AYUDA 4 ENERGÍA EOLICA 2014_1 (1).pdf

MSC. ING. JORGE LUIS ROJAS ROJAS

INGENIERA ENERGTICA

Mdulo: II Unidad: II Semana: 4

ENERGA ELICA

MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS

ORIENTACIONES

En este cuarto capitulo se conocer el

origen de la energa elica, su clasificacin,

las ventajas y desventajas de este recurso,

el clculo de la potencia y el grafico de la

curva de distribucin de viento.

15/07/2014


CONTENIDOS TEMTICOS

15/07/2014

Origen y circulacin de los vientos. Energa y potencia transportadas por el viento. Historia de la utilizacin de la energa elica. Tipos de turbinas elicas. Otros dispositivos para la conversin de energa

elica.

Turbinas elicas de eje horizontal. Turbinas de eje vertical. Concentradores Fuerzas aerodinmicas que actan sobre una

paleta de turbina elica.


INTRODUCCIN


ORIGEN Y CIRCULACIN DE LOS VIENTOS

El viento se origina por en el calentamiento diferencial de masas de aire por el sol, ya sea por

diferencias de latitud (vientos globales) o el

terreno(mar-tierra o vientos locales).

Las diferencias de radiacin entre distintos puntos de la Tierra generan diversas reas trmicas y los

desequilibrios de temperatura provocan cambios

de densidad en las masas de aire que se traducen

en variaciones de presin.


ORIGEN Y CIRCULACIN DE LOS VIENTOS

De los sistemas de vientos globales, uno de los ms importantes es el de los alisios, el cual tiene su origen

en el mayor calentamiento de la regin ecuatorial. En

general, este sistema es activo entre las latitudes de

30 norte y sur, por lo que es de alta relevancia para

Amrica Central.

De la energa solar que llega a la Tierra por radiacin (unos 1.018 kWh por ao), slo alrededor del 0,25%

se convierte en corrientes de aire. Esta cantidad es

todava 25 veces mayor al consumo energtico total

mundial.


La direccin del viento est determinada por efectos topogrficos y por la rotacin de la Tierra.

Es de gran importancia el conocimiento de las

direcciones dominantes para instalar los equipos

que extraern la energa proveniente de este

recurso. Los aerogeneradores se deben colocar

en lugares donde exista la menor cantidad de

obstculos posibles en estas direcciones.


CLASIFICACIN DEL VIENTO


anemmetros


Anemmetros


QUE ES ENERGA ELICA

Energa elica es la energa obtenida del viento, es decir, la energa cintica

generada por efecto de las corrientes de

aire, y que es transformada en otras formas

tiles para las actividades humanas.


POTENCIA ELICA


HISTORIA DE LA ENERGIA EOLICA

TURBINAS EOLICAS Aerogenerador de Brush: en el ao 1887 Brush

construye la que se cree es la primera turbina elica de funcionamiento automtico para la generacin de electricidad. Un gigante con un dimetro de rotor de 17m y 144 palas fabricadas en madera de cedro. Funcion durante 20 aos y a pesar de su tamao el generador era solo de 12kW.

Aerogenerador la Cour: Fue el dans Paul la Cour quien descubri que las turbinas elicas de giro rpido con rotor de pocas palas son ms eficientes para la produccin de la electricidad. En el ao 1918 existan unas 120 empresas pblicas locales que tenan un aerogenerador de 20 a 35kW, sumando un total de 3MW de potencia instalada. Estos aerogeneradores cubran alrededor de un 3% del consumo de electricidad de Dinamarca.


Gedser de 200 kW:

Fue construido en Dinamarca entre 1956 y 1957, con un diseo de turbina

tripala con rotor a barlovento,

orientacin electromecnica y un

generador asncrono, que lo hizo

pionero de los modernos

aerogeneradores. La turbina dispona

de regulacin por prdida

aerodinmica y J. Juul invent los

frenos aerodinmicos de emergencia

en punta de pala, que se sueltan por

la fuerza centrfuga en caso de sobre

velocidad.



TURBINAS

EOLICAS

QUE ES UNA TURBINA?

Las turbinas son mquinas motrices de flujo continuo que producen trabajo

mecnico mediante un sistema de

alabes de formas diversas empleando la

energa cintica, trmica o de presin de

un fluido.


PRINCIPIO DE

FUNCIONAMIENTO


PRINCIPIO DE

FUNCIONAMIENTO FUERZAS QUE ACTUAN EN LA

HELICE


CUNTA ENERGA SE PUEDE

SACAR DEL VIENTO? LIMITE DE BETZ

La mxima potencia ocurre

cuando : a

= 1/3

Por tanto :


