ContenidoObjetivosIntroduccinAnlisis de la situacinZonas elicas en Mxico y en la ciudad de Puebla (Esperanza)Teora del vientoFenmenos fsicos involucrados Aerodinmica, cajas multiplicadoras, electromagnetismoPartes del aerogeneradorCuadro de cargas de la cabaaConclusiones

Objetivo principal Comprobar la viabilidad de un proyecto prctico utilizando energa elicaObjetivos secundarios Recabar informacin terica sobre aerogeneradores Conocer las zonas elicas en la ciudad de Puebla IntroduccinNo es una sorpresa que los pases que ms invierten en investigacin bsica encuentren en las energas renovables un camino para tratar de amortiguar los estragos de un mundo industrializado. Entre ellos destacan China, con una capacidad elica instalada de 45 GW (En Mxico la Comisin Federal de Electricidad gener un total de 41.5 GW en 2014). En la lista tambin figuran Estados Unidos de Amrica (43 GW) y Alemania (28 GW). La importancia de las energas renovables radica en su utilidad para frenar los problemas ambientales que desde hace ya varios aos nos agobian. Sin embargo, el uso de energas fsiles ha sido, lamentablemente, ms rentable debido a su alta eficiencia energtica (costos de produccin y conversin a energa til)*. No obstante, las mejoras en eficiencia energtica suelen ser alcanzadas adoptando tecnologas o procesos productivos ms eficientes. Lo anterior tiene aplicacin en la energa elica.Anlisis de la situacinMxico no puede basar su industria energtica en combustibles fsiles, a pesar de ser un gran productor de crudo (dcimo lugar hasta 2013), y ser uno de los principales exportadores de petrleo a Estados Unidos, tiene que importar casi la mitad de la gasolina que necesita debido a que no cuenta con suficiente capacidad de refinacin. La Comisin Federal de Electricidad hasta 2014 gener, gracias a los derivados del petrleo, 21.571 GW, es decir un poco ms de la mitad de su capacidad instalada, lo cual es preocupante debido al lugar a nivel mundial que ocupamos en reservas de gas (nmero 35). Esta dependencia puede generar graves problemas tanto econmicos como energticos.Reservas probadas mundiales de gas natural en 2013 (billones de pies cbicos)

Gracias a los avances en tecnologa de los materiales (debidos a la investigacin bsica y secundaria) y el apoyo a nivel mundial para la conservacin del medio ambiente, la energa elica cuenta con un gran potencial. Inclusive Mxico ha optado por tomarla en cuenta, teniendo presencia en el 1.098% de la produccin elctrica neta (datos de CFE). Si bien es una fraccin diminuta (a comparacin de la generacin hidroelctrica) existen proyectos para ampliar su capacidad instalada.

Entre estas nuevos proyectos destaca la iniciativa de CFE para la construccin de ocho complejos elicos para elevar su capacidad instalada a 2965 MW, lo cual representara un aumento del 75%. El Director General de la Comisin Federal de Electricidad (CFE), Enrique Ochoa inform en 2015 que se contaba con una capacidad instalada de 2 mil 569 MW sumados los campos del sector privado y la CFE. Por ello, Mxico ocupa actualmente el lugar 21 en capacidad elica a nivel mundial y es el segundo en Latinoamrica, slo despus de Brasil.No cabe duda que el sector privado es quien ms empuje ha brindado a la implementacin de fuentes eoloelctricas. Entre ellos est Walmart Mxico que busca abastecer en un 50% su demanda energtica con energa elica. Dicho complejo se llama La Mata - La Ventosa y cuenta con 27 turbinas y genera 67.5 MW. Adems, la compaa espaola Iberdrola Renewables construy el parque elico PIER II en Esperanza (Puebla), el cual cuenta con 33 aerogeneradores Gamesa, dispuestos para la generacin de 66MW, que son usados para abastecer a 25,000 viviendas. Actualmente existen varios complejos a lo largo del territorio nacional, en su mayora pertenecientes al sector privado.Se espera contar con una capacidad instalada un poco menor a 4 GW para el final del 2016 y la meta al ao 2020-2022 es que se logre una capacidad instalada en el pas de al menos 12,000 MW, que representarn del orden del 40% de la meta nacional de renovables. El Gobierno Mexicano, mediante la Ley para el Aprovechamiento de las Energas Renovables y el Financiamiento de la Transicin Energtica (LAERFTE) busca que el 35% de la energa consumida sea no fsil para el 2024. La energa elica es la nica que tiene actualmente la madurez tecnolgica y competitividad econmica para crecer a un ritmo de 1.5GW por ao. El concepto de madurez tecnolgica sita a una tecnologa en una lnea continua de avance tecnolgico y ayuda a entender las posibilidades de que se produzcan avances adicionales en ella. Las tecnologas tienen ciclos vitales, que van desde su nacimiento hasta la vejez, al igual que los seres vivos.Zonas elicas en MxicoTal como se ha explicado anteriormente, Mxico s cuenta con gran potencial elico. En l se encuentran tres zonas de inters: Zona norte: Baja California, Sonora, Coahuila, Nuevo Len y Tamaulipas Zona centro: Veracruz, Puebla, Jalisco, San Luis Potos y Zacatecas Zona sur: Yucatn, Chiapas y OaxacaCabe destacar que Oaxaca cuenta con la capacidad instalada ms grande en el territorio mexicano (2.69 GW) y con nuevos proyectos en desarrollo (segunda parte de Piedra Larga).Como ya se ha mencionado la ciudad de Puebla cuenta con el parque elico PIER II con una capacidad instalada de 66 MW.En el siguiente mapa se pueden apreciar las tres zonas.

