diseño sistema de elices
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trabajo realizado para proyectos de energía eólica, éste te ayuda saber donde montar la planta de energía un lugar estratégico que corra buen viento y así suplir la energía necesaria.TRANSCRIPT
DISEÑO DE PEQUEÑOS SISTEMAS EÓLICOS PARA LA
GENERACIÓN DE LA ELECTRICIDAD EN OCAÑA NORTE DE
SANTANDER
Planteamiento
Descripción de la Turbina Eólica
¿Cómo funcionan las turbinas eólicas?
El viento se genera por un calentamiento irregular de la superficie terrestre por
parte del sol. Las turbinas eólicas convierten la energía cinética del viento en
energía mecánica, la cual acciona un generador que produce energía eléctrica
limpia. Actualmente, las turbinas eólicas son versátiles fuentes de electricidad.
Sus alabes o “palas” tienen un diseño aerodinámico que les permite capturar la
mayor cantidad de energía del viento, pues éste las hace rotar, accionando una
flecha acoplada al generador y así obtener electricidad.
Elementos
• Componentes
Rotor
Caja de Engranajes
Torre
Cimientos
Controles
Generador
• Tipos
Eje Horizontal
El más común
Controla el diseño de giro del rotor en el viento
Eje Vertical
Poco común
Formulación
Un sistema eólico pequeño funcionará para usted si:
• Donde usted vive existe suficiente viento
• En su vecindario o área rural se permite la instalación de torres altas
• Cuenta con suficiente espacio
• Puede determinar cuanta energía necesita o quiere generar
• Es económicamente viable para usted.
Objetivos generales
Diseñar los sistemas básicos eólicos pequeños para generación de electricidad,
y ayudarle a tomar una decisión sobre si estos sistemas pueden ser funcionales
para usted.
Objetivos específicos
Elaborar un estudio de potencial eólico de la zona que permita la
correcta modelización del mismo.
Predecir de los vientos anuales a distintas alturas y la elaboración de
una estimación del funcionamiento del campo.
Estudiar el impacto ambiental del sistema eólico.
Conocer los procedimientos que tiene que llevar a cabo el sistema
eólico para cumplir con exactitud su función.
Investigar sobre los diferentes métodos existentes para los campos
eólicos.
Averiguar qué tipos de plantas generadoras de energía hay.
Elegir la forma más adecuada y lugar específico para la generadora de
energía.
Llevar a cabo el diseño de la generadora de energía.
Estudiar la economía y de rentabilidad del sistema eólico.
Justificación
El proyecto se realizara con el fin de economizar gastos, mejorar el campo y
reducir el impacto ambiental que le causamos a nuestro ecosistema.
La idea que logramos con este sistema ambiental es también aprovechar las
energías que tenemos en nuestro universo y con ellas poder lograr una mejor
calidad de vida tanto para nosotros como para las futuras generaciones.
Delimitación
Conceptual:
Debido a lo extenso del tema de la energía alternativa, y al hecho de que no todas las formas
de aprovechamiento de las energías alternativas son adecuadas y económicas dentro el
entorno que ofrece el estado.
Temporal
El proyecto se centrara de forma muy específica en el diseño de un generador eólico el cual
se realizara aproximadamente en tres años y se presentara en la universidad francisco de
paula Santander Ocaña en el laboratorio de mecánica.
Geográfica
El proyecto se realizara en el conjunto de torres del cable ya que en este sitio se presta
porque hay buena característica de velocidad de viento.
Operativa
DISEÑO METODOLOGICO
TIPO DE INVESTIGACION: Explicativa
En Colombia es muy difícil encontrar lugares para diseñar sistemas eólicos
como en las regiones andinas, Orinoquia, amazonia y pacífica .en la región
caribe se presta más velocidad de viento.
Ésta región está al lado del mar caribe y es donde llega más viento que en el
océano pacifico por ello es que en el departamento de la guajira: el parque
eólico jepirachi ubicado en la alta guajira, con 15 aerogeneradores inaugurado
en el año 2003, y el parque eólico wayuu ubicado entre el cabo de la vela y
puerto de bolívar con capacidad para 20 megavatios la distancia entre cada
una de las turbinas generadores de energía están a 11 metros.
Los vientos son constantes en la costa caribe para diseñar y construir una plata
eólica o parque eólico se van aproximadamente 80 millones de pesos para 15
W no se requiere para recuperarlos en un tiempo de 8 o 7 años.
