Energia Eolica

GUIAS DE PRCTICA PETROLEO Cdigo de registro: RE-10-LAB-027-001 Versin 1.0 UNIVERSIDAD DEL VALLE

LABORATORIO DE ENERGA ELICA

1

Practica N 1

TECNOLOGA SISTEMA ELICO

1.- CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO

La masa de aire en movimiento es energa cintica que puede ser transformada en

energa elctrica. Al incidir el viento sobre las palas de una aeroturbina se produce un

trabajo mecnico de rotacin que mueve a su vez un generador para producir

electricidad.

La cantidad de energa que contiene el viento antes de pasar por un rotor en

movimiento depende de tres parmetros: la velocidad del viento incidente, la densidad

del aire y el rea barrido por el rotor.

La velocidad a la que el aire pase por las palas resulta determinante, pues la energa

cintica del viento aumenta proporcionalmente al cubo de la velocidad a la que se

mueve.

La caracterstica tcnica principal de los aerogeneradores es que cuanto mayor es la

potencia de la turbina, ms baja es su velocidad de giro, por ejemplo las turbinas de

300 Kw. operan a velocidades alrededor de 40 RPM, mientras que las de 10 kW tienen

una velocidad de operacin de 400 800 RPM.

Debido a la especial configuracin de este tipo de configuracin, donde el generador se

encuentra situado en la parte superior de una torre, el criterio de peso de la maquina es

crtico. Los criterios generales para este tipo de generadores son:

Poco peso

Bajas velocidades de rotacin

Elevados pares

Operacin normal en rgimen de velocidad variable

Las maquinas axiales estn caracterizados por su elevada densidad de par, y por la

capacidad de poder incluir un elevado nmero de pares de polos, lo que adecua para

el empleo en los aerogeneradores.

La velocidad de giro de las turbinas en los aerogeneradores est sujeta a un rgimen

variable impuesto por la velocidad del viento, que sigue una distribucin de

probabilidad de Weibull. Esta funcion de probabilidad depende de:

El lugar donde se encuentra el aerogenerador



2

La velocidad media del viento

La velocidad nominal del viento

Lo anterior significa, que estos generadores se deben disear para todo el rango de

velocidades que proporciona el viento, y no para un punto de operacin especfico.

Las aeroturbinas de eje horizontal se clasifican segn su velocidad de giro o segn el

nmero de palas que lleva el rotor, aspectos que estn ntimamente relacionados en

rpidas y lentas; las primeras tienen un numero de palas no superior a 4 y las

segundas pueden tener hasta 24. El proceso de funcionamiento de estas mquinas es

diferente, por lo que respecta al tipo de la accin debida al viento que las hace

funcionar; en las maquinas lentas la fuerza de arrastre es mucho ms importante que

la de sustentacin, mientras que en las maquinas rpidas la componente de

sustentacin es mucho mayor que la de arrastre.

El nmero de palas influye en el par de arranque de la mquina, de forma que una

maquina con un rotor con gran nmero de palas requiere un par de arranque mucho

mayor.

Para aerogeneradores destinados a la obtencin de energa elctrica, el nmero de

palas puede ser de 2 o 3, por cuanto la potencia generada no depende ms que de la

superficie A barrida por la hlice.

La aeroturbina puede accionar dos tipos distintos de aerogeneradores elctricos, de

corriente continua (dinamo), o de corriente alterna (alternador), bien directamente o

mediante un sistema de multiplicacin de engranajes.

Los aerogeneradores estn asegurados en una torre de hormign o de acero.

La altura de la torre permite captar vientos con flujo ms laminar, de mayor velocidad

media, lo cual repercute en los diferentes dimetros del rotor hasta 50 metros de

dimetro.

Una cuestin bien importante es el rotor, puesto que las palas estn sometidas a

condiciones de trabajo bien duras, como: corrosin, erosin, contracciones y

dilataciones debidas a las vibraciones (fatiga), etc.; de ah es muy importante el

material con que se construyen, por ello se utiliza aleaciones de aluminio y fibra de

vidrio de diversas formas.

Las aeroturbinas al estar acopladas a los generadores elctricos que requieren, en

general, una velocidad de rotacin sincrona, precisan de un sistema multiplicador de



3

revoluciones con un mnimo de engranajes, con lo que las prdidas por rozamiento

disminuyen simplificando la transmisin.

