ayuda 4 energÍa eolica 2014_1 (1).pdf
TRANSCRIPT
-
MSC. ING. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
INGENIERA ENERGTICA
Mdulo: II Unidad: II Semana: 4
-
ENERGA ELICA
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
ORIENTACIONES
En este cuarto capitulo se conocer el
origen de la energa elica, su clasificacin,
las ventajas y desventajas de este recurso,
el clculo de la potencia y el grafico de la
curva de distribucin de viento.
15/07/2014
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
CONTENIDOS TEMTICOS
15/07/2014
Origen y circulacin de los vientos. Energa y potencia transportadas por el viento. Historia de la utilizacin de la energa elica. Tipos de turbinas elicas. Otros dispositivos para la conversin de energa
elica.
Turbinas elicas de eje horizontal. Turbinas de eje vertical. Concentradores Fuerzas aerodinmicas que actan sobre una
paleta de turbina elica.
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
INTRODUCCIN
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
ORIGEN Y CIRCULACIN 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 radiacin entre distintos puntos de la Tierra generan diversas reas trmicas y los
desequilibrios de temperatura provocan cambios
de densidad en las masas de aire que se traducen
en variaciones de presin.
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
ORIGEN Y CIRCULACIN DE LOS VIENTOS
De los sistemas de vientos globales, uno de los ms importantes es el de los alisios, el cual tiene su origen
en el mayor calentamiento de la regin ecuatorial. En
general, este sistema es activo entre las latitudes de
30 norte y sur, por lo que es de alta relevancia para
Amrica Central.
De la energa solar que llega a la Tierra por radiacin (unos 1.018 kWh por ao), slo alrededor del 0,25%
se convierte en corrientes de aire. Esta cantidad es
todava 25 veces mayor al consumo energtico total
mundial.
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
La direccin del viento est determinada por efectos topogrficos y por la rotacin de la Tierra.
Es de gran importancia el conocimiento de las
direcciones dominantes para instalar los equipos
que extraern la energa proveniente de este
recurso. Los aerogeneradores se deben colocar
en lugares donde exista la menor cantidad de
obstculos posibles en estas direcciones.
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
CLASIFICACIN DEL VIENTO
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
anemmetros
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
Anemmetros
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
QUE ES ENERGA ELICA
Energa elica es la energa obtenida del viento, es decir, la energa cintica
generada por efecto de las corrientes de
aire, y que es transformada en otras formas
tiles para las actividades humanas.
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
POTENCIA ELICA
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
HISTORIA DE LA ENERGIA EOLICA
-
HISTORIA DE LA ENERGIA EOLICA
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
TURBINAS EOLICAS Aerogenerador de Brush: en el ao 1887 Brush
construye la que se cree es la primera turbina elica de funcionamiento automtico para la generacin de electricidad. Un gigante con un dimetro de rotor de 17m y 144 palas fabricadas en madera de cedro. Funcion durante 20 aos y a pesar de su tamao el generador era solo de 12kW.
Aerogenerador la Cour: Fue el dans Paul la Cour quien descubri que las turbinas elicas de giro rpido con rotor de pocas palas son ms eficientes para la produccin de la electricidad. En el ao 1918 existan unas 120 empresas pblicas locales que tenan un aerogenerador de 20 a 35kW, sumando un total de 3MW de potencia instalada. Estos aerogeneradores cubran alrededor de un 3% del consumo de electricidad de Dinamarca.
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
Gedser de 200 kW:
Fue construido en Dinamarca entre 1956 y 1957, con un diseo de turbina
tripala con rotor a barlovento,
orientacin electromecnica y un
generador asncrono, que lo hizo
pionero de los modernos
aerogeneradores. La turbina dispona
de regulacin por prdida
aerodinmica y J. Juul invent los
frenos aerodinmicos de emergencia
en punta de pala, que se sueltan por
la fuerza centrfuga en caso de sobre
velocidad.
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
TURBINAS
EOLICAS
-
QUE ES UNA TURBINA?
Las turbinas son mquinas motrices de flujo continuo que producen trabajo
mecnico mediante un sistema de
alabes de formas diversas empleando la
energa cintica, trmica o de presin de
un fluido.