En los departamentos Cundinamarca, Boyacá, valle del cauca, Nariño y Arauca
existen puntos ubicados de energía eólica que solo hay de 3 a 5 turbinas o
generadores domésticos para la necesidad de cada núcleo familia.
La capacidad de velocidad de viento por estas regiones es muy lenta y no
satisface la necesidad para benefició de la comunidad de Ocaña ya que por la
investigación de la web se dice que en Abrego hay buena velocidad de viento
Que puede persistir a una velocidad de 5 m/s o superiores durante todo el año.
En las zonas rurales de Ocaña se puede llegar a cabo un estudio para diseñar
un parque eólico que se puede llegar a obtener en el conjunto torres del cable
POBLACION:
Uno de los primeros trabajos en tal sentido fue adelantado por el Ingeniero
Álvaro Enrique Pinilla Sepúlveda en 1997, mediante un mapa de vientos para
una parte del territorio. El Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios
Ambientales (Ideam) realizan actividades de recolección y procesamiento de
datos en tal sentido. A escala macro, la región más atractiva desde el punto de
vista eólico es la Costa Atlántica Colombiana, donde los vientos aumentan en
dirección a la península de La Guajira. Se han identificado otras regiones de
interés como el departamento de Arauca y algunas zonas de los altiplanos en
las cordilleras. Por el evidente atractivo de La Guajira, las actividades de EPM
se concentraron en dicha región. En efecto, la información disponible sobre la
Media y Alta Guajira, indica que esta zona podría representar una de las
alternativas con mayores posibilidades futuras para la generación eólica, tanto
por sus fuertes vientos, como por otras particularidades -dirección,
distribución de frecuencias y complementariedad con el régimen hidrológico-
, además de las excelentes condiciones físicas para parques eólicos.
Localmente, según el Mapa Eólico de Colombia de 2006, se destacaron 16
lugares de Colombia donde las intensidades del viento son importantes para
el aprovechamiento del recurso eólico. 3 sitios donde los vientos son
persistentes y superiores a 5m/s durante todo el año: Galerazamba en el
Departamento de Bolívar, Gachaneca en Boyacá y la isla de San Andrés en el
mar Caribe colombiano. 3 sitios donde las velocidades son persistentes pero
en el rango entre los 4 y 5m/s: La Legiosa en el Huila, Isla de Providencia en el
Mar Caribe y Riohacha en La Guajira. Los restantes 10 lugares no guardan una
gran persistencia en la velocidad del viento excepto para determinadas épocas
y/u horas del año como son: Villacarmen en Boyacá, Obonuco en Nariño,
Cúcuta y Ábrego en Norte de Santander, Urrao en Antioquia, Soledad en
Atlántico, Santa Marta en Magdalena, Bucaramanga en Santander, Anchique
en Tolima y Bogotá en Cundinamarca.
Asimismo, una aproximación del comportamiento de la densidad de energía a
50 metros de altura en Colombia es el que se presenta a continuación:
• Durante todo el año, valores de densidad de energía eólica entre 2.197 y
2.744 W/m2, alcanzando aun valores entre 2.744 y 3.375 W/m2, se mantienen
en la Península de La Guajira. Al igual que el campo del viento y de densidad
de energía eólica a 20 metros de altura, la densidad de energía eólica a 50
metros en el resto del país presenta variaciones dentro del ciclo estacional.
• Para el período comprendido entre diciembre y abril, se observan valores de
densidad de energía eólica entre 343-542 W/m2 en la cuenca del río Sinú al
noroccidente de Antioquia, límites entre Tolima y Risaralda, Catatumbo a la
altura de Norte de Santander, en los límites entre los departamentos de Huila
y Meta, así como en Casanare sobre los Llanos Orientales. Valores de densidad
de energía entre 729 y 1.000 W/m2, se observa sobre el Golfo de Urabá, en el
Bajo Magdalena y la cuenca del Cesar en los departamentos de Bolívar,
Atlántico, Norte de Santander y centro del Cesar. No obstante, hacia abril hay
una reducción de estos valores por causas explicadas anteriormente.
La empresa colombiana multiservicios EPM está estudiando construir un
parque eólico en la costa norte de Colombia que sumaría 200-400 MW de
capacidad. A tal fin, la integrada colombiana Empresas Públicas de Medellín
(EPM) y la agencia de desarrollo alemana GTZ realizan estudios de viabilidad
desde enero de este año.
