energía eólica
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La energía eólica y sus ventajasTRANSCRIPT
MSC. ING. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
INGENIERÍA ENERGÉTICA
Módulo: II Unidad: II Semana: 4
ENERGÍA EÓLICA
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
ORIENTACIONES
En este cuarto capitulo se conocerá el
origen de la energía eólica, su clasificación,
las ventajas y desventajas de este recurso,
el cálculo de la potencia y el grafico de la
curva de distribución de viento.
10/04/2015
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
CONTENIDOS TEMÁTICOS
10/04/2015
• Origen y circulación de los vientos.
• Clasificación de los vientos.
• Historia de la energía eólica.
• Tipos de turbinas eólicas.
• Dispositivos para la conversión de energía
eólica.
• Clasificación de los aerogeneradores.
• Fuerzas aerodinámicas que actúan sobre
una paleta de turbina eólica.
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INTRODUCCIÓN
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ORIGEN Y CIRCULACIÓN 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 radiación entre distintos puntos
de la Tierra generan diversas áreas térmicas y los
desequilibrios de temperatura provocan cambios
de densidad en las masas de aire que se traducen
en variaciones de presión.
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ORIGEN Y CIRCULACIÓN DE LOS VIENTOS
• De los sistemas de vientos globales, uno de los más
importantes es el de los alisios, el cual tiene su origen
en el mayor calentamiento de la región ecuatorial. En
general, este sistema es activo entre las latitudes de
30° norte y sur, por lo que es de alta relevancia para
América Central.
• De la energía solar que llega a la Tierra por radiación
(unos 1.018 kWh por año), sólo alrededor del 0,25%
se convierte en corrientes de aire. Esta cantidad es
todavía 25 veces mayor al consumo energético total
mundial.
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• La dirección del viento está determinada por
efectos topográficos y por la rotación de la Tierra.
Es de gran importancia el conocimiento de las
direcciones dominantes para instalar los equipos
que extraerán la energía proveniente de este
recurso. Los aerogeneradores se deben colocar
en lugares donde exista la menor cantidad de
obstáculos posibles en estas direcciones.
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CLASIFICACIÓN DEL VIENTO
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anemómetros
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Anemómetros
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QUE ES ENERGÍA EÓLICA
• Energía eólica es la energía obtenida del
viento, es decir, la energía cinética
generada por efecto de las corrientes de
aire, y que es transformada en otras formas
útiles para las actividades humanas.
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POTENCIA EÓLICA
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HISTORIA DE LA ENERGIA EOLICA
HISTORIA DE LA ENERGIA EOLICA
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TURBINAS EOLICAS • Aerogenerador de Brush: en el año 1887 Brush
construye la que se cree es la primera turbina eólica de funcionamiento automático para la generación de electricidad. Un gigante con un diámetro de rotor de 17m y 144 palas fabricadas en madera de cedro. Funcionó durante 20 años y a pesar de su tamaño el generador era solo de 12kW.
• Aerogenerador la Cour: Fue el danés Paul la Cour quien descubrió que las turbinas eólicas de giro rápido con rotor de pocas palas son más eficientes para la producción de la electricidad. En el año 1918 existían unas 120 empresas públicas locales que tenían un aerogenerador de 20 a 35kW, sumando un total de 3MW de potencia instalada. Estos aerogeneradores cubrían alrededor de un 3% del consumo de electricidad de Dinamarca.
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Gedser de 200 kW:
• Fue construido en Dinamarca entre
1956 y 1957, con un diseño de turbina
tripala con rotor a barlovento,
orientación electromecánica y un
generador asíncrono, que lo hizo
pionero de los modernos
aerogeneradores. La turbina disponía
de regulación por pérdida
aerodinámica y J. Juul inventó los
frenos aerodinámicos de emergencia
en punta de pala, que se sueltan por
la fuerza centrífuga en caso de sobre
velocidad.
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TURBINAS
EOLICAS
¿QUE ES UNA TURBINA?
• Las turbinas son máquinas motrices de
flujo continuo que producen trabajo
mecánico mediante un sistema de
alabes de formas diversas empleando la
energía cinética, térmica o de presión de
un fluido.