CLASIFICACION DE LAS

TURBINAS EOLICAS

Por la posicin del aerogenerador

Por el nmero de palas

Por la manera de orientacin del equipo a la direccin del viento

Por el control de potencia


POR POSICION DEL

AEROGENERADOR HORIZONTAL

MOLINO DE

VIENTO

AEROGENERA

DOR

POR POSICION DEL

AEROGENERADOR

VERTICAL

DARRIEU

S PANEMON

A

POR POSICION DEL

AEROGENERADOR

SAVONIUS SAVONI

US

DARRIE

VERTICAL

POR EL NMERO DE PALAS


REPRESENTACION DE TURBINAS


POR LA MANERA DE ORIENTACIN DEL

EQUIPO A LA DIRECCIN DEL VIENTO

CONICOS

VELETAS

MOLINOS AUXILIARES


POR LA MANERA DE ORIENTACIN DEL

EQUIPO A LA DIRECCIN DEL VIENTO


POR EL CONTROL DE POTENCIA

Sistemas de paso variable (pitch regulation)

Diseo de las palas (stall regulation)

Aerogeneradores de regulacin activa por

prdida aerodinmica

Otros mtodos de control de potencia.


GENERADORES

CORRIENTE CONTINUA

MONOFASICOS

CORRIENTE

ALTERNA

MONOFASICOS

TRIFASICOS


COMPONENTES DE UN AEROGENERADOR


PARTES DE UN AEROGENERADOR


CENTRAL EOLICA

OTROS

COMPONENTES:

CONVERTIDORES DE CA - CA

CONVERTIDORES CC CA

CONVERTIDORES CA - CC

TRANSFORMADOR

Potencia de una turbina: coeficiente de potencia

CPP

La fraccin de la energa del viento que una

turbina convierte en la prctica en energa

mecnica de rotacin se llama coeficiente de potencia(CP) de esa turbina. Asi:

Potencia de una turbina= CP * Potencia del viento= CPAV3


Extraccin mxima de la potencia por una turbina

Ntese que una turbina nunca puede extraer toda la energa cintica del viento, puesto que el

aire no se para al atravesar la turbina (es decir,

CP < 1). Su velocidad disminuye de v1 a v2,

como muestra la figura. Por conservacin de la

masa, si la velocidad disminuye, la seccin del

tubo de corriente considerado aumenta. En el

apartado siguiente calcularemos cuales el

mximo coeficiente de potencia con que puede

funcionar una turbina (lmite de Betz).


Calculo de la fuerza de empuje que ejerce el viento sobre

las paletas de las turnias elicas

El movimiento del fluido incomprensible en flujo laminar se estudia aplicando la ecuacin de Bernoulli .Esta

misma herramienta se va a utilizar para determinar la

fuerza de empuje que el viento ejerce sobre las paletas

de una turbina elica . El rea barrido por el rotor se

considera , de nuevo, como un disco activo que

interacciona con un fluido que fluye en rgimen laminar

, cuyas lneas de corriente se representan en la figura


Calculo de la fuerza de empuje que ejerce el viento sobre

las paletas de las turnias elicas

Segn el teorema de Bernouilli:

Con la densidad media del aire

Por lo tanto :


ACOPLAMIENTO DINMICO

Relacin de Velocidades en punta

A continuacin se va ah tratar , de forma cualitativa, el problema de los requisitos dinmicos que se han de

cumplir.

Para lograr la mxima eficiencia de una turbina elica.

La produccin de potencia por una turbina elica ser menor que la optima cuando las paletas del rotor se

encuentren tan prximas entre si o giren tan rpido , que

una paleta invada el espacio dejada por la anterior antes

que se hayan disipados las turbulencias creadas por su

paso .Estas turbulencias contribuyen a frenar la velocidad

de giro y en consecuencia a disminuir la extraccin por el

parte del rotor.


Distribucin de las velocidades del viento

Curva de weibull


Descripciones de las variaciones de viento:

distribucin de weibull

Para la industria elica es muy importante ser capaz de describir la variacin de velocidades del viento. Los

proyectistas de turbinas necesitan la informacin para

optimizar el diseo de sus aerogeneradores, as como

para minimizar los costes de generacin .Los inversores la

informacin para estimar sus ingresos por produccin de

electricidad.

Si mide las velocidades del viento a lo largo de un ao observar que en la mayora de reas los fuertes

vendavales son raros, mientras que los vientos frescos y

moderados son bastante comunes.


Produccin de energia elctrica por turbinas elicas

La variacin del viento en un emplazamiento tpico suele describirse utilizando la llamada Distribucin de

Weibull.

La energa elica mueve una hlice y mediante un sistema mecnico se hace girar el rotor de un

generador, normalmente un alternador, que produce

energa elctrica.


Impacto ambiental de los dispositivos para

el aprovechamiento de la energa elica


Intensidad del sonido y sensacin

sonora


Interferencias electromagnticas


Impacto visual


Aspectos econmicos de la

energa elica

Distribucin de costes de

inversin de un parque elico


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6. Procobre Per. Instalaciones de Gas Natural y gas en

baja presin. Chile 2000.

7. Marks. Manual de Ingeniero Mecnico Tomo I. Editorial

McGraw Hill. Mxico 1999.

8. Luis Cceres Graziani. El gas natural. Editorial Grupo S.

R. L. Lima.

BIBLIOGRAFIA


GRACIAS

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LA SIGUIENTE SESIN DESARROLLAREMOS

LA ENERGA HIDRULICA

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