Baja California: 165.7 MWProyectoEstado del ProyectoModalidad del ProyectoFabricanteFecha de OCCapacidad (MW)

Guerrero NegroOperacinOperandoGamesa19990.6

La RumorosaOperacinAutoabastecimientoGamesa200910.0

Energa Sierra JurezConstruccinExportacinVestas2015155.10

Guerrero Negro: 1 turbina elica : (Gamesa) Potencia nominal total : 600 kW Parque elico onshoreLocalizacin Latitud: 27 57' 36" Longitud: -114 3' 36" Sistema geodsico: WGS84La rumorosa: 5 turbinas elicas:GamesaG87/2000(potencia 2 000 kW, dimetro 87 m) Potencia nominal total: 10 000 kW Parque elico onshore Desarrollador:Gobierno Operadores:Turbo Power Baja Energy/Comisin Estatal de Energa de Baja CaliforniaLocalizacin Latitud: 32 36' 9.7" Longitud: -116 4' 41" Sistema geodsico: WGS84Energa Sierra Jurez: Ciudad : Jacum de la Rumorosa 47 turbinas elicas : Vestas V112/3300 (potencia 3 300 kW, dimetro 112 m) Potencia nominal total : 155 100 kW Parque elico onshore Desarrollador : Ienova Propietarios : Ienova/Intergen

Nuevo Len 22 MWProyectoEstado del ProyectoModalidad del ProyectoFabricanteFecha de OCCapacidad (MW)

Sta. CatarinaOperacinAutoabastecimientoGE201322.0

Santa Catarina: 8 turbinas elicas : GE Energy 2.75-103 (potencia 2 750 kW, dimetro 103 m) Altura de las gndolas : 85 m Potencia nominal total : 22 000 kW Operativo Parque elico onshore

Tamaulipas 54 MWProyectoEstado del ProyectoModalidad del ProyectoFabricanteFecha de OCCapacidad (MW)

El PorvenirOperacinAutoabastecimientoVestas201454.0

El Porvenir 30 turbinas elicas : Vestas V100/1800 (potencia 1 800 kW, dimetro 100 m) Parque elico onshore Desarrollador : Compaa Elica de Tamaulipas Propietario : Grupo EcosLocalizacin Latitud : 26 5' 31.9" Longitud : -98 16' 40" Sistema geodsico : WGS84San Luis Potos 200 MWProyectoEstado del ProyectoModalidad del ProyectoFabricanteFecha de OCCapacidad (MW)

Dominica Fase IOperacinAutoabastecimientoGamesa2014100.00

Dominica Fase IIOperacinAutoabastecimientoGamesa2015100.00

Dominica Fase I 50 turbinas elicas : Gamesa Potencia nominal total : 100 000 kW Parque elico onshore Desarrollador : Enel GreenPowerLocalizacin Latitud : 23 7' 40.4" Longitud : -101 6' 49" Sistema geodsico : WGS84Dominica Fase II 50 turbinas elicas : Gamesa Potencia nominal total : 100 000 kW Parque elico onshore Desarrollador : Enel GreenPower

Jalisco 50.4 MWProyectoEstado del ProyectoModalidad del ProyectoFabricanteFecha de OCCapacidad (MW)

Los AltosOperacinAutoabastecimientoVestas201350.4

Los Altos 28 turbinas elicas : Vestas V100/1800 (potencia 1 800 kW, dimetro 100 m) Potencia nominal total : 50 400 kW Parque elico onshore Desarrollador : Grupo DragonLocalizacin Latitud : 20 36' 19.7" Longitud : -103 10' 57.6" Altitud : 2600 m Sistema geodsico : WGS84

Puebla 66 MWProyectoEstado del ProyectoModalidad del ProyectoFabricanteFecha de OCCapacidad (MW)