Un dispositivo muy importante en un aerogenerador eolico es el que permite la

regulacin y control del nmero de revoluciones, que adems sirve de proteccin de

dicha mquina para velocidades de viento superiores a las admisibles bajo el punto de

vista estructural.

Cuando la maquina est sometida a una determinada velocidad, comienza a girar,

dicha velocidad es la velocidad de conexin, pero su giro es lento y la maquina est

lejos de generar su mxima potencia.

A medida que la velocidad del viento aumenta, el rotor gira ms rpido y la potencia

que produce tambin aumente, a una determinada velocidad nominal, el rotor gira a las

revoluciones precisas para que la maquina proporcione su potencia nominal y a partir

de ese momento, si la velocidad aumenta hayque actuar sobre ella regulando su

velocidad.

La velocidad a la que el rotor inicia la parada es la velocidad de desconexin y los

procedimientos utilizados para que dicha desconexin se produzca se llama de

proteccin.

Las maquinas elicas que accionan un generador elctrico presentan diversos tipos de

sistema de regulacin:

a) Regulacin por frenado aerodinmico.- que se activan por la accin de la fuerza

centrfuga de rotacin y el frenado se realiza mediante la colocacin de perfiles

aerodinmicos en los extremos de las palas del rotor.

b) Mediante el control electrnico de la potencia.- Consiste en controlar la velocidad

del rotor mediante resistencias rotricas variables, controladas por un

microprocesador y accionada por interruptores estticos.

c) Regulacin por desenganche de las palas (Darrieux).- Consiste en que mediante la

accin de una varilla se puede dejar en una posicin en la que no actu sobre ellas

el viento; esta situacin se conoce como regulacin por bandera.

d) Regulacin por orientacin del rotor.- Se utiliza en aerogeneradores de baja

potencia.

e) Otras formas de frenado.- Con palas huecas se puede reducir la velocidad con la

aparicin de corriente de aire en la periferia de las palas.



4

Los mecanismos de orientacin cumplen la funcin de orientacin, de forma que el

viento incida perpendicularmente al disco de barrido por el rotor, con el fin de obtener

la mxima potencia a base de hacer incidir la mayor cantidad posible de masa de aire

en movimiento y as obtener la mayor cantidad posible de energa cintica; con est fin

existen diversos sistemas que permiten la orientacin de la mquina, como:

o Cola o veleta, utilizado en mquinas pequeas.

o Sistema de orientacin accionado por rotores auxiliares.

o Un servomotor controlado electrnicamente

o Un sistema de orientacin por efecto de la conicidad que se da a las palas en

su disposicin y montaje sobre el soporte.

2. COMPETENCIAS

- El alumno debe analizar el funcionamiento de cada uno de los componentes

del sistema elico del laboratorio de energa.

- El alumno debe calcular la potencia nominal del aerogenerador de

laboratorio y la velocidad lmite para que no exista peligro de envejecimiento

del rotor.

3. MATERIALES, REACTIVOS Y EQUIPOS

- Cmara fotogrfica o filmadora

- Flexmetro

- Escalera

- Reloj.

- Multmetro digital

4. PROCEDIMIENTO

1. Efectuar la medicin s la distancia entre el plano barrido por las palas y el

eje de giro vertical.

2. Efectuar la medicin m entre el centro de gravedad de la placa que

conforma la veleta y el eje de giro vertical.

3. Verificar si se cumple: m = 4 s

4. Efectuar el anlisis de cada uno de los componentes del sistema eolico de

laboratorio.

5. Analizar la naturaleza del voltaje de generacin.

6. El dimetro de la hlice del aerogenerador de laboratorio es de 2 metros,

calcular la velocidad de rotacin RPM mxima, de tal manera para que las



5

palas del rotor no sufran tensiones mecnicas considerables en los extremos

y pueda existir el peligro de daos de las palas.

7. Efectuar el contado del nmero de vueltas durante el transcurso de 2

minutos y calcular la velocidad promedio en metros/segundo.

5. TIEMPO DE DURACIN DE LA PRCTICA

Tiempo estimado de duracin de la prctica 100 min.

6. MEDICIN, CLCULOS Y GRFICOS

Anotar los voltajes generados en un intervalo de 15 segundos utilizando la siguiente

tabla:

No

Intervalo tiempo (s)

Voltaje generado

1 0 15

2 15 30

3 30 45

4 45 60

5 60 75

6 75 90

7 90 105

8 105 - 120

Analizar la tabla anterior.

Calcular la potencia nominal.

