II. LO QUE EL VIENTO NO SE LLEVÓ

EOLO, según la mitología griega, era el dios de los vientos. Hijo de Zeus y la ninfa Menalipa, con sólo inflar sus enormes cachetes podía producir huracanes, sirocos, ventiscas, tempestades e incluso brisas, según su variable estado de ánimo.

Las investigaciones que se realizan actualmente sobre la energía eólica se dirigen a aprovechar el viento como energético para producir electricidad, calor, energía mecánica o cualquier otra forma de energía.

La energía eólica está clasificada como una fuente no convencional. Es prácticamente inagotable y no contamina. Sin embargo, su principal desventaja es que cuando no sopla el viento no se produce energía. Por esta razón es una fuente intermitente y, como tal, requiere de un sistema de almacenamiento para aprovecharla continuamente.

La historia de la energía eólica o de los vientos se remonta al año 3 500 a.C., cuando los sumerios armaron las primeras embarcaciones de vela. Después, los griegos construyeron máquinas que funcionaban con el viento. Así, desde la Antigñedad éste ha sido el motor de las embarcaciones. Han pasado 5 000 años y los veleros surcan aún los mares.

Sin embargo, ésta es sólo una de las bondades del viento. Otra aplicación familiar, cuya imagen aparece inmediatamente, son los molinos de viento. La historia del molino de viento es confusa. Hay quienes afirman que el primero de estos molinos surgió en Seistán, Persia (hoy Irán), aunque parece que existen indicios anteriores de su existencia en la isla griega de Miconos.

Los chinos utilizaron desde la antigñedad los molinos eólicos para bombear agua y regar sus tierras; un caso notable del uso de esta energía fueron las carretillas impulsadas con velas para facilitar el transporte de mercancías de un lado a otro. Ya en el siglo XIX, los chinos construyeron un vagón de ferrocarril de pasajeros que tenía una gran vela; la principal desventaja era que la espera, en ocasiones, era bastante larga.

II. 1. LA INVASIÓN DE LOS MOLINOS

Los molinos de viento emigraron rápidamente a Europa. Por un lado, llegaron al norte de África y a España, y por otro, al norte de Europa, a través del Mar Caspio. La primera alusión directa a ellos en Europa lo encontramos en 1105, cuando por encargo del Papa, el Abad de Savigny construyó varios molinos en diversas provincias francesas.

A principios del siglo XIII los molinos eólicos invaden toda Europa. Y es precisamente al final de este siglo cuando aparecen los famosos molinos holandeses usados para bombear agua. Así, cabe señalar que otra aplicación importante de estos molinos fue para la molienda de granos.

Un testimonio famoso de los molinos de viento es, sin lugar a dudas, la lucha contra los molinos de viento que se narra en El ingenioso hidalgo Don Quijote de la Mancha, de Miguel de Cervantes Saavedra, publicado en 1605.

—¿Qué gigantes?— dijo Sancho Panza.

—Aquellos que allí ves —respondió su amo—, de los brazos largos, que los suelen tener algunos de casi dos leguas.

—Mire vuestra merced —respondió Sancho—, que aquellos que allí se parecen no son gigantes sino molinos de viento, y lo que en ellos parecen brazos son aspas que volteadas del viento hacen andar la piedra del molino.

—Bien parece —respondió Don Quijote—, que no estás cursado en esto de las aventuras: ellos son gigantes, y si tienes miedo quítate de ahí y ponte en oración, en el espacio que yo voy a entrar con ellos en fiera y desigual batalla...

Entre las aplicaciones poco usuales de la energía eólica figura un ventilador que construyó el biólogo Stephen Hale, en 1752, para la prisión londinense de Newgate, donde las condiciones sanitarias no eran precisamente las más adecuadas. Esto se debía, en parte, a que en esa época se aplicaba un impuesto elevado a las construcciones con ventanas grandes y las prisiones no eran la excepción. El sistema de Hale se extendió posteriormente a otras cárceles. Pero no sólo la práctica eólica tuvo sus logros. En 1759 John Smeaton presentó ante la Royal Society de Londres un tratado titulado: Cuestiones experimentales relativas a la fuerza natural del agua y el viento.