Los Parques Eólicos de Empresas Públicas de Medellín (EPM) en La Guajira y el
Túnel de Oriente de la Gobernación de Antioquia son los más importantes del
país, donde la eólica es aún muy incipiente.
Parque Eólico Jepirachi
En funcionamiento desde abril de 2004, tiene el honor de ser el primer
generador de energía de este tipo en Colombia. Jepírachi está conformado por
15 aerogeneradores Nordex N60/250 que producen 1,3 MW cada una (juntos
generan un total de 19,5 MW) y están distribuidas en un terreno de 1,2 Km2
paralelo a la costa de la guajira colombiana.
Las penínsulas de la Guajira y Paraguaná son barridas casi todo el año por los
vientos alisios que soplan desde el mar Caribe con rumbo nordeste suroeste.
Esta dos penínsulas, las más septentrionales de América del sur, conforman,
conjuntamente con las más sureñas de las Antillas menores (Aruba, Curazao y
Bonaire) el Cinturón Árido Pericaribeño.
La velocidad del viento en la Península de Paraguaná oscila entre los 7 y los 9
metros por segundos, esto es, de 25 a 30 kilómetros por hora, siendo en La
Guajira un poco menor, lo que constituyen, escenarios óptimos para la
instalación de molinos eólicos agrupados en grades cantidades (parques
eólicos) que sirvan para generar electricidad en forma barata, ecológica y
sostenible.
Colombia ha instalado en los últimos años 2 grandes parques eólicos en su
departamento de La Guajira: El parque eólico Jepirachi ubicado en la alta
Guajira, con 15 aerogeneradores inaugurada en el año 2003, y el parque eólico
Wayúu ubicado entere le cabo de la vela y puerto Bolívar con capacidad para
20 megavatios.
El parque eólico Wayúu se construyó en una zona intermedia entre el Cabo de
La Vela y Puerto Bolívar, donde los vientos alisios del noreste tienen mayor
fuerza. Se instalarán cuando esté concluido de 15 a 30 torres de
aproximadamente 60 metros de altura, con palas cuyos brazos tendrán de 20
a 30 metros.
La capacidad de generación será 20 megavatios, máximo permitido por la
legislación colombiana para que centrales de energía alternativa entren al
mercado regulado de la bolsa nacional energética, que atiende el sistema
interconectado nacional.
Las características técnicas del parque Wayúu son similares a las del parque
eólico de Jepirachi, construido por empresas públicas de Medellín con
tecnología de Alemania y apoyo de la agencia de cooperación GTZ de ese país.
A diferencia del Jepirachi, que también comercializará su producción en la
bolsa nacional energética, el parque Wayúu deberá reinvertir 50 por ciento de
sus utilidades en la instalación de infraestructura de servicios básicos de
energía, agua potable, alcantarillado, y telefonía para el desarrollo rural de la
región.
Esa es una de las razones por las que el proyecto accedió a recursos de los
programas de Cooperación Económica y de Transacciones de Exportación
Relevantes para el Desarrollo de Holanda.
Esos programas aportarán el equivalente a 30 por ciento del costo total del
proyecto, tasado en 22 millones de euros, a condición de que por lo menos 60
por ciento de la tecnología del parque eólico sea holandesa, y existan garantías
de cofinanciación nacional o multilateral.
”El parque eólico de La Guajira es un ejemplo muy claro” del tipo de iniciativas
que apoya la cooperación holandesa, señaló Sylvia van Uden, encargada de
asuntos económicos y comerciales de la embajada de Holanda en Colombia.
Jorge Ibarra, representante del resguardo Wayúu, dijo que desde 2000,
cuando comenzaron a formar parte de la sociedad prestadora de servicios,
”hay expectativas de una mejor vida en las rancherías de la Alta Guajira”.
El resguardo abarca 90 por ciento de la parte rural del municipio de Manaure,
en la que habitan unas 35.000 personas en 800 rancherías, que son grupos de
cinco a 10 viviendas precarias en medio del desierto, explicó Ibarra. Esas
personas están organizadas en 40 asociaciones de autoridades tradicionales,
indicó. La Guajira, en la parte más septentrional del país, está dividida en las
regiones Alta (de clima semidesértico), Media y Baja. El proyecto atenderá las
zonas Alta y Media
El déficit de servicios básicos en la zona de influencia del proyecto es uno de
los más altos de todo el país. Para una demanda de casi 3,5 millones de metros
cúbicos de agua potable, la oferta no llega a un millón, y para una demanda
energética de más de 35 millones de kilovatios, la oferta es no llega a 5,5
millones. ”El agua potable es vital”, porque en la región hay una gran incidencia
de enfermedades asociadas con la falta de este servicio, destacó Ibarra.