7. CUESTIONARIO

1.- Explicar Torres flexibles y Torres rgidas.

2.- Los diseos actuales de aerogeneradores se clasifican en aerogeneradores de

pala de paso fijo y de pala de paso variable. Explicar ellos.



6

3.- Explicar igualdades y diferencias entre el sistema eolico y el sistema fotovoltaico de

laboratorio.

4.- Explicar generadores sincronos de energa elctrica

5.- Explicar cuando la generacin es DC (energa elctrica continua) y cuando AC

(energa elctrica alterna).



7

Prctica N 2

DENSIDAD DE AIRE PTIMO PARA UN SISTEMA ELICO

1. CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO

El poder del viento vara linealmente con la densidad del aire y con la altura.

En la teora analizamos que la cantidad de energa que contiene el viento antes de

pasar por un rotor en movimiento depende de tres parmetros: la velocidad del viento

incidente, la densidad del aire y el rea barrido por el rotor.

La densidad de potencia depende de la temperatura y de la altura ( presin

atmosfrica). Por tanto el valor de la densidad de aire respecto a la temperatura es

calculado con la siguiente ecuacin:

(

)

Siendo: P = Presin del aire = Pa o N / m

R = Constante especifica del aire = 287 J / Kg-K

T = Temperatura en grados Kelvin = ( C + 273)

Si la presin no se conoce, entonces la densidad es estimado con la siguiente formula:

(

) (

) (

)

Siendo: Po = Presin atmosfrica Estndar = 101.326 Pa)

g = Constante gravitacional = 9,8 m / seg

Z = Elevacin del sitio = metros

Sustituyendo los valores numricos anteriores tenemos:

(

) (

)

(

)

La velocidad del viento es mayor en tiempo caliente (dia) y menor en tiempo frio

(noche), esto es conocido como vientos termicos.



8

Para el uso energetico del potencial de viento hayque tomar en cuenta que la densidad

del aire disminuye a mayores alturas. Por ejemplo a 3.800 m.s.n.m. y 10 C la

densidad es de solo 0,83 Kg/m comparado con 1,2 Kg/m a nivel del mar.

2. COMPETENCIAS

El alumno realiza la medicin y los clculos debidos para conocer la densidad del aire

en el punto donde se planifica la instalacin del sistema elico para el clculo de la

potencia.


- Flexometro

- Maquina calculadora

- Termmetro

4. TECNICA O PROCEDIMIENTO

1. Efectuar la medicin de la temperatura del aire a la altura del punto de la turbina

elica.

2. Efectuar la medicin de dicha altura o consultar dicha longitud

3. Efectuar los clculos debidos para la obtencin de la densidad del aire en el

punto de anlisis

4. Anotar las caractersticas del rea barrida por el rotor de la turbina (dimetro)

5. TIEMPO DE DURACION DE LA PRCTICA


6. MEDICIN, CLCULOS Y GRFICOS

Calcular la densidad de potencia si la eficiencia del rotor es de 1,25 y la velocidad del

aire promedio es de 5 m/s.

7. CUESTIONARIO

1. Realizar las equivalencias correspondientes entre slg/pie y Kg/ m

2. Explicar el o las empresas en nuestro medio que se ocupan de estudiar la

presin atmosfrica y la densidad relativa del aire

3. De acuerdo a la densidad, rugosidad, velocidad promedio y altura describir

que departamentos de nuestro pas cumplen las reglas bsicas para pensar

en la instalacin de un sistema elico

4. Investigar que es el SENAMHI



9

Prctica N3

VELOCIDAD PERIFRICA DE LAS PALAS DEL ROTOR

DE LOS AEROGENERADORES

1. CONOCIMIENTO TERICO REQUERIDO

En un aerogenerador horizontal, el estudio tcnico del rotor se relaciona con el anlisis

aeronutico de las hlices.

La pala de una hlice de un aerogenerador elico es una pala perfilada que transforma

la energa cintica del viento en energa mecnica de rotacin. Las fuerzas que actan

sobre la pala, se obtienen estudiando la accin del viento relativo que recibe la pala de

velocidad c (viento aparente), que se puede considerar como una suma del viento real

de velocidad v,y de un viento originado por el movimiento de rotacin de la pala de

velocidad u.

El objetivo de las palas es que estn perfiladas convenientemente, con el propsito de

evitar las turbulencias originadas sobre el extrads (aire en depresin), ocasionando

una disminucin de la energa cintica del aire.