PIER II Quecholac Felipe ngelesOperacinAutoabastecimientoGamesa201566.0

PIER II 33 turbinas elicas: Gamesa G97/2000 (potencia 2 000 kW, dimetro 97 m) Potencia nominal total: 66 000 kW Parque elico onshore Desarrollador: Iberdrola RenewablesLocalizacin Latitud : 18 51' 38" Longitud : -97 22' 33.4" Sistema geodsico : WGS84

Chiapas 28.8 MWProyectoEstado del ProyectoModalidad del ProyectoFabricanteFecha de OCCapacidad (MW)

ArriagaOperacinAutoabastecimientoVestas201228.8

Arriaga 16 turbinas elicas: Vestas V90/1800 (potencia 1 800 kW, dimetro 90 m) Potencia nominal total : 28 800 kW Parque elico onshore Desarrollador : Grupo SalinasLocalizacin Latitud : 16 14' 5.9" Longitud : -93 53' 44" Sistema geodsico : WGS84

Oaxaca 2,695.97 MWProyectoEstado del ProyectoModalidad del ProyectoFabricanteFecha de OCCapacidad (MW)

La VentaOperacinOPFVestas19941.57

La Venta IIOperacinOPFGamesa200683.30

La ventosa IIOperacinAutoabastecimientoGamesa200849.30

La VentosaOperacinAutoabastecimientoGamesa200830.60

Eurus, 1st PhaseOperacinAutoabastecimientoAcciona200937.50

Eurus 2nd PhaseOperacinAutoabastecimientoAcciona2010212.50

Bii Nee Stipa IOperacinAutoabastecimientoGamesa201026.35

La Mata - La VentosaOperacinAutoabastecimientoClipper201067.50

Fuerza Elica del IstmoOperacinAutoabastecimientoClipper201150.00

Oaxaca II, III y IVOperacinPEEAcciona2012306.00

La Venta IIIOperacinPEEGamesa2012102.85

Oaxaca IOperacinPEEVestas2012102.00

Fuerza Elica del IstmoOperacinAutoabastecimientoClipper201230.00

Bii Nee Stipa II (Stipa Naya)OperacinAutoabastecimientoGamesa201274.00

Bii Nee Stipa III (Zopiloapan)OperacinAutoabastecimientoGamesa201270.00

Piedra LargaOperacinAutoabastecimientoGamesa201290.00

Bii StinOperacinAutoabastecimientoGamesa2012164.00

La Ventosa IIIOperacinAutoabastecimientoGamesa201320.00

Eoliatec del PacificoOperacinAutoabastecimientoGamesa2013160.00

Bii Nee Stipa II Fase III El RetiroOperacinAutoabastecimientoGamesa201374.00

Piedra Larga IIOperacinAutoabastecimientoGamesa2014138.00

Bii HioxoOperacinAutoabastecimientoGamesa2014227.50

Bii Nee Stipa II Fase IV Dos ArbolitosOperacinAutoabastecimientoGamesa201470.00

Sureste I Fase II (Energas Renovables La Mata)OperacinPEEAlstom2014102.00

Granja SEDENAConstruccinAutoabastecimientoVestas201515.00

Energia Eolica del Sur IConstruccinAutoabastecimientoVestas2015216.00

Energia Eolica del Sur IIConstruccinAutoabastecimientoVestas2015180.00

Los generadores que estn en operacin en la ciudad de Puebla tienen las siguientes caractersticas:Datos generales Fabricante :Gamesa(Espaa) Turbina elica : G97/2000 Potencia : 2 000 kW Dimetro : 97 m En venta Clase de viento : IEC IIIa Compatible offshore : no rea de barrido : 7 390 m Densidad de potencia : 3.7 m/kW Nmero de palas : 3Masas Masa de la gndola : 26 toneladasRotor Velocidad mnima del rotor : 9,6 vuelta/min Velocidad mxima del rotor : 17,8 vuelta/min Vitesse minimale de vent : 3 m/s Vitesse nomimale de vent : 11 m/s Vitesse maximale de vent : 25 m/s Fabricante : LM Glasfiber, GamesaCaja de cambios Caja de cambios : Si Niveles : 3 Ratio 1:106,8Generador Tipo : ASYNC DF Nmero : 1 Tensin de salida : 690 VTorre Altura mnima de la gndola : 78 m Altura mxima de la gndola : 120 m

Curva de potencia

http://sag01.iie.org.mx/SIGER/ En la liga anterior se pueden consultar datos del viento en todo el territorio mexicano. (Es preferible abrirla con Internet Explorer)Para consultar los datos se introducen los siguientes datos:Lmeerafa@hotmail.comzOA3jBTIhttp://www.nrel.gov/wind/international_wind_resources.html#mexicoEn el pas existen varias regiones con niveles muy altos de viento, donde destaca el Itsmo de Tehuantepec en Oaxaca, zonas de Tamaulipas y Baja California con >800 W/m2 Es importante notar que adems de estas zonas existen varias regiones tambin con alto y muy alto potencial en Mxico.

