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Electrification

The next step in the development of wind energy was electrification.

Until the late nineteenth century, all windmills produced only mechanical power for pumping or grinding. With the emergence of electricity, designers and engineers quickly recognized that windmills could be attached to electric generators and that the power they produced could be used for heating and lighting.

The first windmill used to generate electricity on a large scale was built in 1888 by Charles F. Brush (1849–1929) in Cleveland, Ohio. Its rotor, which consisted of 144 blades, was almost 56 feet (17 meters) in diameter. The rotor includes the hub and the blades that are attached to it. Brush's major technical challenge was to find a way for the windmill's rotor to produce the 500 revolutions per minute he needed for the generator to operate. Brush designed a step-up gearbox (a series of parts that transmitted motion from one part of the machinery to another) in a fifty-to-one ratio. This meant that for every turn of the rotor, the operational parts of the generator turned 50 times. During the 20 years it was in operation, the Brush machine produced about 12 kilowatts of power, which Brush stored in batteries in his nearby mansion.

From 1890 to 1930 the windmill industry in the United States boomed. Spurring the boom was the prominent place given to electric windmills at the World's Columbian Exposition in Chicago in 1893, where they were used to generate power to light the fairgrounds after dark. Electric lights were not common in 1893 homes; most still used gaslights. So people were amazed that a cheap source of power could make this new marvel available to them, even if they lived out in the country. However, the windmill industry soon collapsed after the U.S .Rural Electrification Administration, or REA, was established. This government program was one of many created to help the nation overcome the effects of the Great Depression (1929–1941). The REA provided partial federal funding for electricity to homes and farms in rural areas, much of it produced by hydroelectric dams. If these hard to-reach places could now get inexpensive electrical service from the government, then they no longer needed windmill-generated power.

Decline and revival

From the 1930s to the 1970s in the United States coal and oil remained relatively inexpensive, and little interest was shown in harnessing the wind to meet the need for electricity. In Russia, however, a 100-kilowatt wind generator was built in Balaclava in 1931. Mounted on a tower 100 feet (33meters) high, the rotor was 100 feet in diameter and produced power when the wind speed exceeded 25 miles (40 kilometers) per hour. The wind generator supplied this energy to a steam power station 20miles (32 kilometers) away. The turbine did not last very long because the blades were made of old roofing metal and the gears were made of wood. During one year of operation, however, the wind generator produced 279,000 kilowatt-hours of power.

From the mid-1930s until 1970 commercial-sized wind generators were built in Denmark, England, Germany, and France. These countries were left with shortages of fossil fuels and most everything else because of the destruction left by World War II (1939– 1945). The development of wind power in Europe filled some of the need for electricity that was not being filled by fossil fuels. In Denmark, for example, a 200-kilowatt wind generator was built and operated until the early 1960s. Denmark led the way in wind power generation in terms of the percentage of electricity that was wind generated, about 20 percent.

Although Europe was leading the way, the largest commercial grade wind generator was located on Grandpa's Knob, a 2,000- foot-high (610 meters) hill near Rutland, Vermont. It was called the Smith-Putnam wind turbine after its designer, Palmer C. Putnam, and the company that provided the money to build it, the S. Morgan Smith Company of New York. The generator was built over a two-year period beginning in 1939. The 175-foot-diameter (53 meters) rotor produced an enormous 1.25 megawatts of power during the four years it was in operation. The Smith- Putnam turbine stopped operating when metal fatigue caused some of the blades and bearings to break. Replacements could not be found because metals and other materials were being used by the military to build weapons to fight World War II. Although the Smith-Putnam turbine was not a long-term economic success, it was considered a technical success because it produced a lot of electrical power while it was working.

During the years following World War II, several wind energy designs were built and tested. In England the Enfield-Andreau wind turbine, built in St. Alban's in the 1950s, had a 79-foot (24 meters) rotor that produced 100 kilowatts of power. A unique feature of this turbine was that its hollow propeller blades acted as air pumps for transmitting power from the rotor to the generator.

In Denmark the Gedser wind turbine was built in 1957, and its 79-foot blades produced about 400,000 kilowatt-hours per year until the turbine was shut down in 1968. Also during the 1950s, two large machines were built in France. One produced 130 kilowatts and the other 300 kilowatts. In Germany the Hütters wind turbine achieved great efficiency by producing 100 kilowatts of power in only 18-mph (29 kph) winds. Earlier systems needed higher wind speeds.

