ENERR GÍA EÓ ENE EÓLI LICA CA
Mercedes Villa Achupallas
AEROGENERADOR:
Generador de energía eléc eléctr tric ica a que es accio ccionnado por la fue fuerza rza del vien iento.
TIPOS DE AEROGENERADORES AEROGENERAD ORES Cr i t e r i o
Clasificación
Por la posició posiciónn del erogener erogenerador ador
Eje Vertic ertical al Eje Horizontal
Por la pos posic ición ión del equipo equipo respecto al viento
A Barlovento A Sotavento
Por el número número de palas palas
Monopala Bipala Tripala Multipala
AEROGENERA AERO GENERAD DORE ORESS – EJE VERTICAL VERTICAL
AEROGENERA AERO GENERAD DORE ORESS – EJE VERTICAL VERTICAL
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AEROGENE AERO GENERAD RADORE ORESS – EJE HORIZONT HORIZONTAL AL
AEROGENE AERO GENERAD RADORE ORESS – EJE HORIZONT HORIZONTAL AL
AEROGENERADORES AEROGENERAD ORES - BARL BARLO OVENT VENTO O Tienen el rotor r otor de cara al viento (Delante de la torre).
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La principal prin cipal ventaja de los disen ! !os os aguas arriba es que se evita el abrigo del del viento tras la torre. torre.
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La gran mayori "a de los aerogeneradore aerogeneradoress tienen tienen este este disen !o. o.
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AEROGENERADORES AEROGENERAD ORES - SO SOTTAVENT VENTO O Las ma " "quinas con rotor a sotavento tienen el rotor situado en la cara a sota sotave vent nto o de la torr torre. e. (Rot (Rotor or de detr trás ás de la torr torre) e) La ventaja te " o "rica que tienen es que pueden ser construidos sin un meca me cani nism smo o de orie orient ntac acio io "n, ya que el sistema de orientaci "on pasivo se basa ba sa en incl inclin inar ar lige ligera rame ment nte e las las pa pala lass
LOS MÁS COM COMUNES UNES::
Aerogeneradores de eje horizontal
COMPONENTE COMPO NENTESS DE UN AEROGENERADOR HORIZONT HORIZO NTAL AL Los aerogenerad radores res, con h " e "lice de eje horizontal, por lo general, responden a un dise ! relativamente n !o estandarizado: !
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Sis Siste tema ma Sis Siste tema ma Sistema Sis Siste tema ma
de sop opor orte te de tran transsmis misio " "n o eje de potencia rotor o turbina e " o "lica lica de contr ontrol ol
SISTEMA DE SOPORTE: Consi ste en la to rre de sopo rte del aerogenerador y s u corres pon diente " "n de anclaje. fundacio " "n es ma Su funcio mannten tener el aerog erogen ener erad ador or a la altu ltura corre rrecta de fun funcionam namiento por so br bre el nivel del suelo, debiendo ser capaz de toler olera ar el peso eso de #ste
En la zo na s uper ior de l a tor re debe exis xistir un cab abez eza al y una una plata latafforma orma,, que permita itan anclar lar el aerogenerador a la torre y a la vez lo deje l ibre de rot ar "un l a dire c cio " " n de l para ara ori orienta entars rse e seg egu viento.
SISTEMA ROT ROTOR O TURBINA TUR BINA ELÉCTRICA: Esta " " compuesto por el conjunto con junto de de aspas y una masa central, que en conjunto conforman la he " "lice, lice, encargada de extraer parte de la energi "a cine cine " "tica tica del viento viento y transformarla en energi "a cine cine " "tica tica de rotacio rotacio " "n del eje del aerogenera aerogenerador dor..
ROTOR: Los materiales material es a emplear en la fabricacio " "n de rotores son muy variados. variados. En principio principio,, una pala puede ser fabricada en madera, metal, telas y materiales compuestos, entre otros.
SISTEMA DE TRANSMISIÓ TRAN SMISIÓN: N:
Trans ransmi mite te la ener energi gi "a cin " e "tica de la rotaci " o "n de las aspas al generador el " e "ctrico c trico,, eq equip uipo o que que se enca encarrga de tran transsform formar ar est esta ener energi gi "a cine " "tica t ica en ener energi gi "a el " e "ctrica. ctrica. El ge gene nera rado dorr ele el " e "ctri c trico co puede uede ser ser de dive divers rsos os tipo tipos, s, ya sea sea de corr corrie ient nte e alte altern rna a o cont contin inua ua..