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
PRINCIPIO DE
FUNCIONAMIENTO
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
PRINCIPIO DE
FUNCIONAMIENTO FUERZAS QUE ACTUAN EN LA
HELICE
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
CUNTA ENERGA SE PUEDE
SACAR DEL VIENTO? LIMITE DE BETZ
La mxima potencia ocurre
cuando : a
= 1/3
Por tanto :
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
CLASIFICACION DE LAS
TURBINAS EOLICAS
Por la posicin del aerogenerador
Por el nmero de palas
Por la manera de orientacin del equipo a la direccin del viento
Por el control de potencia
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
POR POSICION DEL
AEROGENERADOR HORIZONTAL
MOLINO DE
VIENTO
AEROGENERA
DOR
-
POR POSICION DEL
AEROGENERADOR
VERTICAL
DARRIEU
S PANEMON
A
-
POR POSICION DEL
AEROGENERADOR
SAVONIUS SAVONI
US
DARRIE
VERTICAL
-
POR EL NMERO DE PALAS
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
REPRESENTACION DE TURBINAS
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
POR LA MANERA DE ORIENTACIN DEL
EQUIPO A LA DIRECCIN DEL VIENTO
CONICOS
VELETAS
MOLINOS AUXILIARES
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
POR LA MANERA DE ORIENTACIN DEL
EQUIPO A LA DIRECCIN DEL VIENTO
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
POR EL CONTROL DE POTENCIA
Sistemas de paso variable (pitch regulation)
Diseo de las palas (stall regulation)
Aerogeneradores de regulacin activa por
prdida aerodinmica
Otros mtodos de control de potencia.
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
GENERADORES
CORRIENTE CONTINUA
MONOFASICOS
CORRIENTE
ALTERNA
MONOFASICOS
TRIFASICOS
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
COMPONENTES DE UN AEROGENERADOR
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
PARTES DE UN AEROGENERADOR
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
CENTRAL EOLICA
OTROS
COMPONENTES:
CONVERTIDORES DE CA - CA
CONVERTIDORES CC CA
CONVERTIDORES CA - CC
TRANSFORMADOR
-
Potencia de una turbina: coeficiente de potencia
CPP
La 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. Asi:
Potencia de una turbina= CP * Potencia del viento= CPAV3
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
Extraccin mxima de la potencia por una turbina
Ntese 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. En el
apartado siguiente calcularemos cuales el
mximo coeficiente de potencia con que puede
funcionar una turbina (lmite de Betz).
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
Calculo de la fuerza de empuje que ejerce el viento sobre
las paletas de las turnias elicas
El movimiento del fluido incomprensible en flujo laminar se estudia aplicando la ecuacin 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 elica . El rea barrido por el rotor se
considera , de nuevo, como un disco activo que
interacciona con un fluido que fluye en rgimen laminar
, cuyas lneas de corriente se representan en la figura
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
Calculo de la fuerza de empuje que ejerce el viento sobre
las paletas de las turnias elicas
Segn el teorema de Bernouilli:
Con la densidad media del aire
Por lo tanto :
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
ACOPLAMIENTO DINMICO
Relacin de Velocidades en punta
A continuacin se va ah tratar , de forma cualitativa, el problema de los requisitos dinmicos que se han de
cumplir.
Para lograr la mxima eficiencia de una turbina elica.
La produccin de potencia por una turbina elica ser menor que la optima cuando las paletas del rotor se
encuentren tan prximas entre si o giren tan rpido , 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 extraccin por el
parte del rotor.
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
Distribucin de las velocidades del viento
Curva de weibull
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
Descripciones de las variaciones de viento:
distribucin de weibull
Para la industria elica es muy importante ser capaz de describir la variacin de velocidades del viento. Los
proyectistas de turbinas necesitan la informacin para
optimizar el diseo de sus aerogeneradores, as como
para minimizar los costes de generacin .Los inversores la
informacin para estimar sus ingresos por produccin de
electricidad.
Si mide las velocidades del viento a lo largo de un ao observar que en la mayora de reas los fuertes
vendavales son raros, mientras que los vientos frescos y
moderados son bastante comunes.
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
Produccin de energia elctrica por turbinas elicas
La variacin del viento en un emplazamiento tpico suele describirse utilizando la llamada Distribucin de
Weibull.
La energa elica mueve una hlice y mediante un sistema mecnico se hace girar el rotor de un
generador, normalmente un alternador, que produce
energa elctrica.
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
Impacto ambiental de los dispositivos para
el aprovechamiento de la energa elica
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
Intensidad del sonido y sensacin
sonora
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
Interferencias electromagnticas
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
Impacto visual
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
Aspectos econmicos de la
energa elica
Distribucin de costes de
inversin de un parque elico
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
15/07/2014
6. Procobre Per. Instalaciones de Gas Natural y gas en
baja presin. Chile 2000.
7. Marks. Manual de Ingeniero Mecnico Tomo I. Editorial
McGraw Hill. Mxico 1999.
8. Luis Cceres Graziani. El gas natural. Editorial Grupo S.
R. L. Lima.
BIBLIOGRAFIA
MSc. Ing. JORGE LUIS ROJAS ROJAS
-
GRACIAS
61 15/07/2014
LA SIGUIENTE SESIN DESARROLLAREMOS
LA ENERGA HIDRULICA
-
15/07/2014
IF YOU WANT TO LIVE, GIVE UP YOUR FOOLISHNESS AND LET UNDERSTANDING GUIDE
YOUR STEPS
62
Proverbs 9,6