En Wayúu ESP también participa la empresa Estrategias y Desarrollos,
especializada en energía y medio ambiente. Según Gutiérrez, el estatal
Instituto de Hidrología y Meteorología tiene interés en asociarse con el
proyecto, y se espera concretar un contrato de venta de energía a una
institución gubernamental.
Si se comparan los 20 megavatios previstos del parque eólico con la capacidad
instalada nacional de 13.000 megavatios, “el proyecto es pequeño, pero la
significación e implicaciones para la comunidad son inmensas”, afirmó.
Jepírachi, significa “vientos que vienen del nordeste en dirección del Cabo de
la Vela” en Wayuunaiki, la lengua nativa Wayuu, es el primer parque para la
generación de energía eólica construido en el país. Es una experiencia piloto
que hace parte del Programa general de investigaciones, proyectos y
actividades asociadas para el desarrollo de la energía eólica en Colombia, con
el cual se pretende adquirir conocimientos sobre esta energía, verificar su
desempeño y realizar la adaptación tecnológica a las características
particulares de medio Colombiano.
Jepírachi es un parque experimental, un laboratorio para conocer y aprender
sobre una energía limpia y renovable como la eólica, que puede ser alternativa
de abastecimiento energético para el país en el futuro, siempre y cuando los
resultados de las evaluaciones demuestren su viabilidad económica, técnica y
ambiental, y sea acogida por el sector eléctrico colombiano.
La construcción del parque se realizó con la autorización de la comunidad
Wayuu para el uso de su territorio, y con el permiso de la Corporación
Autónoma Regional de La Guajira, Corpoguajira, para la ejecución de las obras.
Contó además con el respaldo de la administración municipal de Uribia y de la
Gobernación de La Guajira, e igualmente con el acompañamiento de la
Dirección de Asuntos Indígenas del Ministerio del Interior.
La gestión social desarrollada para viabilizar el proyecto, tuvo y tiene como eje
la participación efectiva de las comunidades en las diferentes etapas del
proceso, y se fundamenta en el respeto por la integridad étnica y cultural de
las comunidades Wayuu, en el establecimiento de relaciones de confianza, en
la búsqueda de la equidad y el beneficio comunitario, sin actitudes
paternalistas y mediante la aplicación de principios de actuación y de
convivencia intercultural.
En el área de influencia directa del parque, donde están las obras y equipos,
se localizan las comunidades de Arutkajüi (acercándose sigilosamente en
Wayuunaiki) constituida por 77 personas pertenecientes al clan Epieyuu, y la
comunidad de Kasiwolín (como las borlas de la vestimenta Wayuu que tienen
cola prolongada) constituida por 111 personas de los clanes Pushaina, Uliana
y Epieyuu.
Como área de influencia indirecta se consideró el sector indígena de Media
Luna, (zona de tránsito a Puerto Bolívar, principal puerto exportador de carbón
colombiano y de ingreso de equipos para el parque eólico) el cual está
conformado por varias rancherías trasladadas a su ubicación actual debido a
la construcción del puerto.
Jepírachi fue inaugurado oficialmente el 21 de diciembre de 2003 e inició
operación plena en abril de 2004.
El parque eólico Jepírachi está ubicado en jurisdicción del Municipio de Uribia,
en la Alta Guajira, entre las rancherías Arutkajüi y Kasiwolin, cerca de Puerto
Bolívar y del Cabo de la Vela, atractivo turístico por excelencia del
departamento de La Guajira. Ocupa una zona perteneciente al resguardo
indígena Wayuu, el grupo étnico más numeroso de Colombia.
Para la selección del sitio se tuvieron en cuenta aspectos como la cercanía del
puerto para el desembarque de equipos y a la línea de transmisión eléctrica
Cuestecitas – Puerto Bolívar, para la interconexión eléctrica. También se buscó
no interferir con las actividades cotidianas de la comunidad indígena y evitar
la cercanía a sitios como jagüeyes, rozas de cultivos,
La construcción del parque se realizó en 14 meses y durante ella se adecuaron
11 Km. de vías, patios de trabajo, plazoletas para los aerogeneradores, se
construyó una caseta para reuniones con las comunidades y se adecuaron
instalaciones temporales como oficinas, pues no se construyeron
campamentos.