Se observa que Esperanza no tiene gran potencial elico (en comparacin con la zona ms oscura), sin embargo ah est ubicado el complejo PIER II

Coordenadas de CU:Longitud: -98.20271570000001Latitud: 19.0019596

La energaSe dice que la energa es una propiedad de los cuerpos o sistemas materiales. Dicha propiedad transforma (a s mismos) o modifica su estado o situacin, adems puede actuar sobre otros cuerpos, originando transformaciones en ellos.La energa indica la capacidad de un cuerpo o sistema para producir transformaciones, con independencia de que stas se produzcan o no. Esta capacidad puede producir trabajo, el cual puede ser mecnico, emisin de luz, generacin de calor, etc.Es posible encontrar energa en diferentes formas. Algunas de ellas son: Gravitatoria Cintica Potencial Qumica Elctrica Magntica Nuclear Radiante

La transformacin de una forma a otra est condicionada por el principio de conservacin de la energa.

Se puede decir que toda la energa de la Tierra proviene del Sol, pues este produce el viento, la evaporacin de las aguas superficiales, la formacin de nubes, las lluvias, etc. Su calor y su luz son la base de numerosas reacciones qumicas indispensables para el desarrollo de los vegetales y de los animales, cuyos restos, con el paso de los siglos, originaron los combustibles fsiles: carbn, petrleo y gas natural.

Trabajo

El trabajo se define como el producto escalar de una fuerza por un desplazamiento (del punto de aplicacin de la fuerza).

El trabajo se mide en julios, siendo:1 Julio = 1 Newton * 1 metro

Cuando una fuerza de 1 Newton es desplazada 1 metro (en la misma direccin y sentido de la fuerza) se dice que se ha realizado un trabajo igual a 1 Julio.

Mltiplos del Julio

Otro concepto importante es la Potencia, la cual segn el Sistema Internacional de unidades es equivalente al trabajo realizado por unidad de tiempo (Julios por segundo).

Algunos ejemplos que relacionan a la potencia son los siguientes:

Una persona, en un esfuerzo liviano, desarrolla 0,15 kW. Un ciclista, en un esfuerzo elevado, desarrolla 0,5 kW. Un atleta, durante un corto tiempo, desarrolla 0,75 kW. 1 kWh permite mantener encendida una bombilla de 100 W durante 10 horas o calentar el agua para una ducha de 2-3 minutos.

La energa cintica

Es aquella que posee una partcula debido a su movimiento y se expresa como la mitad del producto de la masa por el cuadrado de la velocidad.

Donde W est en Julios, la masa en Kg y la velocidad en m/s

Existe una relacin entre la energa cintica y la temperatura, debido a que a mayores velocidades se obtienen temperaturas ms altas. Cuando en un gas (o en un cuerpo cualquiera) sus molculas no se mueven, se dice que la temperatura es de 0 grados Kelvin (lo que corresponde a -273 C). Lo anterior es conocido como el cero absoluto.

Energa electromagntica

Es la energa asociada a una carga elctrica en movimiento. Una carga elctrica en movimiento (o un conjunto de stas formando una corriente elctrica, por ejemplo), crean a su alrededor un campo electromagntico, que acta no slo sobre cargas elctricas, sino tambin sobre imanes (cuerpos magnetizados).

Teniendo en cuenta que la materia est compuesta de electrones y estos estn en movimiento, todos los cuerpos irradian energa electromagntica en ms o menos cantidad (al tiempo que tambin la reciben, si se encuentran en equilibrio).Los campos electromagnticos tienen naturaleza ondulatoria, variando su intensidad tanto a lo largo del espacio como del tiempo (para un mismo punto del espacio).

La energa electromagntica recibe diversos nombres en funcin de la longitud de la onda portadora: microondas, ondas de radio, rayos X, infrarrojos, ultravioleta, luz visible (formada por un conjunto de frecuencias que van desde el rojo hasta el azul), etc.

* La eficiencia (o rendimiento) de un proceso de cambio energtico es el cociente entre la energa utilizable (despus del cambio) y la energa inicial. As, por ejemplo, en un motor elctrico, el 90% de la energa elctrica se transforma en energa mecnica, mientras que en un motor de combustin interna, slo el 20% de la energa del combustible se transforma en energa mecnica. El 80% restante se pierde a la atmsfera en forma de calor (gases de escape y aire calentado)

El vientoSe puede decir que el viento es energa en movimiento y una consecuencia de la radiacin solar (alrededor de un 1 a un 2% de la energa proveniente del sol es convertida en energa elica). La forma de la tierra origina diferencias de insolacin en diferentes puntos. Por ejemplo, en los polos los rayos solares inciden oblicuamente, por lo que calientan menos la superficie de la Tierra. Por el contrario, en el ecuador los rayos solares golpean la superficie terrestre perpendicularmente, calentando ms, pues la superficie de contacto es ms pequea que en los polos.