La resistencia del aire sobre un perfil comprende dos componentes: de arrastre y

ascensional, el primero en la direccin del viento (fuerza de arrastre), y el segundo

perpendicular a dicha direccin (fuerza ascensional).

Para un elemento de pala diferencial en rotacin dS se tiene:

Fuerza de arrastre :

(

)

Fuerza ascensional:

(

)



10

Las fuerzas de arrastre y ascensional actan en el centro aerodinmico de la pala de

rotacin.

Cx es el coeficiente de arrastre y Cy es el coeficiente ascensional, que dependen del

tipo de perfil, el ngulo de incidencia y del nmero de Reynolds.

El coeficiente aerodinmico total CT es de la forma:

Si se proyectan las fuerzas de arrastre o de resistencia y de empuje ascensional o

sustentacin sobre el plano de rotacin, se obtiene una fuerza til dFpar, que hace

girar la hlice, y otra fuerza perpendicular dFaxial (fuerza de empuje del viento sobre

el rotor), que se compensa por la reaccin del soporte del eje del rotor de la hlice de

la forma:

(

)

( )

(

)

( )

es el ngulo que forma el plano de rotacin con la direccin aparente del viento que pasa por

el borde de ataque, se conoce como ngulo aparente del viento.

es el ngulo que forma el plano del perfil (cuerda) con la direccin del viento, se conoce como

ngulo de incidencia o de ataque.

El rendimiento aerodinmico es la relacin entre la potencia til generada por la pala y

la consumida por el viento, en la forma:

( )

( )

Se define esbeltez de un perfil a la relacin de los coeficientes de arrastre y

ascensional para un valor dado del ngulo de inclinacin () del perfil de la pala, en la

forma:

Esbeltez = f = Ky / Kx = Cy / Cx = 1 / tang

TSR = u/v = cotg =R w/v = ( R n) / (30 v)



11

Siendo TSR (Tip-Speed-Ratio), el cociente entre la velocidad perifrica de la pala u y la

del viento v, conocida como velocidad perifrica de la pala, que sustituye al nmero

especfico de revoluciones.

La relacin u/v suele variar entre 0,2 y 10 lo que permite hacer la siguiente clasificacin

de maquinarias de eje horizontal:

- Grandes molinos menor que uno.

- Aerogeneradores de palas mltiples casi igual a tres

- Aerogeneradores rpidos casi igual a diez

La optimizacin de una instalacin elica radica en conseguir la mxima generacin de

energa para un costo dado. Por tanto, y teniendo en cuenta que el costo principal

procede de la amortizacin de la inversin. Es evidente que el objetivo es conseguir

que el equipo instalado genere la mayor cantidad de energa posible.

Esta energa se puede calcular como la potencia elctrica media que haya generado a

lo largo de un ao, multiplicado por el nmero de horas de ese ao.

Segn la teora, la velocidad del viento se puede representar como una variable

aleatoria de la funcin de la densidad, por tanto la potencia elctrica media generada

ser:

N = p m g Nviento

En lo que:

p 59,5 %, es la eficiencia con que la energa del viento se convierte en energa

mecnica (Limite de Betz).

m 0,83, es la eficiencia con que la energa mecnica es cedida al generador a travs

de la transmisin mecnica.

g0,93, es la eficiencia con que la energa cedida al generador se transfiere en

electricidad.



12

Por lo tanto, en un emplazamiento dado se debe escoger el aerogenerador cuyos

parmetros v conexin, v nominal y v embalamiento hagan mxima esta potencia

elctrica media.

2. COMPETENCIAS

El alumno deber conocer la clasificacin de las maquinas elicas segn la posicin de su eje de giro respecto a la direccin del viento.

El alumno debe reconocerlas Aero turbinas de eje horizontal se encuentran ms desarrolladas, tanto desde el punto de vista tcnico como comercial.

El alumno debe conocer que los equipos elicos instalados generen la mayor cantidad de energa posible y que el rendimiento aerodinmico es mejor cuando el perfil de las palas presentan un ngulo de calaje o de inclinacin.


- Aerogenerador - Metro o flexo metro

4. TECNICA O PROCEDIMIENTO

1. Efectuar el anlisis de TSR del aerogenerador del laboratorio de Energas. 2. Efectuar la medicin de la cuerda 3. Efectuar el anlisis de accionamiento de la aeroturbina de generacin

elctrica 4. De acuerdo a la medicin de RPM, calcular la velocidad en metros/segundo.