TECNICAS DE INSTRUMENTOS DE RECOLECCION DE INFORMACION:
Jepírachi está conformado por 15 aerogeneradores Nordex N60/250–1,3 MW
cada uno, para un total de 19,5 MW de capacidad instalada. Los
aerogeneradores están compuestos por un rotor de 60 metros de diámetro y
un generador instalado sobre una torre de 60 m de altura; su distribución es
de dos filas de 8 y 7 aerogeneradores respectivamente, separadas
aproximadamente 1.000 metros. La distancia promedio entre
aerogeneradores es de 180 metros, pero por circunstancias propias de cada
sitio en particular, se requirió variar la separación entre aerogeneradores y la
dirección de la línea, conservando una orientación de -10° Norte (Azimut 170°).
La zona que ocupan las turbinas comprende un área rectangular de
aproximadamente un Km de ancho (en dirección paralela a la costa) por 1,2
Km de largo, al norte de la ranchería Kasiwolín y al occidente de la ranchería
Arütkajüi. Los aerogeneradores están interconectados entre sí por una red
subterránea a una tensión de 13,8 kV, la cual conduce la energía hacia la
subestación eléctrica localizada en el centro del perímetro sur del área
ocupada por el parque. Dicha subestación dispone de un transformador que
eleva el voltaje a una tensión de 110 kV, y es el punto de partida de la línea de
800 m de longitud, con la que se conecta el parque a la torre 20 de la línea
Cuestecitas – Puerto Bolívar, de propiedad de Carbones del Cerrejón, que
suministra la energía para el puerto.
ANALISIS DE EINTERPRETACION DE LA INFIRMACION:
El tipo de aerogenerador más común del mercado se basa en el diseño típico
danés, compuesto por un rotor de tres palas con su eje conectado a un
engranaje de transmisión que multiplica la velocidad de rotación del rotor,
para adaptarla a la mucho más alta velocidad requerida por un generador
tradicional al cual se encuentra acoplado.
Jepírachi, nuevo proyecto MDL
La Convención Marco de las Naciones Unidas para el Cambio Climático registró
el parque eólico Jepírachi como Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL), lo que
lo convierte en la primera central en operación en Colombia que cumple con
un hito de esta envergadura, y la destaca en el exclusivo concierto de los 166
proyectos MDL que hoy existen en el mundo.
El registro de este proyecto, bajo el código 0194 del primero de abril, significa
que cumplió satisfactoriamente con todas las etapas del ciclo de proyectos
MDL, que las emisiones son certificadas y, por tanto, pueden ser
comercializadas en el mercado formal del carbono. Acredita también que ha
cumplido con todos los trámites y gestiones requeridas por las autoridades
competentes nacionales e internacionales.
n=10 (0.5𝑥0.5 )(1.645)2
(10−1)( 0.05)2+[(1.645)2 (0.5𝑥0.5)]
n= 9.68 subíndice F/S= 𝑛
𝑁𝑥 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑
Colombia Cantidad f/s x cantidad
Guajira 2 2
Valle del cauca 1 1
Boyacá 4 4
Norte de Santander 1 1
Cundinamarca 3 3
En Colombia son muy pocas las plantas eólicas que existen por eso el promedio es muy
bajo.
MARCO CONCEPTUAL
ENERGIA EOLICA
La energía eólica es la energía obtenida a
partir del viento, es decir, la energía
cinética generada por efecto de las
corrientes de aire, y que es convertida en
otras formas útiles de energía para las
actividades humanas.
En la actualidad, la energía eólica es utilizada principalmente para
producir electricidad mediante aerogeneradores, conectados a las grandes redes de distribución de energía eléctrica. Los parques eólicos construidos en tierra suponen una fuente de energía cada vez más barata, competitiva o incluso más barata en muchas regiones que otras fuentes de energía convencionales. Pequeñas instalaciones eólicas pueden, por ejemplo, proporcionar electricidad en regiones remotas y aisladas que no tienen acceso a la red eléctrica, al igual que hace la energía solar fotovoltaica. Las compañías eléctricas distribuidoras adquieren cada vez en mayor medida el exceso de electricidad producido por pequeñas instalaciones eólicas domésticas. El auge de la energía eólica ha provocado también la planificación y construcción de parques eólicos marinos, situados cerca de las costas. La energía del viento es más estable y fuerte en el mar que en tierra, y los parques eólicos marinos tienen un impacto visual menor, pero los costes de construcción y mantenimiento de estos parques son considerablemente mayores.