Estas diferencias de insolacin dan lugar a diferentes zonas trmicas que provocan diferencias de densidad en las masas de aire. En el ecuador, el aire al calentarse se hace ms ligero (menos denso) y asciende a las capas altas de la atmsfera dejando tras de s una zona de baja presin; en los polos, el aire es ms pesado (ms denso) y desciende aumentando la presin.

El aire que envuelve a la Tierra, como cualquier gas, se mueve desde las zonas de mayor presin atmosfrica (mayor densidad) a las de menor presin; es decir, si la Tierra no girase y su superficie fuese homognea el aire se movera desde los polos al ecuador por las capas bajas de la atmsfera y del ecuador a los polos por las capas altas siguiendo un ciclo de movimiento de aire en cada hemisferio. Este aire en movimiento horizontal es el viento.

La rotacin terrestre, la diferencia de temperatura y la presin atmosfrica influyen en la direccin del viento. La energa del viento depende de su velocidad y, en menor medida, de su densidad (disminuye con la altitud).Cerca del suelo, la velocidad es baja, pero aumenta rpidamente con la altura. Cuanto ms accidentada sea la superficie del terreno, ms frenar al viento. Sopla con menos velocidad en las depresiones terrestres y con mayor velocidad sobre las colinas, aunque en grandes valles rodeados de montaas aparece el denominado efecto tnel, que puede proporcionar buenas velocidades de viento.

Qu son las Isobaras?

Es una lnea curva que une los puntos, que presentan la misma presin atmosfricaen la unidad de tiempo considerada. Las isobaras de un mapa meteorolgico dan informacin acerca de la fuerza del viento y la direccin de este en una zona determinada.

Efecto de la fuerza de Coriolis

La anterior suposicin era que la Tierra se mantuviera esttica y que slo los rayos del Sol actuaran sobre ella, ahora, como nos encontramos sobre una esfera rotante, se produce un desvo inercial del viento hacia la izquierda en el Hemisferio Sur y hacia la derecha en el Hemisferio Norte.Esta fuerza planteada por Coriolis y descubierta experimentalmente por Buys Ballot tiende a crear una concentracin de aire hacia la izquierda del movimiento (el Hemisferio Sur) y una depresin hacia la derecha.

Resumiendo, el viento sopla desde las zonas de alta presin hacia las zonas de baja presin, en las latitudes medias y altas esa direccin se modifica por la rotacin de la Tierra, el viento toma una direccin paralela a las isobaras, en sentido contrario a las agujas del reloj, alrededor de las reas ciclnicas y en el mismo sentido alrededor de las reas anticiclnicas en el hemisferio norte, mientras que en el hemisferio sur los sentidos son inversos a aqullos.

La fuerza de desviacin (por unidad de masa) se expresa por:

Desviacin = -2Vsen

Siendo la velocidad de giro de la Tierra: = rad/s = la latitudV = la velocidad de la masa de aire.Como sen0 =0 y sen90 = 1, el efecto desviador es mximo en los polos y es cero en el ecuador.

Los vientos generales que circundan el globo terrestre se llaman macro climticos. Esto es debido a que la orografa del terreno y las diferencias de presin varan sus caractersticas, lo que origina los vientos llamados micro climticos o locales. Estos ltimos pueden ser clasificados en: vientos inducidos trmicamente, vientos inducidos por la orografa y vientos generales influenciados por los efectos climticos locales.

Brisas marinas y corrientes valle-montaa

Las brisas marinas se originan como consecuencia de los distintos calores especficos, y la diferente velocidad de calentamiento y enfriamiento del mar y la tierra. Durante el da la tierra se calienta ms rpidamente que el mar, haciendo que el viento sople del mar a la tierra (medioda y tarde).

Las brisas marinas son una consecuencia de una variacin entre los distintos calores especficos y la diferente velocidad de calentamiento y enfriamiento del mar y la tierra. Durante el medioda y la tarde la tierra se calienta ms rpido que el mar, lo que provoca que el viento sople del mar hacia la tierra.

Durante la noche y el amanecer, el ciclo es el contrario; los vientos soplan hacia el mar, debido a que la tierra se enfra ms rpido y normalmente durante la noche la brisa terrestre tiene velocidades inferiores, debido a que la diferencia de temperaturas entre la tierra y el mar es ms pequea.