During the 1970s it seemed as though the United States was ready to make the necessary investments to develop wind power. In 1973 the country was affected by the Arab oil embargo. Countries that normally sold oil to the United States were refusing to do so. This served as a warning to the nation that it was too dependent on foreign oil, which could be cut off at any moment. In 1974 the U.S. Federal Wind Energy Program was established. Over the next decade scientists from U.S. agencies such as the National Aeronautics and Space Administration (NASA) and the U.S. Department of Agriculture built and tested at least thirteen different wind turbine designs, ranging in output from 1 kilowatt to 3.2 megawatts. Major efforts were made to develop more efficient rotor designs. Many of these designs were successful, and engineers learned to design better ones.

However, by the late 1980s it was becoming more and more difficult to attract funding for wind energy efforts. Many people remained unconvinced that wind power could ever provide more than small amounts of electricity for local use. Since that time research on wind technology has been conducted in the United States largely by the National Wind Technology Center near Boulder, Colorado.

 

Electrificación

El paso siguiente en el desarrollo de la energía eólica fue la electrificación.

Hasta fines del siglo del siglo diecinueve, todos los molinos de viento producían solamente energía mecánica para bombear o moler. Con la aparición de la electricidad, los diseñadores e ingenieros reconocieron rápidamente que los molinos de viento podrían conectarse a los generadores eléctricos y que la energía que produjeran podría ser utilizada para la calefacción y la iluminación.

El primer molino de viento usado para generar electricidad en gran escala fue construido en 1888 por Charles F. Brush (1849-1929) en Cleveland, Ohio. Su rotor, que consistía de 144 aspas, era de casi 56 pies (17 metros) de diámetro. El rotor incluye el eje y las aspas que se colocan al mismo. El desafío técnico importante de Brush era encontrar una forma de que el rotor del molino de viento produjera las 500 revoluciones por minuto que él necesitaba para que el generador funcionara. Brush diseñó una caja de engranajes elevadora (una serie de piezas que transmitían el movimiento de una parte de la maquinaria hacia otra) en una relación de 50 a 1. Esto significaba que por cada vuelta del rotor, las piezas operacionales del generador giraban 50 veces. Durante los 20 años que estuvo en funcionamiento, la máquina de Brush produjo cerca de 12 kilovatios de energía, que Brush almacenó en baterías en su mansión próxima.

A partir la 1890 a 1930 la industria del molino de viento en los Estados Unidos tuvo gran crecimiento. El estímulo al auge era el lugar prominente dado a los molinos de viento eléctricos en la exposición mundial de Columbia en Chicago en 1893, donde fueron utilizados para generar energía para encender la luminaria al oscurecer. Las luces eléctricas no eran comunes en los hogares en 1893; donde la mayoría todavía usaba mecheros de gas. Por lo que la gente se sorprendió mucho por que una fuente barata de energía pudiera hacer disponible esta nueva maravilla para ellos, incluso si vivieran en las afueras en el campo. Sin embargo, la industria del molino de viento pronto se derrumbó después de que la administración rural de electrificación de los Estados Unidos, o REA, fuera establecida. Este programa gubernamental era uno de los muchos creados para ayudar a la nación para superar los efectos de la Gran Depresión (1929-1941). El REA proporcionó financiación federal parcial para la electrificación de los hogares y las granjas en las zonas rurales, mucha de la misma producida por presas hidroeléctricas. Si estos lugares difíciles de alcanzar podían ahora conseguir servicio eléctrico barato del gobierno, entonces no necesitarían más energía generada por molinos de viento.

Declinación y renacimiento

A partir de los años ‘30 a los años ‘70 en el carbón y el petróleo de Estados Unidos seguía siendo relativamente barato, y poco interés fue demostrado en el aprovechamiento del viento para cubrir la necesidad de la electricidad. En Rusia, sin embargo, un generador de viento de 100 kilovatios fue construido en Balaclava en 1931. Montado sobre una torre 100 pies (33meters) de alto, el rotor tenía 100 pies de diámetro y producía energía cuando la velocidad del viento excedía 25 millas (40 kilómetros) por hora. El generador de viento suministraba esta energía a una central eléctrica de vapor a 20 millas (32 kilómetros) de distancia. La turbina no duró mucho porque las aspas fueron hechas de metal viejo de material para techos y los engranajes fueron hechos de madera. Durante un año de operación, sin embargo, el generador eólico produjo 279.000 kilovatios-hora de energía.