Tiempo estimado de duracin de la prctica 50 min. 6. MEDICIN, CALCULOS Y GRAFICOS

- Realice un esquema del aerogenerador del aerogenerador del Labpratorio de

Energas

- Calcular la velocidad en metros/segundo de acuerdo a la medicin de RPM

7. CUESTIONARIO

1. Explicar porque se elige un TSR elevado para las maquinas elicas rpidas.

2. Explicar generadores elctricos de:

a) Corriente continua (dinamos). b) Corriente alterna (alternador). c) Aplicaciones en aerogeneradores horizontales rpidos y lentos.

3. Explicar porque el rotor multpara se utiliza para el bombeo de agua.



13

4. Explicar los mecanismos de orientacin utilizados en aerogeneradores de eje horizontal.

5. Desarrollar bsicamente dimensionado de un rotor elico horizontal 6. Sea una hlice tripala de 3,70 metros de dimetro, esta girando en una

corriente de aire de velocidad de 8,94 m/seg. Calcular: a) Fuerza aerodinmica b) Fuerza aerosttica.

Prctica N 4

CLASIFICACION DE LOS AEROGENERADORES Y

DISEO SIMPLIFICADO DE AEROGENERADORES RAPIDOS

DE EJE HORIZONTAL

1. CONOCIMIENTO TERICO REQUERIDO

Las mquinas elicas han sido estudiadas por el hombre en forma intensiva y dentro

de ellas existen en la actualidad diferentes tipos que van desde pequeas potencias, a

las grandes mquinas americanas y alemanas de varios MW. Son numerosos los

dispositivos que permiten el aprovechamiento de la energa elica, pudindose hacer

una clasificacin de los mismos segn la posicin de su eje de giro respecto a la

direccin del viento.

En las mquinas elicas de eje horizontal, para obtener en las palas una velocidad

angular regular y uniforme (w, para una determinada velocidad del viento r v se

requiere que tanto la direccin del viento, como su velocidad, se mantengan constantes

con respecto a las palas. Por el contrario, en las mquinas elicas de eje vertical,

manteniendo las mismas condiciones regulares en la velocidad del viento y en la

velocidad angular de las palas, resulta que stas pueden estar sometidas a un viento

aparente de direccin y velocidad continuamente variables, por lo que en estas

mquinas, el flujo aerodinmico resulta ser muy complicado, ignorndose en muchas

ocasiones las verdaderas posibilidades de las mismas.

Las mquinas elicas se pueden clasificar en:

Aero turbinas de eje horizontal y de eje vertical

Sistemas giromill (eje vertical y palas verticales, con o sin distribuidor)

Sistemas especiales. Dentro de ellas las aeroturbinas de eje horizontal se

encuentran ms desarrolladas, tanto Desde el punto de vista tcnico como

comercial.

MAQUINAS EOLICAS DE EJE HORIZONTAL



14

Las aeroturbinas de eje horizontal se suelen clasificar segn su velocidad de giro o

segn el nmero de palas que lleva el rotor aspectos que estn ntimamente

relacionados, en rpidas y lentas; las primeras tienen un nmero de palas no superior a

4 y las segundas pueden tener hasta 24.

Los principales tipos de mquinas elicas de eje horizontal, son:

a. Mquinas que generan un movimiento alternativo, que se utilizan para el

bombeo de agua

b. Mquinas multipalas

c. Hlices con palas pivotantes (ngulo de ataque variable)

d. Hlices con palas alabeadas, muy sofisticadas, que incluyen clapetas batientes

y alerones de ngulo variable

Los aerogeneradores de eje horizontal tipo hlice Fig. 4, constan de una aeroturbina,

de una gndola o navecilla que contiene al generador elctrico, dinamo o alternador, al

sistema de acoplamiento que puede ser a su vez multiplicador del nmero de

revoluciones proporcionadas por la hlice y al sistema de control y orientacin; todo

esto va montado sobre una torre similar a las de las lneas elctricas, en la que hay

que vigilar con sumo cuidado sus modos de vibracin.

Las aeroturbinas lentas tienen un TSR pequeo y gran nmero de palas; sus

aplicaciones van destinadas generalmente al bombeo de agua.

Las aeroturbinas rpidas tienen un TSR alto y el nmero de palas tiende a ser menor.

Suelen ser tripalas TSR = 4 y en algunos casos bipalas TSR = 8, habindose diseado

y construido, incluso, aeroturbinas con una sola pala.

El proceso de funcionamiento de estas mquinas es diferente, por lo que respecta al

tipo de la accin debida al viento que las hace funcionar; en las mquinas lentas la

fuerza de arrastre es mucho ms importante que la de sustentacin, mientras que en

las mquinas rpidas la componente de sustentacin es mucho mayor que la de

arrastre.

El nmero de palas tambin influye en el par de arranque de la mquina, de forma que

una mquina con un rotor con gran nmero de palas requiere un par de arranque

mucho mayor.

MAQUINAS EOLICAS DE EJE VERTICAL

Entre las mquinas elicas de eje vertical se pueden citar:

a) El aerogenerador Savonius Fig. 1 que puede arrancar con poco viento, siendo

muy sencilla, su fabricacin; tiene una velocidad de giro pequea y su

rendimiento es relativamente bajo.



15

b) El aerogenerador Darrieux o de catenaria Fig. 3, requiere para un correcto

funcionamiento, vientos de 4 a 5 metros por segundo como mnimo,

manteniendo grandes velocidades de giro y un buen rendimiento; se construyen

con 2 3 hojas



16

c) El molino vertical de palas tipo giromill o ciclogiro que deriva del Darrieux;

tiene entre 2 y 6 palas.

El modelo Darrieux arranca mal, mientras que el Savonius se puede poner en

funcionamiento con una pequea brisa; debido a ello se puede hacer una combinacin

sobre un mismo eje de ambas mquinas de forma que un rotor Savonius acte durante

el arranque y un rotor Darrieux sea el que genere la energa para mayores velocidades

del viento.

Los aerogeneradores de eje horizontal se clasifican segn su velocidad de giro o segn

el nmero de palas que lleva el rotor, aspectos que estn ntimamente relacionados, en

rpidos y lentos.

En los aerogeneradores de eje horizontal rpidos, el rotor est constituido por una

hlice de 2 o ms palas; los perfiles utilizados normalmente en las mismas son muy

parecidos al perfil de ala de avin, por cuanto stos estn muy estudiados y se

conocen muy bien sus caractersticas; dichos perfiles se eligen teniendo en cuenta el

nmero de revoluciones por minuto que se desea adquiera el aparato, definindose el

perfil en funcin de:

o La forma de la estructura del mismo respecto a sus lneas medianas o cuerdas

a distintas distancias del eje de giro

o De su espesor con relacin a la longitud caracterstica de la cuerda

o De la simetra o no de las palas, etc.



17

La forma de la pala es funcin de la potencia deseada, al igual que su velocidad de

rotacin, eligindose perfiles que no creen grandes tensiones en los extremos de las

Palas por efecto de la fuerza centrfuga, de forma que el nmero de revoluciones por

minuto mximo n mx. No supere la relacin, n mx. D = 2000,siendo D el dimetro de

la hlice en metros.

Para aerogeneradores destinados a la obtencin de energa elctrica, el nmero de

palas puede ser de 2 3, por cuanto la potencia generada no depende ms que de la

superficie A barrenada por la hlice, y no del nmero de palas. La aeroturbina puede

accionar dos tipos distintos de generadores elctricos, de corriente continua (dinamos),

o de corriente alterna (sncronos, asncronos, etc.), bien directamente o mediante un

sistema de multiplicacin de engranajes Fig. 9, en la que se observa que los ejes del

aerogenerador y del alternador pueden estar alineados o no. Los primeros diseos que

eran de potencias pequeas y velocidad fija, tenan generadores de induccin

directamente conectados a la red.

La potencia nominal, en primera aproximacin, viene dada por la expresin:

Donde:

N viene dada en vatios

D en metros

v en m/seg.



18

Diagrama para la determinacin de la potencia en aerogeneradores rpidos

La potencia mxima de un aerogenerador rpido se obtiene para valores del TSR altos,

del orden de 7 a 10, requirindose velocidades del viento superiores a 6 m/seg. Su

rendimiento es del orden del 35% al 40%, que es un valor ms alto que el de los

multipala.



19

Con 3 o 4 palas se consigue un par de arranque importante, por cuanto en la puesta en

marcha la fuerza ejercida por el viento es proporcional al nmero de palas (de ah el

uso de rotores multipala para el bombeo de agua, que requieren un buen par de

arranque dadas las caractersticas del fluido a bombear), cosa que no se consigue con

aparatos bipala que, en algunos casos, precisan de energa adicional para comenzar a

funcionar.