SISTEMA DE CONTROL: El sist sistem ema a de cont contro roll ap apuunta nta a mante antene nerr cons consta tant nte e el nive nivell del volt voltaj aje e ge gene nera rado do po porr la ma "quina q uina,, tare tarea que se ve dific ificul ulttada por la nat natura uraleza err err " a "tica t ica y var variab iable de la inte intennsida idad y direcc reccii " o "n del viento, lo que que ge gene nera ra fluc fluctu tuac acio ione ness en los los nive nivele less de tens tensio io " "n que se registran en bornes de la ma " "quina. quina.
OBJETIVOSS DEL SISTEMA DE OBJETIVO D E CONTROL: Obtener un funcionamiento funcionami ento automa automa " "tico tico del aerogenerador aerogenerador.. Conseguir que la turbina funcione en consonancia con el viento (orientacio " "n, n, regulacio " "n de velocidad, etc.) Decidir la conexio " "n / descone desconexio xio " "n del generador generador.. Proteger al sistema sist ema (sobrevelocidades, (sobreveloci dades, vibraciones, sobrecalentamientos). sobrecalentamien tos). Maximizar el rendimiento del sistema. Sen ! !alizar alizar posibles averi "as as o funcionamientos funcionamientos incorrectos disminuyendo disminuyendo los costes costes de mantenimiento. Aumentar la vida $til del aerogenerador aerogenerador (minimizando (minimizando y maximizando las cargas imprevistas que se pueden presentar).
"da Una vez extrai da la potenci potencia a del viento viento,, y traspas traspasada ada al eje del aerogenerador, aeroge nerador, es necesario convertir esa potencia
mecanica nica de giro giro en en potencia potencia ele electrica. ctrica. !
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Con este fin se acopla un generador " "nico sincro nico a este este eje en movimien movimiento. to.
GENERADOR SINCRÓNICO SINCRÓNICO:: Un generador sincr " o "nico es una ma " "quina quina rotatoria elemental formada por un campo magne " "tico constante en el tiempo que gira y una bobi bo bina na plan plana a esta esta " "tica. tica. Su rotaci " o "n del campo provoca una variaci " o "n temporal del flujo magn " e "tico que atraviesa la bobina plana, luego esta variaci " o "n induce un voltaje. La frecuencia del voltaje, esta relacionada directamente con la frecuencia de giro de la bobi bo bina na que que enla enlaza za el fluj flujo o ma magn gne " e "tico. tico.
EFICIENCIA DE UN U N AEROGENERADO AEROGENERA DOR: R:
POTENCIA POT ENCIA DE UN AEROGENERADOR: A EROGENERADOR: Un aerogenerador capta la energi "a cin cin " e "tica tica del viento por medio del del rotor y aspas, para posteriormente transformar esta energi "a cine cine " "tica tica en energi energi "a el " e "ctrica. ctrica. La energi "a que atraviesa la superficie A en la unidad de tiempo es la potencia P desarrollada por el fluido a trave " "s de dicha dicha secci seccio " o "n. n. P = E/t
ENERGÍA ENER GÍA CINÉ CINÉTICA TICA DEL DEL VIE VIENT NTO: O:
DENSIDAD DEL AIRE:
DENSIDAD DEL AIRE:
RECORDEM RECO RDEMOS OS – UNID UNIDADES ADES Newt Ne wton on:: Es la fuer fuerza za nece necesa sari ria a pa para ra ac acel eler erar ar 1m 1m/s /s2 a un cuerpo de 1Kg de masa.
Julio: El trabajo que se realiza cuando al aplicar la fuerza de 1Newton se produce un de desp spla laza zami mien ento to de 1m 1m..
Watt: tt: La po pote tenc ncia ia nece necesa sari ria a pa para ra real realiz izar ar un trab trabaj ajo o de 1 Juli Julio o en 1 segu segund ndo. o.