En 1782 aparece el motor de Watt y con él se abre la puerta para la Revolución Industrial, con sus máquinas térmicas, más eficientes, más baratas y que podían funcionar continuamente, lo cual trae como consecuencia que se preste menos atención al uso de sistemas eólicos. A finales del siglo XVIII y durante todo el XIX, el aprovechamiento de la fuerza de los vientos quedó como mera curiosidad, salvo unas cuantas excepciones, como las turbinas con aspas de madera y después de acero, diseñadas por Daniel Halladay y Stuart Perry a finales del siglo XIX.

Pero mientras el petróleo era una fuente duradera y barata a finales de la centuria pasada y en la primera mitad de la actual, hoy se sabe que más temprano que tarde se va a agotar, razón que ha llevado a estudiar otras fuentes de energía, como la eólica.

El viento se produce por el calor que genera el Sol, combinado con el movimiento de rotación de nuestro planeta. Los rayos solares calientan la corteza terrestre y al aire que la rodea. Esto ocasiona que el aire se dilate, pierda presión, se eleve y lo sustituya el aire frío que viene de los océanos. Durante las noches, el proceso es al revés, es decir, el mar guarda mejor el calor que la corteza, el aire se dilata y ahora de la corteza proviene el aire frío. En las montañas ocurre un ciclo diurno y nocturno parecido. Estas diferencias de presión en nuestra atmósfera ocasionan corrientes de convección. Esto es, corrientes más o menos circulares que van de la parte alta de la atmósfera a la baja, para luego regresar a la primera (la rotación de la Tierra hace más complejo el patrón de circulación del aire, porque las fuerzas inerciales ocasionan que en las capas altas de la atmósfera del Hemisferio Norte el aire se desvíe hacia el este y en las bajas hacia el oeste, mientras que en el Hemisferio Sur ocurre a la inversa). De estas corrientes, únicamente las fuerzas horizontales son dinámicas y pueden transformarse, por medio de unas aspas, en energía utilizable. Las corrientes verticales son convectivas y no poseen la energía dinámica para ser aprovechables. De hecho, el viento se define como el movimiento horizontal de las masas de aire en nuestra atmósfera.

A pesar de que el uso de la energía eólica para el transporte y la agricultura es muy antiguo, la conversión de esta energía a electricidad pertenece a este siglo, entre otras razones porque la electricidad aprovechable surgió a finales del siglo pasado (en 1881).

Hoy es común utilizar ventiladores en lugares donde hace mucho calor para producir una agradable brisa. Éstos consisten en un motor eléctrico unido a unas aspas. El proceso inverso, o sea, aprovechar el viento para generar energía eléctrica, es una de las aplicaciones más importantes de la energía eólica, y al aparato capaz de realizar esta conversión se le denomina aerogenerador.

II. 2. DEL VIENTO A LA ELECTRICIDAD

Existen muchos tipos de aerogeneradores. Si los clasificáramos de acuerdo con la potencia que producen se dividirían en pequeños, que generan alrededor de 3 kilowatts; medianos, que llegan a producir hasta 1 000 kilowatts (es decir, 1 megawatt), y los grandes, que son de 1 MW en adelante. Para dar una idea de estas cifras, la potencia de los aerogeneradores grandes es cien veces menor que la de una planta termoeléctrica común. Por ello, para conseguir una potencia elevada deben instalarse varios aerogeneradores grandes en un mismo lugar.

Si clasificáramos a los aerogeneradores por sus características geométricas, serían de dos tipos: con el rotor vertical u horizontal. En los primeros, el eje de giro del aparato es perpendicular al suelo. Los más conocidos son los de Klemin, Savoius y Darrieus, diseñados en 1925, 1929 y 1931, respectivamente. Los aerogeneradores con rotor horizontal tienen las aspas como las hélices de los aviones, unidas a un rotor paralelo al piso (véase la figura 22).

Figura 22. Diferentes tipos de rotores para aerogeneradores, aerobombas y molinos.

El aerogenerador consta de una torre situada en un lugar apropiado. Sobre ella sobresalen aspas de grandes dimensiones. Éstas giran debido a la fuerza ejercida por el viento, y con ellas el rotor que, por medio de un sistema de transmisión, está conectado a un generador capaz de producir energía eléctrica (véase la figura 23).

Figura 23. Diagrama del mecanismo interior de un aerogenerador de 0.1 MW. (FUENTE: ERDA-NASA.)