Como se produce y se obtiene.
La energía del viento está relacionada con el movimiento de las masas de aire que se desplazan de áreas de alta presión atmosférica hacia áreas adyacentes de baja presión, con velocidades proporcionales al gradiente de presión.
Los vientos son generados a causa del calentamiento no uniforme de la superficie terrestre por parte de la radiación solar, entre el 1 y 2 % de la energía
proveniente del sol se convierte en viento. De día, las masas de aire sobre los océanos, los mares y los lagos se mantienen frías con relación a las áreas vecinas situadas sobre las masas continentales.
Los continentes absorben una menor cantidad de luz solar, por lo tanto el aire que se encuentra sobre la tierra se expande, y se hace por lo tanto más liviana y se eleva. El aire más frío y más pesado que proviene de los mares, océanos y grandes lagos se pone en movimiento para ocupar el lugar dejado por el aire caliente.
Para poder aprovechar la energía eólica es importante conocer las variaciones diurnas y nocturnas y estacionales de los vientos, la variación de la velocidad del viento con la altura sobre el suelo, la entidad de las ráfagas en espacios de tiempo breves, y valores máximos ocurridos en series históricas de datos con una duración mínima de 20 años. Es también importante conocer la velocidad máxima del viento. Para poder utilizar la energía del viento, es necesario que este alcance una velocidad mínima que depende del aerogenerador que se vaya a utilizar pero que suele empezar entre los 3 m/s (10 km/h) y los 4 m/s (14,4 km/h), velocidad llamada "cut-in speed", y que no supere los 25 m/s (90 km/h), velocidad llamada "cut-out speed".
La energía del viento es utilizada mediante el uso de máquinas eólicas (o aeromotores) capaces de transformar la energía eólica en energía mecánica de rotación utilizable, ya sea para accionar directamente las máquinas operatrices, como para la producción de energía eléctrica. En este último caso, el sistema de conversión, (que comprende un generador eléctrico con sus sistemas de control y de conexión a la red) es conocido como aerogenerador.
¿Por qué debería elegir a la energía eólica?
Porque los sistemas de energía eólica cuentan con una de las mejores relacio-nes costo/beneficio para aplicaciones de energías renovables en los hogares.
Dependiendo del recurso eólico una turbina eólica puede reducir la facturación eléctrica entre el 50 y el 90%, y ayudarle a evitar los altos costos de extender las redes de suministro a sitios remotos, prevenir interrupciones de energía y además no es contaminante.
¿Cómo funcionan las turbinas eólicas?
El viento se genera por un calentamiento irregular de la superficie terrestre por
parte del sol. Las turbinas eólicas convierten la energía cinética del viento en
energía mecánica, la cual acciona un generador que produce energía eléctrica
limpia. Actualmente, las turbinas eólicas son versátiles fuentes de electricidad.
Sus alabes o “palas” tienen un diseño aerodinámico que les permite capturar la
mayor cantidad de energía del viento, pues éste las hace rotar, accionando una
flecha acoplada al generador y así obtener electricidad.
¿Cuáles son las partes básicas de un sistema eólico pequeño para generación de electricidad?
Estos sistemas por lo general están compuestos por un rotor, un generador o
alternador montado en una estructura, una cola (usualmente), una torre, el
cableado, y los componentes del “sistema de balance”: controladores,
inversores y las baterías. A través del giro de los alabes la turbina convierte la
energía cinética del viento en un movimiento rotatorio que acciona el
generador.
Turbina eólica
Actualmente, la mayoría de las turbinas fabricadas son de eje horizontal y son de las llamadas “corriente viento arriba” y cuentan con dos o tres alabes, los cuales por lo regular están fabricados con materiales compuestos, tales como fibra de vidrio.
La cantidad de electricidad que una turbina puede generar, está determinada en una primera instancia, por el diámetro del rotor. Este parámetro define su “área de barrido” o la cantidad de viento que es interceptado por la turbina. La coraza de la turbina es la estructura en la cual el rotor, el generador y la cola se encuentran montados. La cola ayuda a mantener a la turbina siempre de frente (perpendicular) al viento.