A partir de los mediados de los años treinta hasta 1970 generadores de viento clasificados como comerciales fueron construidos en Dinamarca, Inglaterra, Alemania, y Francia. Estos países quedaron con escases de combustibles fósiles y la mayor parte de todo debido a la destrucción dejada por la Segunda Guerra Mundial (1939 - 1945). El desarrollo de la energía eólica en Europa llenó algo de la necesidad de electricidad que no era satisfecha por los combustibles fósiles. En Dinamarca, por ejemplo, un generador de viento de 200 kilovatios fue construido y funcionó hasta principios de los 60. Dinamarca lideró el camino en la generación de la energía eólica en términos de porcentaje de electricidad que era generada por el viento, el cerca de 20 por ciento.

Aunque Europa llevara la delantera, el generador de viento más grande en grado comercial fue situado en Grandpa's Knob, una colina de 2.000 pies de altura (610 metros) cerca de Rutland, Vermont. Fue llamada la turbina de viento Smith-Putnam debido a su diseñador, Palmer C. Putnam, y la compañía que proporcionó el dinero para construirlo, el S. Morgan Smith Company de Nueva York. El generador fue construido en un período de dos años comenzando en 1939. El rotor de 175 pies de diámetro (53 metros) produjo la enorme cantidad de 1.25 megavatios de energía durante los cuatro años que estuvo en funcionamiento. La turbina de Smith Putnam paró el funcionar cuando la fatiga de metal hizo que algunas de las aspas y de los cojinetes se rompieran. Los reemplazos no pudieron ser encontrados porque los metales y otros materiales eran utilizados por los militares para construir las armas para luchar en la Segunda Guerra Mundial. Aunque la turbina de Smith-Putnam no fuera un éxito económico de largo plazo, fue considerado un éxito técnico porque produjo mucha corriente eléctrica mientras que trabajó.

Durante los años que siguieron a la Segunda Guerra Mundial, varios diseños de dispositivos de energía eólica fueron construidos y probados. En Inglaterra la turbina de viento de Enfield-Andreau, construida en St. Alban en los años 50, tenía un rotor de 79 pies (24 metros) que producía 100 kilovatios de energía. Una característica única de esta turbina era que sus aspas de propulsión huecas actuaban como bombas de aire para transmitir energía del rotor al generador.

En Dinamarca la turbina de viento de Gedser fue construida en 1957, y sus aspas de 79 pies producían cerca de 400.000 kilovatios-hora por año hasta que la turbina fue cerrada en 1968. También durante los años 50, dos grandes máquinas fueron construidas en Francia. Una produjo 130 kilovatios y la otra 300 kilovatios. En Alemania la turbina de viento de Hütters alcanzó gran eficacia produciendo 100 kilovatios de energía en solamente 18 mph (29 kph) de vientos. Sistemas anteriores necesitaron velocidades de viento más elevadas.

Durante los años 70 parecía como si los Estados Unidos estuvieran listos para hacer las inversiones necesarias para desarrollar energía eólica. En 1973 el país fue afectado por el embargo petrolero árabe. Los países que normalmente vendían petróleo a los Estados Unidos dejaron de hacerlo. Esto sirvió como advertencia a la nación de que era demasiado dependiente del crudo extranjero, cuyo suministro se podría cortar en cualquier momento. En 1974 fue establecido el programa federal de la energía eólica de los E.E.U.U. Durante la década siguiente los científicos de las agencias de los E.E.U.U. tales como la NASA y el Ministerio de Agricultura de los E.E.U.U. construyeron y probaron por lo menos trece diseños diversos de turbinas de viento, variando en potencia de salida desde 1 kilovatio a 3.2 megavatios. Esfuerzos importantes fueron hechos para desarrollar diseños más eficientes del rotor. Muchos de estos diseños fueron acertados, y los ingenieros aprendieron a mejorarlos.

Sin embargo, a finales de los 80 se volvía cada vez más difícil atraer financiación para los esfuerzos por la energía eólica. Mucha gente seguía siendo escéptica de que la energía eólica podría proporcionar alguna vez más que pequeñas cantidades de electricidad para el uso local. Desde entonces la investigación sobre tecnología del viento ha sido conducida en los Estados Unidos en gran parte por el centro de tecnología nacional del viento cerca de Boulder, Colorado.

 

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