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PRINCIPIO DE
FUNCIONAMIENTO
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PRINCIPIO DE
FUNCIONAMIENTO • FUERZAS QUE ACTUAN EN LA
HELICE
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¿CUÁNTA ENERGÍA SE PUEDE
SACAR DEL VIENTO? • LIMITE DE BETZ
• La máxima
potencia ocurre
cuando : a
= 1/3
• Por tanto :
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CLASIFICACION DE LAS
TURBINAS EOLICAS
• Por la posición del aerogenerador
• Por el número de palas
• Por la manera de orientación del
equipo a la dirección del viento
• Por el control de potencia
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POR POSICION DEL
AEROGENERADOR HORIZONTAL
MOLINO DE
VIENTO
AEROGENERA
DOR
POR POSICION DEL
AEROGENERADOR
VERTICAL
DARRIEUS PANEMONA
POR POSICION DEL
AEROGENERADOR
SAVONIUS SAVONIUS
DARRIEUS
VERTICAL
POR EL NÚMERO DE PALAS
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REPRESENTACION DE TURBINAS
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POR LA MANERA DE ORIENTACIÓN DEL
EQUIPO A LA DIRECCIÓN DEL VIENTO
CONICOS
VELETAS
MOLINOS AUXILIARES
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POR LA MANERA DE ORIENTACIÓN DEL
EQUIPO A LA DIRECCIÓN DEL VIENTO
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POR EL CONTROL DE POTENCIA
• Sistemas de paso
variable (pitch regulation)
• Diseño de las palas (stall
regulation)
• Aerogeneradores de
regulación activa por
pérdida aerodinámica
• Otros métodos de control
de potencia.
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GENERADORES
CORRIENTE CONTINUA
• MONOFASICOS
CORRIENTE
ALTERNA
• MONOFASICOS
• TRIFASICOS
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COMPONENTES DE UN AEROGENERADOR
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PARTES DE UN AEROGENERADOR
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CENTRAL EOLICA
OTROS
COMPONENTES:
CONVERTIDORES DE CA -
CA
CONVERTIDORES CC – CA
CONVERTIDORES CA - CC
TRANSFORMADOR
Potencia de una turbina: coeficiente de potencia
CPP
• La fracción de la energía del viento que una
turbina convierte en la práctica en energía
mecánica de rotación se llama “coeficiente de
potencia”(CP) de esa turbina. Asi:
• Potencia de una turbina= CP * Potencia del
viento= CP½ρAV3
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Extracción máxima de la potencia por una turbina
• Nótese que una turbina nunca puede extraer
toda la energía cinética 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 conservación de la
masa, si la velocidad disminuye, la sección del
tubo de corriente considerado aumenta. En el
apartado siguiente calcularemos cuales el
máximo coeficiente de potencia con que puede
funcionar una turbina (límite de Betz).
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Calculo de la fuerza de empuje que ejerce el viento sobre
las paletas de las turnias eólicas
• El movimiento del fluido incomprensible en flujo laminar
se estudia aplicando la ecuación 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 eólica . El área barrido por el rotor se
considera , de nuevo, como un disco activo que
interacciona con un fluido que fluye en régimen laminar
, cuyas líneas de corriente se representan en la figura
•
•
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Calculo de la fuerza de empuje que ejerce el viento sobre
las paletas de las turnias eólicas
• Según el teorema de Bernouilli:
• Con la densidad media del aire
• Por lo tanto :
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ACOPLAMIENTO DINÁMICO
• Relación de Velocidades en punta
• A continuación se va ah tratar , de forma cualitativa, el
problema de los requisitos dinámicos que se han de
cumplir.
• Para lograr la máxima eficiencia de una turbina eólica.
• La producción de potencia por una turbina eólica será
menor que la optima cuando las paletas del rotor se
encuentren tan próximas entre si o giren tan rápido , 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 extracción por el
parte del rotor.
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Distribución de las velocidades del viento
• Curva de weibull
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Descripciones de las variaciones de viento:
distribución de weibull
• Para la industria eólica es muy importante ser capaz de
describir la variación de velocidades del viento. Los
proyectistas de turbinas necesitan la información para
optimizar el diseño de sus aerogeneradores, así como
para minimizar los costes de generación .Los inversores la
información para estimar sus ingresos por producción de
electricidad.
• Si mide las velocidades del viento a lo largo de un año
observará que en la mayoría de áreas los fuertes
vendavales son raros, mientras que los vientos frescos y
moderados son bastante comunes.
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Producción de energia eléctrica por turbinas eólicas
• La variación del viento en un emplazamiento típico
suele describirse utilizando la llamada Distribución de
Weibull.
• 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.
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Impacto ambiental de los dispositivos para
el aprovechamiento de la energía eólica
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Intensidad del sonido y sensación
sonora
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Interferencias electromagnéticas
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Impacto visual
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Aspectos económicos de la
energía eólica
Distribución de costes de
inversión de un parque eólico
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6. https://www.youtube.com/watch?v=3PVsJWSlXRY&featur
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BIBLIOGRAFIA
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GRACIAS
61 10/04/2015
LA SIGUIENTE SESIÓN DESARROLLAREMOS
LA ENERGÍA HIDRÁULICA
10/04/2015
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