Vientos inducidos por la orografa: el viento del valleSe origina en las laderas que dan al sur (o en las que dan al norte en el hemisferio sur). Cuando las laderas y el aire prximo a ellas estn calientes, la densidad del aire disminuye y el aire asciende hasta la cima siguiendo la superficie de la ladera.

Durante la noche la direccin del viento se invierte, convirtindose en un viento que fluye ladera abajo. Si el fondo del valle est inclinado, el aire puede ascender y descender por el valle; este efecto es conocido como viento de can. Los vientos que soplan en las laderas a sotavento pueden ser bastante potentes. Ejemplo de ello son: El Fhon de los Alpes en Europa, el Chinook en las Montaas Rocosas y el Zonda en los Andes.Ejemplos de otros sistemas de viento locales son el Mistral, soplando a lo largo del valle del Rhone hasta el Mar Mediterrneo, y el Sirocco, un viento del sur proveniente del Sahara que sopla hacia el Mar Mediterrneo.

Vientos durante la noche Vientos durante el da

Vientos inducidos por la orografa: El viento en zonas montaosas

Existen vientos que son producidos por la forma especfica del relieve terrestre. Estos vientos se desplazan muy cerca de la superficie y deben evadir los obstculos que encuentran a su paso, trayendo consigo cambios en sus caractersticas. Por ejemplo, dentro de dos zonas montaosas el flujo de aire es obligado a pasar a travs de un canal estrecho.

El teorema de Bernoulli establece que la velocidad de un fluido aumenta cuando la seccin por la que pasa disminuye. En este caso, como la seccin por la que circula el aire entre las dos montaas es mucho ms estrecha que fuera y las lneas de corriente estn muy prximas, la velocidad aumenta. Este fenmeno est presente en Los Pirineos y los Alpes, donde se forma una especie de embudo, y cuando los vientos en el extremo del embudo llegan al Mediterrneo, salen a gran velocidad.Partiendo del teorema de Bernoulli, encima de las montaas el viento aumenta de intensidad e inversamente, en un valle el viento disminuye.

TurbulenciaSe define as a la relacin entre el desvo tpico y la velocidad mxima, por ejemplo, en el hemisferio norte se registran valores medios entre 10 y 12%. Puede ser causada por pequeos obstculos, cerros, colinas, estelas de aeroturbinas, edificios, etc.

Ests turbulencias pueden causar la fatiga de las palas de las turbinas elicas.Por otro lado, cerca de la superficie terrestre, a nivel local, soplan otros vientos ms especficos caracterizados por el relieve del terreno y otras variables como la rugosidad o la altura.

Rugosidad: Una superficie muy rugosa como un bosque o una aglomeracin de casas podran causar turbulencias y frenar el viento, mientras que otra muy lisa como el mar o las pistas de un aeropuerto favorecer et desplazamiento del aire. Altura: Si el terreno es rugoso, se necesitarn aerogeneradores de mayor altura para alcanzar la misma velocidad de viento que en otros emplazamientos ms lisos.

Los relieves ms beneficiosos corresponden a perfiles redondeados con pendientes suaves. Dichos perfiles tiene un efecto acelerador sobre la velocidad del viento.Los perfiles ms desfavorables corresponden a relieves bruscos con pendientes mayores de 30Las fuertes pendientes son zonas que propician la generacin de turbulencias que daan a los aerogeneradores y reducen la energa capturada por los mismos.

Capa lmite de la atmosferaDebido a la friccin de la masa de aire que fluye sobre la superficie de la Tierra, la velocidad del viento disminuye desde un valor imperturbado a gran altura, llamada altura de gradiente y tpicamente alrededor de 2.000 m, hasta cero sobre el suelo. En la altura gradiente, los cambios de velocidad slo dependen del campo de presiones y de la latitud.La capa lmite superficial, que se extiende desde el suelo hasta una altura aproximada de 100 m, es la regin donde la variacin de la tensin cortante ( fuerzas cortantes, para calcular esfuerzos cortantes y momento de torsin) puede despreciarse y en su interior van a quedar instaladas las turbinas elicas.

El potencial del vientoSlo un 2% de la energa solar que llega a la Tierra se convierte en energa elica. En teora, los vientos distribuyen anualmente entre 2,5*10 ^5 y 5*10^5 kWh. Una cantidad enorme de energa, pero solo una parte de la misma puede ser aprovechada, ya que se presenta en forma muy diluida.

