, sin embargo al igual que Whittle, el proyecto fue rechazado por la Luftwaffe por diferentes motivos a pesar de contar con tres prototipos diferentes completamente probados (He-178, He-280, y He-162 Salamander), y la compañía Messerschmitt fue galardonada con la autorización de construir un caza propulsado por un motor a reacción, el célebre Messerschmitt Me-262, el primer avión no experimental y de producción en ser propulsado por turbinas. Terminaría produciendo el motor jet más avanzado de la Segunda Guerra Mundial , el Heinkel He S 011.

Pasada la Segunda Guerra Mundial, la compañía Rolls-Royce lideraba el desarrollo de los turborreactores a mediados de los años cuarentas, y posteriormente las compañías General Electric y Westinghouse se dedicaron a fabricar variantes de dichos motores en Estados Unidos. Pratt & Whitney fue la primera compañía estadounidense en producir un motor completamente nuevo con desarrollo estadounidense, el Pratt & Whitney J-57, galardonado con el premio Collier Trophy como el "Más grande logro de la Aviación en Norte América".

Los turbojet fueron los primeros motores a reacción empleados en la aviación comercial y militar. Presentaban una mayor potencia sin precedentes que permitieron el desarrollo de aviones más grandes que volaran a mayores altitudes y alta velocidad. Gracias a su concepto de turborreacción, son los motores que popularmente se conocen como "motores de propulsión a chorro". Su forma estrecha y alargada a modo de barril o cigarro, permitía perfiles más aerodinámicos y diseños aeronáuticos más eficientes. A diferencia de los motores recíprocos, su potencia no se mide en caballos de fuerza producidos sino en libras de empuje, y la capacidad para producir empuje se ve afectada por altitudes mucho mayores que en los motores de pistón debido a la alta velocidad interna de operación y a la compresión del aire que impulsan.

La gran mayoría de los primeros tipos de turborreactor produce empuje centrífugo, debido a que la compresión del aire se hace mediante la centrifugación del aire que circula al interior del motor.

Hoy en día se encuentran en desuso por su elevada sonoridad y bajo rendimiento de combustible y solo se hallan en aviones antiguos y de tipo militar.

[editar] Turbofan

Funcionamiento de un motor turbofan
Artículo principal: Turbofan

En el motor turbofan (planta motriz turboventilante) los gases generados por la turbina son empleados mayoritariamente en accionar un ventilador (fan) situado en la parte frontal del sistema que produce la mayor parte del empuje, dejando para el chorro de gases de escape solo una parte del trabajo (aproximadamente el 30%).

Estos motores comenzaron a usar el sistema de flujo axial, que mantiente la corriente de aire comprimido presionada hacia el eje de la turbina, por lo que el aire sale propulsado con mayor velocidad y con menos tendencia a disiparse de la corriente de salida. Esto incrementa notablemente la eficiencia.

Otro gran avance del Turbofan fue la introducción del sistema de doble flujo en el cual, el ventilador frontal es mucho más grande ya que permite que una corriente de aire circule a alta velocidad por las paredes externas del motor, sin ser comprimido o calentado por los componentes internos. Esto permite que este aire se mantenga frío y avance a una velocidad relativamente igual al aire caliente del interior, haciendo que cuando los dos flujos se encuentren en la tobera de escape, formen un torrente que amplifica la magnitud del flujo de salida y a la vez lo convierte en un flujo más estrecho, aumentando la velocidad total del aire de salida. Este tipo de motor tiene una gran entrega de empuje, permitiendo el desarrollo de aviones con capacidad de carga y transporte de pasajeros mucho más grande, y al nivel que conocemos en la actualidad.

Es el motor utilizado por la mayoría de los aviones de reacción modernos por su elevado rendimiento y relativa economía de combustible respecto a un Turbojet.

Normalmente son motores de dos ejes, uno para la turbina de gas y otro para el ventilador. Sin embargo Rolls Royce plc produce motores turbofan de tres ejes, que corresponden a los modelos de la serie Trent.

[editar] Turbohélice

Funcionamiento de un motor turbohélice
Artículo principal: Turbohélice

También llamado turboprop. Estos motores no basan su ciclo operativo en la producción de potencia a partir del empuje de los gases que circulan a través de ellos, sino que la potencia que producen se usa para mover una hélice. De manera similar a los turbofan, los gases de la turbina se emplean en su totalidad para mover en este caso una hélice que genera el empuje necesario para propulsar la aeronave.

Esto se logra mediante una caja reductora de engranajes, ya que las velocidades de operación de un Turboprop son superiores a las 10.000 RPM, demasiado rápido para una hélice. Al igual que en la mayoría de motores recíprocos, los motores cuentan con gobernadores que mantienen fija la velocidad de la hélice y regulan el paso de sus palas (constant speed, variable pitch propeller). La potencia de los motores turbohélice se mide en turbocaballos o SHP (shafted horse power)

Presentan una gran economía de funcionamiento relativa a los turbofan, y permiten una potencia operativa intermedia entre los motores recíprocos y las turbinas, por lo que su uso se ve restringido a propulsar aviones con mayor autonomía, velocidad, tamaño y/o rendimiento que los que operan motores a pistón, pero que no llegan a ser tan veloces, grandes y autónomos que los que usan turbinas sin hélice.

