energía eólica

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


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.


INTRODUCCIÓN


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.


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.


• 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.


CLASIFICACIÓN DEL VIENTO


anemómetros


Anemómetros


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.


POTENCIA EÓLICA


HISTORIA DE LA ENERGIA EOLICA

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.


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.



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.


PRINCIPIO DE

FUNCIONAMIENTO


PRINCIPIO DE

FUNCIONAMIENTO • FUERZAS QUE ACTUAN EN LA

HELICE


¿CUÁNTA ENERGÍA SE PUEDE

SACAR DEL VIENTO? • LIMITE DE BETZ

• La máxima

potencia ocurre

cuando : a

= 1/3

• Por tanto :


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


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


REPRESENTACION DE TURBINAS


POR LA MANERA DE ORIENTACIÓN DEL

EQUIPO A LA DIRECCIÓN DEL VIENTO

CONICOS

VELETAS

MOLINOS AUXILIARES


POR LA MANERA DE ORIENTACIÓN DEL

EQUIPO A LA DIRECCIÓN DEL VIENTO


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.


GENERADORES

CORRIENTE CONTINUA

• MONOFASICOS

CORRIENTE

ALTERNA

• MONOFASICOS

• TRIFASICOS


COMPONENTES DE UN AEROGENERADOR


PARTES DE UN AEROGENERADOR


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


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).


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

•

•


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 :


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.


Distribución de las velocidades del viento

• Curva de weibull


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.


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.


http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctrica



Impacto ambiental de los dispositivos para

el aprovechamiento de la energía eólica


Intensidad del sonido y sensación

sonora


Interferencias electromagnéticas


Impacto visual


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

e=player_detailpage

BIBLIOGRAFIA


https://www.youtube.com/watch?v=3PVsJWSlXRY&feature=player_detailpage










GRACIAS

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LA SIGUIENTE SESIÓN DESARROLLAREMOS

LA ENERGÍA HIDRÁULICA

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Proverbs 9,6

energía eólica

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