Parmetros prcticos utilizados en el diseo de los aerogeneradores eolicos

1 RELACIN DE VELOCIDAD PERIFRICA TSR

2 RELACION PRCTICA ENTRE Cx y Cy

3 FACTOR DE ACTIVIDAD

4 RENDIMIENTO AERODINAMICO

La relacin de velocidad especfica o perifrica TSR,Tip-Speed-Ratio,es un trmino

que sustituye al nmero de revoluciones por minuto n del rotor; sirve para comparar el

funcionamiento de mquinas elicas diferentes, por lo que tambin se le suele

denominar velocidad especfica.

El TSR indica que la periferia de la pala circula a una velocidad TSR veces mayor que

la velocidad del viento v y es la relacin entre la velocidad perifrica u de la pala, Rw la

del punto ms exterior sobre la misma a partir del eje de rotacin, y la velocidad v del

viento, en la forma:

Tipo de mquina TSR de

diseo

Tipo de pala Cy/C x

Bombeo de agua 1 Placa plana 10

Bombeo de

agua

1

Placa curvada 20-40

Bombeo de

agua

1

Ala de tela 10-25



20

Generadores elicos

pequeos

3-4 Perfil simple 10-50

Generadores

elicos

pequeos

4-6

Perfil

alabeado

20-100

Generadores

elicos

pequeos

3-5

Ala de tela 20-30

Generadores elicos

grandes

5-15 Perfil

alabeado

20-100

2. COMPETENCIAS

El alumno tiene conocimientos slidos en la determinacin de las ventajas y

desventajas de los diferentes tipos de Aerogeneradores.

Razonamientos tcnicos para la toma de decisiones en el diseo de aerogeneradores

lentos, rpidos y para bombeo de agua.

Conoce los parmetros prcticos utilizados en el diseo de los Aerogeneradores

Elicos.

Identifica de conocimientos y saberes del sistema Elico para solucin de suministro

elctrico.


- Maquina Elica Multipala..

- Sistema Elico de eje vertical Darrieux.

- Sistema Elico de eje vertical Savonius.

- Sistema Elico de eje horizontal rpido.

4. PROCEDIMIENTO

Preparar Los sistemas elicos de eje vertical y horizontal en rea donde existe

viento.

Analizar los tipos de posiciones de la hlice frente al viento de los sistemas.

Determinar la influencia del nmero de palas frente al par de arranque.

Conocer los principios de la aerodinmica aplicados a los aerogeneradores.

Conocer los tipos de orientacin para obtener la mxima potencia en las

maquinas elicas.





21

6. MEDICION, CALCULOS Y RESULTADOS

Para el diseo y clculo simplificado de los aerogeneradores elicos rpidos de eje

horizontal, para calcular el dimetro del rotor, se iguala la potencia especfica

proporcionada por el generador y la potencia de salida del sistema a la velocidad

mxima del viento.

El generador requiere 300 rpm para generar 1 Kw y el rotor funciona a estas 300 rpm.

De acuerdo a los Laboratorios anteriores y a las caractersticas tcnicas se lleg a

tener los siguientes datos:

Nutil = 1 kw = 1,225 kg/m3 v = 6,7 m/seg = 25 %

Calcular:

- El rea del rotor.

- El dimetro del rotor.

- Caractersticas del multiplicador.

- La relacin de velocidad especfica o perifrica.

- Si se instala un multiplicador de velocidades, con una relacin 2/1, determinar:

- La velocidad del rotor

- La relacin de velocidad especifica.

7. CUESTIONARIO

a. Desarrollar los tipos de posiciones de la hlice frente al viento de los

aerogeneradores de eje horizontal.

b. Describir en los Aerogeneradores:

a) Ventajas de eje vertical frente a los de eje horizontal.

b) Ventajas de eje horizontal respecto a los de eje vertical.

8.3. De acuerdo a los clculos realizados con y sin multiplicador en el acoplamiento

rotor y generador elctrico analizar sus TSR.

8.4. Desarrollar otros tipos de mquinas Elicas utilizadas para generar electricidad.

8.5. Desarrollar:

a) Parque Elico.

b) El pas con mayor energa elica producida.



22

c) El pas pionero de la industria de la energa elica en Europa.

d) Proyecto Quollpana

Energia Eolica

Documents

Transcript of Energia Eolica