Son exitosos al operar aviones de tipo regional que no han de cubrir grandes distancias y también se han convertido en una opción para incrementar la potencia de aviones de pistón. El Lockheed C-130 'Hercules' es un exitoso ejemplo de lo que el motor turbohélice ha constituido para los transportes aéreos medianos o el nuevo Airbus A400M. También se encuentran las versiones en turbohélice que varios fabricantes de aeronaves de aviación general ofrecieron al público como el Cessna 441 Conquest, el Piper PA-42 Cheyenne IIIA, o el Piper PA-46T Malibu; así mismo Beechcraft tiene los bimotores de serie King Air, que lleva algo más de cuatro décadas en producción con distintos modelos. La aplicación del turbohélice también se ha extendido a aviones militares de entrenamiento y/o ataque como el Embraer EMB 314 Super Tucano, el Beechcraft T-34C Mentor o el FMA IA-58 Pucará, en este caso un bimotor.

Existen otros tipos de motores de turbina como el propfan que se encuentran en fase experimental.

[editar] Turboeje

Artículo principal: Turboeje
Diagrama esquemático que muestra el funcionamiento de un motor turboeje simplificado.

Un motor turboeje (en inglés: turboshaft) es un motor de turbina de gas que entrega su potencia a través de un eje. Es similar al motor turbohélice pero, a diferencia de éste, no mueve directamente una hélice, sino un eje motor independiente. Normalmente se utiliza como motor de aviación para propulsar helicópteros.

[editar] Otros motores alternativos

Recientemente se han desarrollado algunos motores alternativos de ciclo Diésel realizados en materiales ligeros, a partir del campo en el que se ubican los motores de cilindros horizontalmente opuestos. El motor Diésel ofrece un mayor par motor relativo en bajas revoluciones de operación, dificultad que los motores de gasolina usados en aviación confrontan ya que deben entregar máxima potencia a revoluciones más bajas que en motores de automoción con el fin de incrementar la durabilidad y rentabilidad.

Las compañías que trabajan en su desarrollo se empeñan por producir motores que tengan el económico consumo de combustible del Diésel, con la refrigeración por aire de los motores actuales. También se hace énfasis en reducir las emisiones ya que la tecnología actual de los motores Diésel permite ofrecer motores más amables al medio ambiente que los motores que usan gasolina de 100 octanos, ya que para alcanzar este octanaje tan elevado no puede prescindirse del uso del plomo como se hace en los automóviles. Además el motor Diésel ha probado tener un sistema de reparación que involucra menos componentes (en algunos casos sólo se cambian pasadores de pistón, anillos, y bomba de inyección) y su durabilidad es mucho mayor. Esto ampliaría notablemente las horas TBO (time between overhauls) haciendo que operar aviones con motores recíprocos se convierta en una actividad menos costosa para los propietarios y operadores.

La NASA ha desarrollado motores eléctricos para algunos desarrollos aeroespaciales que incluyen la alimentación energética por medio de energía solar.

[editar] Véase también

[editar] Enlaces externos

[editar] Evolución

Gracias al Ciclo Otto se inventó el motor de combustión interna, que sería aplicado a la incipiente aeronáutica de finales del siglo XIX. Estos motores, enfriados por agua, generaban potencia por medio de una hélice. La hélice, debido sus dos palas alabeadas, propulsaba la masa de aire circundante, arrastrando al aeroplano hacia adelante, produciendo el vuelo. En 1903, los hermanos Wright lograron realizar el sueño casi imposible de hacer volar un artefacto más denso que el aire.

Los motores se perfeccionaron con el tiempo, logrando aprovechar su potencia para luego ser montados en los primeros aviones de transporte y militares, como los de la Primera Guerra Mundial. Entre los años 1940 y 1950 se crearon los primeros motores a reacción a ser utilizados en los aviones de combate en la Segunda Guerra Mundial.

De los descubrimientos en la física y la mecánica de fluidos, se tomó el Principio de Bernoulli, teorema en el que se fundarían las bases para la invención de los cohetes bélicos y de los motores jet, cuyo principio se basa en leyes físicas como el principio de acción y reacción.

Los últimos aviones de transporte comercial emplearon cuatro motores radiales de 36 cilindros y de 3.500 caballos de fuerza; son ejemplos de ello los Douglas DC-7 y los Constellation Lockheed 1049G. Más tarde, vendría el gran cambio a los motores a reacción, que en un inicio fueron motores Straight Jet, es decir, de flujo de aire directo, (no poseían fan).