El 35% de esta energa se disipa a la atmsfera a slo un kilmetro por encima del suelo. Del resto se estima que por su aleatoriedad y dispersin slo podra ser usada 1/13 parte (energa suficiente para abastecer 10 veces el consumo de energa primaria mundial del ao 2002 (10,000Mtep 1 Tep is, par definition, 41,868 GJ (10 Gcal), which is the energy produced by burning one ton of petrol.It is used to compare energy sources between them. 1 tep = 1000 m3 CH4 = 7.33 barils of oil = 1,5 ton of coke = 2,2 ton of dry wood.1 mega Tep where Tep stands for Ton Equivalent PetrolLa cantidad de energa que contiene el viento antes de pasar por un rotor en movimiento depende de tres parmetros:La velocidad del viento incidenteLa densidad del aireEl rea barrida por el rotor (las palas)De las tres, la velocidad del viento es la ms importante. La siguiente expresin lo justifica

donde m5 es el caudal msico del aire y o es la densidad del aire, que vara con la altitud y con las condiciones atmosfricas. Esta variacin puede ser del orden del 7% sobre un valor medio que se toma normalmente de 1,225 kg/m3 (temperatura 15oC y presin atmosfrica normal igual a 1.013 mbar). Por tanto, la potencia del viento (en W) depende de la densidad del aire (kg/m3), de la superficie sobre la que incide (m2) y del cubo de la velocidad del viento (m/s). Puede concluirse de la expresin que un error cometido en la estimacin de la velocidad del viento se triplica en el caso de la potencia.Efecto de la presin atmosfrica y la temperatura: repercuten en el canal msico, el cual al aumentar transfiere ms energa al aerogenerador. Cuando el aire se enfre y aumente de peso al volverse ms denso, transferir ms energa al aerogenerador. Cuando el aire se calienta o se asciende de altitud, ser menor la energa cintica que llegue a la turbina.Potencia de una turbinaPotencia de una turbina: coeficiente de potencia CpLa 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. As:Potencia de una turbina = Cp*potencia del vientoNtese 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.

Teora de BetzLa teora global del generador elico de eje horizontal fue establecida por el alemn Betz, quien supone que el aerogenerador se ubica en un sector de aire animado, donde delante de la mquina la velocidad es V1 y detrs V2.Dado que el caudal msico permanece constante, el tubo de corriente se debe ensanchar para cumplir con la igualdad.Qm = pQ (densidad por caudal) = cteQm= pQ = pS1v1=pS2v2 = pSv siendo S el dimetro de las palas del aerogeneradorPor lo tanto, si la velocidad del viento disminuye en v2, S2 debe aumentarPodemos expresar la potencia til transferida por el viento a la turbina de dos maneras:La fuerza que ejerce el generador sobre el aire en movimiento es, segn Euler

1. La potencia que absorbe la fuerza F, cuyo punto de aplicacin se desplaza a la velocidad V respecto de las molculas del aire en movimiento es: Ec1Con otras palabras: el trabajo generado, por unidad de tiempo, por la fuerza del viento igual a menos la tasa de cambio en la cantidad de movimiento del aire al pasar por la hlice (segunda y tercera ley de Newton)2. La variacin de la energa cintica de la masa de aire que atraviesa al generador por segundo es la potencia absorbida Ec2Al igualar las ecuaciones 1 y 2 se obtiene lo siguiente: Para igualar la ecuacin se deduce que Recordando que la potencia de una turbina = Cp*potencia del viento, y que la potencia est en funcin de la velocidad se puede decir que:V2=bV1Siendo b el factor que reduce la velocidad del viento y que genera una velocidad distinta V2. Este valor b es consecuencia del choque con las palas del aerogenerador.Dado que V2 jams podr ser mayor que V1 y que b nunca podr ser cero (debido a que la presencia cualquier obstculo produce una disminucin de velocidad) se deduce que:0 < b < 1

Para obtener el valor mximo de la P til, es necesario derivar e igualar a cero, hallar mximos y mnimos y evaluar el valor mximo en P til = 0 Teniendo un mximo en b = y un mnimo en b = - 1 (el cul se descarta al no tener sentido fsico)Recordando que V2 =bV1 ahora se encuentra que V2 = V1Evaluando b mximo en P til: Cp = Se puede concluir que el coeficiente de eficiencia mximo de un aerogenerador ideal es del 59.25925%

https://www.meted.ucar.edu/fire/s290/unit7_es/Rafa_MxReallove_123

http://www.culturamas.es/blog/2012/01/24/tipos-de-nubes/

AerogeneradoresLas modernas turbinas elicas son sistemas capaces de transformar, de forma eficiente, la energa cintica contenida en el viento en energa mecnica en un eje. Esta energa se puede aprovechar, o bien directamente, en instalaciones aisladas para aplicaciones de bombeo o, como es ms habitual, en sistemas de produccin de energa elctrica.Los avances tecnolgicos dentro del campo de aerogeneradores para produccin de energa elctrica han evolucionado hacia mquinas de tres palas, orientadas a barlovento, con torre tubular y sistemas de orientacin activos.Tipos de aerogeneradoresDependiendo del tipo de rotor elico y la disposicin de su eje de giro, las turbinas se clasifican en: Turbinas con rotor de eje vertical Turbinas con rotor de eje horizontal.Turbinas con rotor de eje verticalLas turbinas con rotores de eje vertical tienen la ventaja fundamental de que no necesitan de algn sistema de orientacin activo para captar la energa contenida en el viento. Presentan la ventaja aadida, con respecto a las turbinas de eje horizontal, de disponer el tren de potencia, el generador elctrico y los sistemas de control a nivel de suelo. Los diseos ms conocidos de eje vertical son los rotores tipo Darrieus y los rotores tipo Savonious.