La potencia máxima que proporciona un aerogenerador depende fundamentalmente de dos características: la velocidad del viento y el radio de las aspas. Concretamente, la potencia es proporcional al cubo de la velocidad del viento. Así que para poseer un aerogenerador de gran potencia se necesita escoger un lugar en donde los vientos sean veloces la mayor parte del año (entre l0 y 40 km/h aproximadamente).

II. 3. VIENTOS DE MÉXICO

En México, el sureste, el norte y el centro son las regiones más apropiadas para colocar sistemas eólicos; destacando La Ventosa, en Oaxaca, donde los vientos alcanzan velocidades promedio de 20 a 25 km/h. En 1984, el Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) elaboró el primer mapa de vientos máximos en la República Mexicana, así como un sistema electrónico que permite conocer con bastante precisión las características fundamentales del viento en un lugar determinado. Recientemente, el IIE publicó el primer Atlas Eólico de la República Mexicana.

Según el libro Alternativas energéticas, del doctor Antonio Alonso Concheiro y el ingeniero Luis Rodríguez Viqueira (coeditado por CONACYT-FCE, en 1985):

El aprovechamiento de la energía eólica en México se limita a las aerobombas de eje horizontal y aspas múltiples, instaladas en localidades rurales del norte y el sureste del país.

En México sólo existe un fabricante de aerobombas y uno de aerogeneradores. Estos últimos se producirán comercialmente después de la fase de prueba y demostración. Ya están instaladas dos unidades, una en el Ajusco y otra en la parte oeste de Michoacán.

El estudio de Alonso Concheiro y Rodríguez Viqueira señala que sólo hay tres instituciones y una asociación civil dedicadas a la investigación y el desarrollo de la energía eólica en México: el Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE),la Universidad Autónoma Metropolitana-Unidad Azcapotzalco, la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica del IPN y el Grupo del Sol.

De estas instituciones, la que presta más atención al desarrollo de la energía eólica es el IIE. Ahí, señalan los autores de Alternativas energéticas:

Los trabajos se enfocaron inicialmente a volver a diseñar equipos desarrollados en otros países, adecuándolos a la disponibilidad de materiales, y a habilidades técnicas y artesanales de nuestro país.

Actualmente el IIE cuenta con un aerogenerador de velas para aplicaciones mecánicas, una aerobomba de tipo Savonius, una de 1.5 kWe y un aerogenerador con rotor tipo Savonius de 200 W.

También se encuentran en proceso de construcción un prototipo de aerobomba mecánica, del cual se instalarán dos aerobombas en San Rafael, San Luis Potosí.

Respecto a la conversión eléctrica, el IIE posee la estación eoloenergética de El Gavillero, en Hidalgo. En ella se construyeron dos aerogeneradores tipo Dunlite, de 2 kW para vientos de 5 m/s, que abastecen de energía eléctrica a la comunidad, y también el IIE diseñó un aerogenerador denominado Albatros, con un rotor de 11 m de diámetro, que desarrolla una potencia de 8.5 kW.

En el cuadro VII se resumen las instituciones dedicadas a la investigación eólica en México.

CUADRO VII. Investigación eólica en México.

Aerobombas y aerogeneradores	Instituto de Investigaciones Eléctricas, Universidad Autónoma Metropolitana-Unidad Azcapotzalco, Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica del IPN y Grupo del Sol. Dos fabricantes comerciales.
Condiciones del viento en la República Mexicana	Instituto de Investigaciones Eléctricas e Instituto de Geografía de la UNAM.

El alto costo de los aerogeneradores y las aerobombas representa actualmente la desventaja fundamental para integrarlos a mediana escala; lo mismo sucede con el sistema de almacenamiento de energía.

Finalmente, respecto a la energía eólica se debe señalar que en nuestro país los aerogeneradores pueden ser una opción en comunidades rurales sin electrificar, así como una fuente de energía, dentro de la diversificación de fuentes opcionales de energía. Sería muy conveniente crear institutos dedicados a la investigación de fuentes como la eólica, la solar, la fusión y la biomasa, tal vez financiados por Petróleos Mexicanos.

El desarrollo de los sistemas eólicos, solares y los que aprovechan la biomasa en nuestro país debe apoyarse mucho más de lo que se ha hecho hasta ahora. Es deseable que se instalen plantas de generación de energía eléctrica piloto para cada sistema, apoyadas por un grupo de investigación, como se ha hecho con otras fuentes de energía