La industria del motor de aviación ha dado un gran salto tecnológico; hoy se emplean los motores turbofan en aviones comerciales. Para los aviones de combate se ha mejorado su ‘’performance’’, no emplean el mecanismo del turbofan pero sí el Afterburner es un quemador posterior que aumenta el empuje real de los motores durante una maniobra forzada.

En la aviación moderna se emplean básicamente dos tipos de motores, los de turbofan y los de turbohélice. Si bien, en la aeronáutica también se emplean motores con combustibles sólidos, los montados en aviones, tanto comerciales como militares, emplean combustibles líquidos.

En los aviones de porte pequeño es usual que se utilicen motores de combustión interna que no se basan en el principio de las turbinas de gas sino en el movimiento alternativo de pistones.

[editar] Véase también

[editar] Enlaces externos

Commons

Obtenido de "http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_aeron%C3%A1utico"
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ENERGÍA, MAQUINARIA, MOTORES: EL MOTOR DE IMPULSIÓN. Un motor de impulsión es un dispositivo mecánico empleado para cambiar la velocidad de rotación. Un motor de impulsión planetario es una versión a menor escala, que usa los rodamientos de esferas en un arreglo epicicloidal en lugar de engranajes dentados.

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Motor de impulsión

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Motor de impulsión
Motor de impulsión planetario

Un motor de impulsión es un dispositivo mecánico empleado para cambiar la velocidad de rotación. Un motor de impulsión planetario es una versión a menor escala, que usa los rodamientos de esferas en un arreglo epicicloidal en lugar de engranajes dentados.

Los motores de impulsión se utilizan en los motores de todas las clases, para aumentar la cantidad de esfuerzo en el par de giro para la revolución de un eje: una caja de cambios de cualquier automóvil es un ejemplo claro de un motor de reducción.

Los motores de impulsión planetarios generalmente se unen entre el eje del condensador variable y la perilla que templa de cualquier radio, para permitir ajustes finos del condensador con los movimientos grandes de la perilla.

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ENERGÍA, MAQUINARIA Y MOTORES: EL MOTOR. Un motor es una parte de maquina capaz de transformar cualquier tipo de energía (eléctrica, de combustibles fósiles, ...), en energía mecánica capaz de realizar un trabajo. En los automóviles este efecto es una fuerza que produce el movimiento.

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Motor

De Wikipedia, la enciclopedia libre

Para la compañia discográfica, véase Motor Music Records.
Motor de un avión de 1915, con disposición radial y refrigerado con agua.
Motor V12 de automóvil, utilizado en un Lamborghini Murciélago.

Un motor es una parte de maquina capaz de transformar cualquier tipo de energía (eléctrica, de combustibles fósiles, ...), en energía mecánica capaz de realizar un trabajo. En los automóviles este efecto es una fuerza que produce el movimiento.

Existen diversos tipos, siendo los más comunes:

En los aerogeneradores, las centrales hidroeléctricas o los reactores nucleares también se transforma algún tipo de energía en otro. Sin embargo, la palabra motor se reserva para los casos en los cuales el resultado inmediato es energía mecánica.

Contenido

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[editar] Clasificación según el elemento que aporta energía a los motores

  • Aquellos que obtienen la energía de fluidos (Eólicos, hidráulicos, de aire comprimido, térmicos, etc)
  • Aquellos que obtienen la energía de sólidos
  • Aquellos que obtienen la energía de formas especiales (eléctricos)

[editar] Características generales

  • Rendimiento: es el cociente entre la potencia útil que generan y la potencia absorbida. Habitualmente se representa con la letra griega η.
  • Velocidad de giro o velocidad nominal: es la velocidad angular del cigueñal, es decir, el número de radianes por segundo (rad/s) a las que gira. Se representa por la letra n.
  • Potencia: es el trabajo que el motor es capaz de realizar en la unidad de tiempo a una determinada velocidad de giro. Se mide normalmente en caballos de vapor (CV), siendo 1 CV igual a 736 vatios.
  • Par motor: es el momento de rotación que actúa sobre el eje del motor y determina su giro. Se mide en kilográmetros (kgm) o newtons-metro (Nm), siendo 1 kgm igual a 9,8 Nm. Hay varios tipos de pares, véanse por ejemplo el par de arranque, el par de aceleración y el par nominal.

[editar] Otros usos

En ciertas ocasiones la palabra "motor" es utilizada para referirse a entidades que desarrollan determinadas tareas y no "trabajo" en el sentido físico. Este uso es particularmente visible en informática, donde son comunes términos como motor de búsqueda, "motor SQL" o "motor de juegos". Como en muchos otros términos de la jerga informática, suele emplearse su equivalente en idioma inglés, engine, especialmente en algunos países de Latinoamérica.

También suele denominarse como motor de juego o Game Engine a una serie de rutinas de programación que permiten el diseño, la creación y la representación de un videojuego.

[editar] Véase también

[editar] Enlaces externos

Obtenido de "http://es.wikipedia.org/wiki/Motor"
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