Las principales desventajas (ms que las ventajas) son:1) Las velocidades del viento cerca del nivel del suelo son muy bajas, por lo que a pesar de que puede ahorrase la torre, sus velocidades de viento sern muy bajas en la parte ms inferior de su rotor. 2) La eficiencia promedio de las mquinas de eje vertical no es impresionante.3) La mquina no es de arranque automtico (es decir, una mquina Darrieus necesitar un "empuje" antes de arrancar. Sin embargo, esto es slo un inconveniente sin importancia, ya que puede utilizar el generador como motor absorbiendo corriente de red para arrancar la mquina). 4) La mquina puede necesitar cables tensores que la sujeten, aunque esta solucin no es practicable en reas muy cultivadas.Panemonas Cuatro o ms semicrculos unidos al eje central. Su rendimiento es bajo.

Savonious:Tienen la ventaja de ofrecer par de arranque y se pueden construir fcilmente, pero su bajo rendimiento y su reducida velocidad de giro hacen que sus aplicaciones se limiten a bombeo de pistn. No obstante se han desarrollado prototipos de 5 kW para aplicaciones de produccin de electricidad en sistemas aislados como el Kansas State University Savonious. Cuenta con dos o ms filas de semicilindros colocados opuestamente.

Prototipo WindsideEste novedoso aerogenerador de eje vertical es un prototipo concebido por la empresa finlandesa Windside. En siguiente imagen se puede apreciar un par de estos aerogeneradores capaces de entregar 50[kW] y que tienen la tarea de climatizar un centro comercial en las cercanas de Turku (Finlandia).Esta tecnologa relativamente nueva y prometedora, con rendimientos similares a las aerogeneradores de eje horizontal, es aplicada para abastecer medianos y pequeos consumos. El concepto aerodinmico es lo que lo hace distinto e interesante respecto a los otros VAWT (vertical axis wind turbine)

Aerogeneradores de eje horizontal

En este caso, el eje de rotacin es perpendicular a la direccin del viento, funcionando bajo el principio de desplazamiento transversal. Para este tipo de aerogenerador es necesario el uso de un dispositivo para orientar la posicin del rotor. En generadores pequeos, de baja potencia, dichos dispositivos son sencillos, pero a medida que aumenta el tamao se tornan ms complejos. Una alternativa es la utilizacin de rotores a sotavento, en los que el viento incide en sentido contrario a los de barlovento. De esta manera, el rotor se encarga de la orientacin. La desventaja es que la torre hace sombra a las aspas, pudiendo daar el rotor. Lo anterior hace referencia al llamado efecto sombra, producido por la torre de sustentacin, el cual origina oscilaciones en las palas, adems de ciertos fenmenos acsticos de baja frecuencia.

En el mercado actual los generadores de eje horizontal son los que presentan mayores desarrollos, ocupando un 80% del total.Este tipo de generadores se puede clasificar por el nmero de palas que poseen.

Dependiendo del nmero de palas de los rotores stos se clasifican en rotores multipala (o rotores lentos), con un nmero de palas comprendido entre 6 y 24 y en rotores tipo hlice (o rotores rpidos). Para clasificar a los rotores en lentos o rpidos se utiliza la relacin especfica de velocidades0 definida como el cociente entre la velocidad lineal en la punta de la pala del rotor y la velocidad del viento. Valores de 0 superiores a 5 se usan en el diseo de elicas rpidas, mientras que valores de 0 comprendidos entre 1 y 2 se suelen adoptar para mquinas lentas.Multipalas (ms de 3 palas)Los rotores multipala se caracterizan por tener un nmero de palas que puede variar de 6 a 24 y por lo tanto una solidez elevada. Presentan elevados pares de arranque y una reducida velocidad de giro. La velocidad lineal en la punta de la pala de estas mquinas, en condiciones de diseo, es del mismo orden que la velocidad del viento incidente. Estas caractersticas hacen que la aplicacin fundamental de estas turbinas haya sido tradicionalmente el bombeo de agua. No se utilizan en aplicaciones de generacin de energa elctrica debido a su bajo rgimen de giro.

Bipalas (2 palas), Tripalas (3 palas)