Torre
Debido a que a mayores alturas el viento es más intenso, la turbina es montada en una torre, por lo general a mayor altura se produce una mayor cantidad de energía. La torre también evita las turbulencias de aire que podrían existir cerca del piso, debidas a obstrucciones como colinas, algunas construcciones y
árboles. Por regla general se recomienda instalar la turbina en una torre, en la cual la parte inferior del rotor esté a una altura de 30 pies (9 metros) de cualquier obstáculo que se encuentre a una distancia de 300 pies (90 metros) de la torre. Relativamente inversiones menores en una torre más alta pueden resultar en tasas más altas de generación de energía. Por ejemplo, la diferencia de instalar una turbina a 100 pies (30.4 m), en vez de 60 pies (18.2 m) puede incrementar la inversión en un 10% pero la generación de energía se puede incrementar hasta en un 25%.
Básicamente existen dos tipos de torre: las auto portantes (soporte libre) y las
retenidas, siendo estas las de mayor uso para usos residenciales. Estas torres
son las más baratas y pueden consistir de secciones estructurales o tubulares,
dependiendo del diseño y los soportes para los cables de retenida. Sin embargo,
el radio para sostener las retenidas debe ser la mitad o tres cuartos de la altura
de la torre, por lo que se requiere tener suficiente espacio para fijarlas. Las
torres abatibles son más caras pero le permiten al consumidor poder llevar a
cabo, en forma más fácil, el mantenimiento en turbinas pequeñas, de bajo peso,
usualmente de 5 kW o menos.
Asimismo, las torres pueden ser retraídas durante condiciones climatológicas adversas, tales como huracanes. Las torres de aluminio están propensas a la fractura, por lo que deben evitarse. La mayoría de los fabricantes ofrecen paquetes completos, los cuales incluyen la torre.
El montaje de las turbinas sobre los techados no es recomendable, debido a que todas las turbinas vibran y transmiten ésta a la estructura donde están montadas. Esto puede ser causa de ruido y problemas estructurales con la construcción y además los techados pueden causar excesiva turbulencia acortando la vida útil de la turbina.
Balance del sistema
Los componentes que usted requerirá adicionalmente de la turbina y la torre serán aquellos denominados para el “balance del sistema”, los cuales dependerán de su aplicación. La mayoría de los fabricantes pueden proporcio-narle un paquete que incluya todas las partes que necesita para su instalación. Por ejemplo, los componentes requeridos para bombeo de agua son muy
diferentes a los que usted requiere para aplicaciones domésticas. Los compo-nentes también dependerán si el sistema estará conectado a la red o será aislado, o si será un sistema híbrido. Para un sistema residencial conectado a la red, los componentes de balance del sistema incluirán un controlador, baterías de almacenamiento, una unidad rectificadora de señal (inversor) y el cableado. Algunos controladores, inversores y otros componentes eléctricos pueden estar reconocidos por alguna agencia de certificación tal como los “Underwriters Laboratories” y por lo tanto debe contar con la etiqueta correspondiente.
Sistemas aislados
Estos sistemas que no están conectados a la red de suministro, requieren el uso
de baterías para almacenar la energía excedente generada, y usarla cuando no
exista viento. Asimismo, requieren un controlador de carga para proteger a las
baterías de una sobrecarga. Las baterías de ciclo profundo, como las usadas en
los carros de golf, tienen la capacidad de descargarse y recargarse cientos de
veces hasta en un 80% de su capacidad, lo cual las hace una buena opción para
sistemas de energía renovable remotos. Las baterías automotrices no son de
ciclo-profundo por lo que debe evitarse su uso en sistemas de energía
renovable, debido al desgaste que sufren en el uso en ciclos profundos de carga
y descarga que acortan su vida útil.
Las pequeñas turbinas eólicas generan energía eléctrica en corriente directa. En sistemas muy pequeños, las aplicaciones en corriente directa obtienen su energía directamente de la batería. Si usted desea hacer uso de aplicaciones normales en corriente alterna, debe instalar un inversor para rectificar la corriente directa de las baterías a corriente alterna. Aunque este dispositivo disminuye ligeramente la eficiencia global del sistema, permite que la instalación eléctrica del hogar sea diseñada para sistemas de corriente alterna, lo cual es una mejor opción para los prestamistas, las normas oficiales eléctricas, y los futuros compradores de su hogar.
Por seguridad, las baterías deben ser instaladas en forma aislada de las áreas de convivencia y de equipos electrónicos debido a que contienen sustancias
corrosivas o explosivas. Asimismo, las baterías de plomo-ácido requieren ser protegidas de temperaturas extremas.
Sistemas conectados a la red.