POTENCIA APRO APR OVECHA VECHABLE BLE DEL VIENTO:
6&*&#)+4&*-&2 +$3 + $3 %)+$#&3 .& 8"2 $3',+)* &*-#& 95: ; 95:<
POTENCIA DE LAS LA S PALAS PALAS:: El potencia total para el %rea descripta por las palas al girar esta dado por: por:
El rendimiento & depende del tipo de ma " "quina quina y de las condiciones de operacio operacio " "n. n.
RESISTENCIA AERODINÁMICA
RESISTENCIA AERODINÁMICA
Para un cilindro sometido aun flujo de aire, este coeficiente coeficient e de resistencia resi stencia CD se puede expresar expresar en funcio fu ncio " "n del pa para ra " "metro m etro L/D
EJERCICIOS DE APLICACIÓN:1 Calcular la densidad de potencia que corresponde a un viento de 40 Km/h. *OBSERVACIÓN: Cuando Cuando en el ejercicio ejerci cio no se mencione mencione referencia refer encia del del aire, tomar tomar como valor de la densidad del mismo, 1,225 kg/m3
EJERCICIOS DE APLICACIÓN:2 Cal cula la p oten ci cia $til aprovecha da po r la h " e " lice de un aerogener nerad ador or de 20 m de dia " " metro cuan uando el viento sop oplla a 15 m/s si su c oefi cient e d e a provech amiento es d e 0, 35. D ato: densi nsidad del vie viento nto 1,293 kg/ kg/m3
EJERCICIOS DE APLICACIÓN:3 Calcula
la
potencia
eficaz
que
desarrollar " a "
un
aerogenerador cuyo rotor tiene 8 m de radio cuando el viento
sople
a
45
aprov provech echam amien iento to es 0, 0,4. 4.
km/h,
si
el
coeficiente
de
EJERCICIO DE APLICACIÓN:4 Calcula: a) la potencia de un aero generador bipala, con un rendimiento del 40%, si cada pala tiene una superficie de 1,15 m2 y la velocidad media del viento es de 65 km/h. Dat Dato: densid sidad del vien iento 1,2 ,22 25 kg/m3 b) C " o "mo se modificar "ia la potencia si el aerogenerador ante terio riorr fuer fuera a trip tripa ala (ren (rendimie imiennto 50%)
EJERCICIO DE APLICACIÓN: A PLICACIÓN: 5 Determina la potencia de un viento de 60 km/h km /h que actu "a sobre sobre las palas palas de de un aerogenerador que tiene una superficie de 1,25 m2 por pala. El nu " "mero mero de pa palas las es de 3. La densidad del aire es 1,225 kg/m3
EJERCICIO DE APLICACIÓN: A PLICACIÓN: 6 Calcula la potencia real de de la turbina del ejercici ej ercicio o anterior anterio r, asi produc ucida ida si esta esta " como la energi "a prod " " funcionando durante 8 horas. El rendimiento de una aerogenerador de tres palas es 0’55.
EJERCICIO DE APLICACIÓN: A PLICACIÓN: 7 Determinar la potencia po tencia útil útil de una aeroturbina sobre la cual cual actúa un viento de 50 Km/h. El radio de la pala es de 4 m, el número número de palas es 3 Se supone un rendimiento del 90%. ¿Qué ¿Qué energía genera la aeroturbina aeroturbina en10 horas?. horas?.
EJERCICIO DE APLICACIÓN: A PLICACIÓN: 8 Calcula la potencia de un aerogenerador tripala, con un rendimiento del 45%, si cada pala tiene una superficie de 2,15 m2 y la velocidad media del viento es de 55 km/h. ¿Sera " " suficiente el aerogenerador para alimentar a una vivienda que necesita un consumo energe " "tico tico de 350w 350w durante durante 8 horas horas
EJERCICIO DE APLICACIÓN: A PLICACIÓN: 9 ¿Con que velocidad debe soplar el viento para poder obtener una una potencia potencia de 200 2000 0 W/m2?. Si la velocidad del viento se redujese en un 10% ¿en que " " porcentaje se reduce la potencia?.
EJERCICIO DE APLICACIÓN: AP LICACIÓN: 10
AMPERIO:
COULOMB:
VOLTIO:
