semana de la sustentabilidad - ciicap-uaem

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Dr. Jesús Cerezo Román

CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN INGENIERIA Y CIENCIAS APLICADAS

UNIVERSIDAD AUTONOMA DEL ESTADO DE MORELOS

Cuernavaca, Morelos a 13 de junio de 2018

TALLER DE TRNSYS

SEMANA DE LA SUSTENTABILIDAD

BAJAR ARCHIVO DE INSTALACIÓN DE LA VERSION DEMO

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http://www.trnsys.com/demo/

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CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓNDescripción del software TRNSYS

2. Simulación de un colector solar con almacenamiento térmico.- Descripción y conexión del módulo de datos meteorológicos

Meteorológicos graficador análisis- Descripción, conexión y especificaciones:

Meteorológicos colector solar análisisMeteorológicos colector solar tanque de almacenamiento

3. Simulación de una celda fotovoltaica.- Modulo fotovoltaico S36PC-130, Solartec, instalado en el edificio del

CIICApMeteorológicos modulo fotovoltaico análisis

4. Simulación de un aerogenerador de 600 kW- Especificaciones del módulo aerogenerador

- Análisis de los resultados.

5. Ejemplos

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TRaNsient SYstem Simulation Program

TRNSYS es un programa de simulación utilizadoprincipalmente en los campos de la ingeniería de lasenergías renovables y la simulación de sistemas solarespasivos, así como el diseño solar activo.

Permite diseñar y optimizar sistemas energéticos(principalmente en energías renovables) y edificios de bajoconsumo de energía (Consumo neto cero de energía).

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TRaNsient System Simulation Program TRNSYS es un paquete de software comercial desarrollado en la

Universidad de Wisconsin. Uno de sus usos originales fue realizarla simulación dinámica del comportamiento de un sistema de aguacaliente solar para un año típico meteorológicos a fin de que sepueda comprobar los ahorros de costes a largo plazo de estossistemas.

1. INTRODUCCIÓN

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TRaNsient System Simulation Program

TRNSYS se compone de dos partes:

1. La primera es un motor (llamado kernel) que lee y procesa elarchivo de entrada, de manera iterativa resuelve el sistema,determina la convergencia, y visualiza las variables del sistema.

Conexión de salida alimenta la entrada del siguiente type

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TRaNsient System Simulation Program

2. La segunda parte de TRNSYS es una amplia biblioteca decomponentes incluye aproximadamente 150 modelos:

Bombas, edificios multizona, turbinas de viento,electrolizadores, procesadores de datos meteorológicos, rutinasde economía o equipos básicos de climatización con las nuevastecnologías emergentes.

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PERFILES METEREOLOGICOS EN TRNSYS

OBJETIVO:• FORMA DE CONEXIÓN DE LOS DIFERENTES MODULOS (TYPES)

EN TRNSYS• ANALIZAR LOS PERFILES DE TEMPERATURA, RADIACIÓN,

VELOCIDAD DE VIENTO EN FUNCIÓN DEL TIEMPO EN UN DIA, SEMANA Y AÑO

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PERFILES METEREOLOGICOS EN TRNSYS

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OBJETIVO

SIMULACIÓN DE UN COLECTOR SOLAR CON ALMACENAJE TÉRMICO

1. Conexión de los diferentes TYPES para simular el proceso dealmacenamiento solar.

2. Suministro de datos (parámetros y datos de entrada), revisar las unidades deentrada y salidas.

3. Análisis de los resultados (con y sin control de temperatura)

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CONEXIÓN EN TRNSYS

Solar Termal Collector / Evacuated tube collector

Thermal Storage / Const. Vol. Liq. Storage / Vertical Tank / No HX

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TIPOS DE COLECTORES SOLARES

PLANOS EVACUADOS

CPCPARABOLICOS

CURVA DE EFICIENCIA

Las curvas de eficiencia de los colectores solares, tanto de tubos evacuados, placa plana y calentadores de aire, se basan en la metodología de pruebas de ASHRAE

Donde: a0 = Intercepción (Máxima) de eficiencia del colector.a1 = Coeficiente negativo de primer orden en la ecuación de

eficiencia del colector.a2 = Coeficiente negativo de segundo orden en la ecuación de

eficiencia del colector.ΔT = Diferencia entre la temperatura de entrada del agua

caloportadora y la temperatura ambiente.IT = Radiación solar total disponible.

ECUACIÓN DE LA EFICIENCIA

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16

48.9 kg/m2 h

PARAMETRO 1. Número de colectores en serieEl modelo puede simular un arreglo de colectores en serie. Éste

parámetro es utilizado para especificar cuantos colectores estarán colocados en serie. La salida del primero será la entrada del segundo colector y así sucesivamente.

PARAMETRO 2. Área de colecciónÁrea total de colección, considerada normalmente como el área gruesa

(Considerando el marco)

PARAMETRO 3. Calor especifico del líquido caloportador

PARAMETRO 4. Modo de eficiencia

SUMINISTRO DE DATOS AL COLECTOR SOLAR DE TUBOS EVACUADOS EN TRNSYS

PARAMETRO 5. Flujo de pruebaFlujo por unidad de área del colector al que fue probado paradeterminar la eficiencia del colector. Si no se realizaron pruebas paraobtener los parámetros eficiencia, fijar el flujo igual al flujo establecidopor default.

PARAMETRO 6. Eficiencia de intercepción al origen (a0 [-])Es la intercepción en Y, de la eficiencia del colector contra la relaciónde (Tin – Tamb)/ IT

PARAMETRO 7. Pendiente de la eficiencia del colector (a1,KJ/h.m2˚C

PARAMETRO 8. Curvatura de eficiencia de la pendiente de delcolector(a2 KJ/h.m2˚C)Datos proporcionados por el fabricante de la curva de eficiencia

Considerando curvatura

Considerando líneal

PARAMETRO 8. Unidades de IAM (ángulo de incidencia de la radiación solar)Unidad lógica que se asignó al archivo de datos que contiene el modificador de datos de ángulos de incidencia

Ángulo que se forma entreel rayo solar y la normal ala superficie.

El incremento en IAM es debido al área cilíndrica del absorbedor que en forma pasiva sigue al sol a lo largo del día.

A ángulos de entre 40 y 50˚ no se pierde luz entre los tubos y no existe sombreado y reflexión entre los mismos, de tal manera que se obtienen funcionamientos óptimos a media mañana y media tarde.

Nota: En el caso de los colectores de placa plana esto sucede solo al medio día solar.

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CONEXIÓN DEL TANQUE DE ALMACENAMIENTO

Inlet port1

outlet port1

outlet port2

inlet port2

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TANQUE DE ALMACENAMIENTO

Detailed Fluid Storage Tank

Tiene intercambiador de calor dentro, condimensiones, y además un calentador

Desprecia gradientes de temperatura dentro de la roca, condución axial y asume distribucion uniforme del aire.Rock Bed

Storage

Puede cambiar el nivel de llenado puede variar,especificado los limites superior e inferior por el usuario

Variable Volume Tank

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Simulación de un colector solar de tubos evacuados con almacenamiento térmico

Stratified Storage Tank

Tanque es llenado y sementado por N numeros de volumenes

Plug-Flow TankEs mas sencillo que el estratificado, utiliza pequeños segmentos en el gradientede temperaturas. Este es mas apropiado cuando se presenta grandes gradientesde estratificación

Los tanques con estratificación tiene mayor rendimiento en las instalaciones solares

PARÁMETRO 1. Posición de entradas especificadas por elusuario.

Modo 1, las corrientes del flujo entran en el tanque en posicionesfijas. La corriente fría entra en el fondo del tanque y lacorriente caliente entra debajo del auxiliar.

Modo 2, la corriente de flujo se incorpora al nodo más cercanorespecto a su nivel de temperatura; con suficientes nodos sepermite un grado máximo de estratificación.

Modo 3, indica que la fuente de calor del flujo entra al tanque enel nodo especificado por el usuario. El flujo del agua fríatambién es especificado por el usuario.

SUMINISTRO DE PARAMETROS AL TANQUE DE ALMACENAMIENTO

PARAMETRO 2. Volumen del tanqueIndica el volumen del tanque neto y no el valor nominal..

PARAMETRO 3. Calor especifico del líquido.Calor específico del líquido que contendrá el tanque de

almacenamiento.

PARÁMETRO 4. Densidad del fluido.Densidad del fluido que contiene el tanque de almacenamiento.

PARÁMETRO 5. Coeficiente de pérdidas del tanque.Es el coeficiente de pérdidas del tanque por unidad de área de la

envolvente. (Depende del nivel de aislamiento de la envolvente)

PARÁMETRO 6 al 13. Altura del Nodo.Altura del nodo del tanque de almacenamiento. La altura total del tanque

sera determinada por la suma del total de nodos elegidos.

PARÁMETRO 14. Modo del calentador auxiliar

El calentador auxiliar puede operar en dos formas:1 = Relación Maestro/Esclavo: El calentador inferior está disponible solo

cuando el superior no satisface la condición de temperatura. Esta opción es común para calentadores auxiliares eléctricos de residencias.

2 = Ambos disponibles: En este modo, ambos auxiliares están disponibles al mismo tiempo. Esto permite calentar rápidamente el agua, pero a un mayor consumo de energía.

PARÁMETRO 15. Nodo que contiene el calentador 1El nodo que contiene al calentador auxiliar. Se debe estar seguro de

que el nodo debe estar entre 1 y número de nodos especificados. El nodo 1 es el que está ubicado en la parte más alta del tanque.

PARÁMETRO 16. Nodo en que esta el termostato 1Nodo en el que se encuentra el termostato del auxiliar 1. El

termostato debe de estar colocado en el mismo nodo en donde estará el auxiliar o bien en un nodo por encima del auxiliar.

PARAMETRO 17. Temperatura de consigna de calentador 1Es la temperatura de consigna del auxiliar 1. El termóstato

permitirá que entre el auxiliar cuando baje la temperatura de consigna del líquido en el nodo que contiene el termóstato.Calentará el líquido hasta que se alcance la temperatura de

consigna.

PARÁMETRO 18. Ancho de banda para el auxiliar 1La diferencia de banda muerta para el elemento auxiliar. El

termostato permitirá el elemento de calefacción cuando baja la temperatura del líquido en el nodo que contiene el termóstato por debajo de:

Temp Maxima

Temp Minima

Banda muerta alta

Banda muerta baja

Temp. de consigna25 ˚C

27 ˚C

23 ˚C

27.5 ˚C

22.5 ˚C

Parámetro 19. Máxima energía suministrada por el auxiliar.Es la máxima relación de calentamiento del auxiliar. Si no se quiere

utilizar el auxiliar entonces establecer cero a este parámetro.

Parámetro 27. Punto de ebullición.Punto de ebullición del fluido en el tanque de almacenamiento. Si

la temperatura del fluido sube por encima de este valor se produce un purgado automático del tanque para bajar la temperatura. Esto provoca perdida de líquido del tanque.

Parámetro 28. Nodo de entrada del líquido caliente.Es el nodo en que se descargara la entrada del líquido que proviene

de la fuente de calor (Nodo 1 es la parte mas alta del tanque). Debe de especificarse entre 1 el número de nodos especificados.

PARÁMETRO 29. Nodo de entrada del líquido frío.Es el nodo en que se descargara la entrada del líquido frío

(Nodo 1 es la parte mas alta del tanque). Debe de especificarse entre 1 el número de nodos especificados.

SIMULACIÓN DE MODULOS FOTOVOLTAICOSINSTALADO EN EL CIICAp

Policristalino 130 W

SIMULACIÓN DE MODULOS FOTOVOLTAICOSINSTALADO EN EL CIICAp

Cristalline module

PARÁMETRO 1. Corriente a corto circuito (Isc)La corriente a corto circuito, es la corriente que fluye a través de la celda

solar, cuando el voltaje cruza por el valor cero.Es la corriente total producida en la celda solar mediante irradiación solar;

es decir, cuando la celda recibe la mayor excitación de fotones en su estructura interna.

PARÁMETRO 2. Voltaje a circuito abierto (Voc)Considerado como el máximo voltaje disponible en la celda

solar y ocurre a corriente cero. Es el voltaje que se mide en el panel cuando no pasa corriente por el; es decir, sin carga conectada en la salida.

PARÁMETRO 3. Temperatura de referenciaTemperatura estándar del rendimiento eléctrico de las celdas y

los módulos fotovoltaicos, normalmente considerada engrados kelvin (K), comúnmente se utilizan 25ºC (298K).

PARÁMETRO 4. Radiación solar de referenciaRadiación solar para evaluar el módulo en la norma,

normalmente considerada como 1000W/m2.Nota.-Este valor no debe ser cero para sistemas

interconectados a la red eléctrica en el type 94””.

PARÁMETRO 5. Voltaje a máxima potencia (Vmp)El voltaje disponible a la máxima potencia de módulo fotovoltaico.

PARÁMETRO 6. Corriente a máxima potencia (Imp)La corriente disponible a la máxima potencia del módulo fotovoltaico.

PARÁMETRO 7. Coeficiente de temperatura de Isc (corriente a corto circuito)

Determina la salida de corriente del módulo bajo condiciones de temperatura de referencia.

La corriente a corto circuito (Isc) se incrementará con el aumento de temperatura y disminuirá con el decremento de temperatura.

PARÁMETRO 8. Coeficiente de temperatura de Voc (Voltaje a circuito abierto)

Determina la salida de voltaje del módulo bajo condiciones de temperatura de referencia. Se representa con un valor negativo.

Indica que el voltaje a circuito abierto del módulo tiene una relación inversa con la temperatura.

(Voc disminuye cuando aumenta la temperatura y aumenta cuando la temperatura disminuye).

PARÁMETRO 9. Numero de celdas conectadas en serie(Voltaje a circuito abierto)

Numero de celdas conectadas en serie de modulo según especificaciones del fabricante.

Módulo de 36 CeldasMódulo de 72 Celdas

PARÁMETRO 10. Numero de módulos en serieCuando se simula un solo modulo, tendrá un valor de “1”.Esta aproximación desprecia las perdidas por el acoplamiento de los

módulos.

PARÁMETRO 11. Numero de módulos en paraleloCuando se simula un solo modulo, tendrá un valor de “1”.Esta aproximación desprecia las perdidas por el acoplamiento de los

módulos.

PARÁMETRO 12. Temperatura del modulo a NOCT (temperatura de operación nominal de las celdas)

Es un indicativo de la temperatura a la cual un módulo funcionará en su situación real y se ve afectada por:

• La estructura de montaje, • La irradiancia, • La velocidad del viento, • La temperatura ambiente, • La temperatura del cielo y • Las reflexiones del suelo y de los objetos próximos

Temperatura media de unión de las células solares en equilibrio (Normalmente 40˚C), para un módulo montado sobre una estructura abierta en el siguiente entorno de referencia normalizado (ERN):• Ángulo de inclinación: 45° desde la horizontal• Irradiancia total: 800 W/m2

• Temperatura ambiente: 20°C• Velocidad del viento: 1 m/s• Carga eléctrica: Ninguna (circuito abierto)

PARÁMETRO 13. Temperatura ambiente a NOCT(Temperatura de operación nominal de las celdas)

Normalmente considerada como 20˚C

PARÁMETRO 14. Radiación solar a NOCTNormalmente considerada como 800 W/m2,

PARÁMETRO 15. Área del móduloÁrea del arreglo de módulos encargados de producir energía

eléctrica.

PARÁMETRO 16. Producto de: Transmitancia-AbsortanciaA incidencia normal

Valor positivo (entre 0 y 1), TRNSYS no llamará la opción de correlación para modificar el ángulo de incidencia.

Valor negativo (entre 0 y -1), llamará la opción de correlación para modificar el ángulo de incidencia.

PARÁMETRO 17. Banda ancha del semiconductorCantidad de energía necesaria para liberar un electrón de su

enlace y hacerlo pasar de la banda de valencia a la de conducción.

Silicio Cristallino (c-Si) Variable 1.1 eV a 1.7 eVEl Silicio Amorfo. Variable de 1.1 eV a 1.75 eV(CIGS Cu(InGa)Se 2) . Varíable de 1.02 eV a 1.68 eVCristales de silicio. Variable de 1.0 eV a 1.6 eV

PARÁMETRO 18. Inclinación de la curva IV (Corriente-Voltaje) a Isc (Corriente a corto circuito)

Para Módulos Mono o Policristalinos, debe ser cero o cualquier valor positivo.

Para Módulos Amorfos o de Capa Delgada, debe asignarse un valor negativo, para formar la pendiente en la curva en condiciones de corto circuito.

PARÁMETRO 19. Resistencia de módulos en serie

Valor positivo, lee la Rs directamente de éste parámetro.

Cero o un valor negativo, indicará que el Type 94 debe calcular Rs

Poner lo que dice la ayuda

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FICHA TECNICA DEL MODULO FOTOVOLTAICO

49

FICHA TECNICA DEL MODULO FOTOVOLTAICO

1

2

6

5

15 = 0.99 m2

16

121434

87

17

9

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SIMULACIÓN DE UN AEROGENERADOR

Objetivo:

Analisis de los resultadosPotencia anual

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¿QUE ES UN AEROGENERADOR?

Un aerogenerador es un generador eléctrico movido por una turbina accionada por el viento

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Rated power: 600.0 kWCut-in wind speed: 2.5 m/sRated wind speed: 12.0 m/sCut-out wind speed: 28.0 m/s

Diameter: 43.7 mSwept area: 1.521,0 m²Number of blades: 3Rotor speed, max: 34.0 U/minTipspeed: 77.8 m/sType: AERO E-40Material: GFK

Rotor

Potencia

Manufacturer: Enercon GmbHCountry: Germany

Enercon E40 600/46

Glass-Fiber Reinforced Plastic

Hub height: 50/58/65/78 mType: Steel tubeShape: conicalCorrosion protection: paintedManufacturer: SAM

Torre

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Rotor

Type: synchronousNumber: 1.0Speed, max: 34.0 U/minVoltage: 440.0 VGrid frequency: 50.0 HzHersteller: Enercon

GeneradorPeso

Rotor: 8.7 tNacelle: 20.5 tTower, max: 99.0 t

http://en.wind-turbine-models.com/turbines/68-enercon-e-40-6.44

Enercon E40 600/46

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CURVA DE POTENCIAVelocidad(m/s)

Potencia (kW)

1 02 03 1.74 14.75 41.46 79.67 135.88 207.59 295.4

10 405.211 508.112 571.413 60014 60015 60016 60017 60018 60019 60020 60021 60022 60023 60024 60025 600

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 5 10 15 20 25 30

Pote

ncia

, kW

Velocidad del viento, m/s

Enercon E40 600/46

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GRAFICO EN TRNSYS

Archivo en excel de type25c, debe de guardarse en excel 97-2001

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ARCHIVO DE LECTURA

WECS_Typ Enercon E40 600/46 ! Wind Turbine type --WECS_REF www.enercon.de ! Data sourceLen_Unit m ! Length unit, must be m (do NOT edit)Spd_Unit m/s ! Speed unit, must be m/s (do NOT edit)Pwr_Unit kW ! Power unit, must be m (do NOT edit)Ctl_mode S ! Control mode: S=stall; P=pitch; V=variable speedRotor_Ht 46.00 ! Rotor center height, metersRotor_Di 43.7 ! Rotor diameter, metersSensr_Ht 46.00 ! Sensor Height for data pairs given here below, meters (often rotor center height)Sher_Exp 0.16 ! Power-law exponent for vertical wind profileTurb_Int 0.10 ! Turbulence intensity valid for this curveAir_Dens 1.225 ! Power curve air density, kg/m3Pwr_Ratd 605.00 ! Rated power of the turbine, kWSpd_Ratd 13.50 !Rated wind speed, m/sNum_Pair 35 ! Number of (wind speed, power) data pairs in the file

0.50 0.00 ! First data pair (wind speed, power) - Free format - ALWAYS START AT 0.0 !!!1.75 0.00 ! Second data pair - Free format2.75 4.903.5 19.1 ! ...

! Use Maximum 100 data pairs !!!! ...

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AEROGENERADOR

Wind velocity increase with altitude and wind moving across the Earth's surface is slowed down by obstructions like buildings, trees and similar.This wind shear can be expressed as

v / vo = (h / ho)α

wherev = the velocity at height h (m/s)vo = the velocity at height ho (m/s)α= the wind shear exponent

The wind shear exponent varies with terrain.

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EJEMPLOS

3. c:\ Trnsys18demo \ Example \ Calling_Excel, EES, Mathlab

hrflujo

(kg/h)0 07 07 0.29 0.29 011 011 0.113 0.113 018 018 0.122 0.122 024 0

0, 07, 0

7, 0.2 9, 0.2

9, 0 11, 0

11, 0.1 13, 0.1

13, 0 18, 0

18, 0.1 22, 0.1

22, 0 24, 00

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

flujo

mas

ico

(kj/h

)

hr

2. c:\ Trnsys18demo \ Example \ PVT 1. c:\ Trnsys18demo \ Example \ Microprocessor Controler