En este tipo de sistemas, el único equipo adicional requerido es el inversor, que
hace la electricidad generada por la turbina compatible con la de la red. r lo
general, no se requiere el uso de baterías.
MARCO HISTORICO
HISTORIA
La energía eólica no es algo nuevo, es una de las energías más antiguas junto a la energía térmica. El viento como fuerza motriz se ha utilizado desde la antigüedad. Así, ha movido a barcos impulsados por velas o ha hecho funcionar la maquinaria de los molinos al mover sus aspas. Sin embargo, tras una época en la que se fue abandonando, a partir de los años ochenta
del siglo XX este tipo de energía limpia experimentó un renacimiento.
La energía eólica crece de forma imparable ya en el siglo XXI, en algunos países más que en otros, pero sin duda alguna en España existe un gran crecimiento, siendo uno de los primeros países, por debajo de Alemania a nivel europeo o de Estados Unidos a escala mundial. El auge del aumento de parques eólicos se debe a las condiciones favorables de viento, sobre todo en Andalucía que ocupa un puesto principal, entre los que se puede destacar el Golfo de Cádiz, ya que el recurso de viento es excepcional.
Los primeros molinos
La referencia más antigua que se tiene es un molino de viento que fue usado para hacer funcionar un órgano en el siglo I de la era común.13 Los primeros molinos de uso práctico fueron construidos en Sistán, Afganistán, en el siglo VII. Estos fueron molinos de eje vertical con hojas rectangulares. Aparatos hechos de 6 a 8 velas de molino cubiertos con telas fueron usados para moler trigo o extraer agua.
En Europa
Los primeros molinos aparecieron en Europa en el siglo XII en Francia e Inglaterra y fueron extendiéndose por el continente. Eran unas estructuras de madera, conocidas como torres de molino, que se hacían girar a mano alrededor de un poste central para extender sus aspas al viento. El molino de torre se desarrolló en Francia a lo largo del siglo XIV. Consistía en una torre de piedra coronada por una estructura rotativa de madera que soportaba el eje del molino y la maquinaria superior del mismo.
Estos primeros ejemplares tenían una serie de características comunes. De la parte superior del molino sobresalía un eje horizontal. De este eje partían de cuatro a ocho aspas, con una longitud entre 3 y 9 metros. Las vigas de madera se cubrían con telas o planchas de madera. La energía generada por el giro del eje se transmitía, a través de un sistema de engranajes, a la maquinaria del molino emplazada en la base de la estructura.
Los molinos de eje horizontal fueron usados extensamente en Europa Occidental para moler trigo desde la década de 1180 en adelante. Basta recordar los famosos molinos de viento en las andanzas de Don Quijote. Todavía existen molinos de esa clase, por ejemplo, en Holanda.
Molinos de bombeo
En Estados Unidos, el desarrollo de molinos de bombeo, reconocibles por sus múltiples velas metálicas, fue el factor principal que permitió la agricultura y la ganadería en vastas áreas de Norteamérica, de otra manera imposible sin acceso fácil al agua. Estos molinos contribuyeron a la expansión del ferrocarril alrededor del mundo, cubriendo las necesidades de agua de las locomotoras a vapor.
Turbinas eólicas modernas
Las turbinas eólicas modernas fueron desarrolladas a comienzos de la década de los años 80 del siglo XX, si bien continúan evolucionando los diseños.
PROYECTO FINAL DE SEMINARIO INVESTIGATIVO
Jessica Fernanda Manzano Bayona
Cod.181097
Sergio Dario quintero Meneses
Cod.181088
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAÑA
FACULDAD DE INEGENIERA
INGENIERIA MECANICA
2014
PROYECTO FINAL DE SEMINARIO INVESTIGATIVO
Jessica Fernanda Manzano Bayona
Cod.181097
Sergio Dario quintero Meneses
Cod. 181088
Jose Fernel Peñaranda Torrado
LIC. Consejal
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAÑA
FACULTAD DE INGENIERIA
INGENIERIA MECANICA
2014
PROYECTO FINAL DE SEMINARIO INVESTIGATIVO
Johan Cano
Cod.181079
Jose Fernel Peñaranda Torrado
LIC. Consejal
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAÑA
FACULDAD DE INEGENIERA
INGENIERIA MECANICA
2014
PROYECTO FINAL DE SEMINARIO INVESTIGATIVO
Johan Cano
Cod.181079
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAÑA
FACULDAD DE INEGENIERA
INGENIERIA MECANICA
2014