UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
CURSO LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA I
CATEDRÁTICO ING. CIP. TEOBALDO JULCA OROZCO.
PRACTICA DE LABORATORIO Nº05 Moni Mon i tor eo del potenc poten c i a de las las ener g í as eólic eóli c as , s olar y biomas a en en L ambayeque mbayeque
DATOS PERSONALES PUESCAS PEREZ ANGELO ALEXIS CODIGO
CICLO
140537H
2017 - I
FECHA 25/07/17
L amb ambayeque ayeque 25 de J uli uli o de dell 2017 2017
NOTA
Laboratorio de Ingeniería Mecánica I
I.
UNPRG - FIME
TITULO: Monitoreo del potencia de las energías eólicas, solar y biomasa en Lambayeque
II.
OBJETIVO
Monitoreo de la energía solar en la playa San Jose – Chiclayo. Aprender a utilizar los diferentes dispositivos e instrumentos que nos permiten medir: radiación, velocidad del viento, entre otros.
Medir la radiación sola, velocidad del viento en la playa de Eten, registrando medidas cada 15 minutos.
III.
FUNDAMENTO TEORICO. Energía renovable: Definición: Se denomina energía renovable a la energía que se obtiene de fuentes naturales virtualmente inagotables, ya sea por la inmensa cantidad de energía que contienen, o porque son capaces de regenerarse por medios naturales.1 Entre las energías renovables se cuentan la eólica, geotérmica, hidroeléctrica, maremotriz, solar ,undimotriz, la biomasa y los biocombustibles. Clasificación de la energía renovable. Las fuentes renovables de energía pueden dividirse en dos categorías: no contaminantes o limpias y contaminantes. Entre las primeras:
La llegada de masas de agua dulce a masas de agua salada: energía azul.
El viento: energía eólica.
El calor de la Tierra: energía geotérmica.
Los ríos y corrientes de agua dulce: energía hidráulica o hidroeléctrica.
Los mares y océanos: energía mareomotriz.
El Sol: energía solar.
Las olas: energía undimotriz.
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Tipos de energías renovables. Energía hidráulica La energía potencial acumulada en los saltos de agua puede ser transformada en energía eléctrica. Las centrales hidroeléctricas aprovechan la energía de los ríos para poner en funcionamiento unas turbinas que mueven un generador eléctrico. En España se utiliza un 15 % de esta energía para producir electricidad.
Uno de los recursos más importantes cuantitativamente en la estructura de las energías renovables es la procedente de las instalaciones hidroeléctricas; una fuente energética limpia y autóctona pero para la que se necesita construir infraestructuras necesarias que permitan aprovechar el potencial disponible con un coste nulo de combustible. El problema de este tipo de energía es que depende de las condiciones climatológicas.
Energía solar térmica Se trata de recoger la energía del sol a través de paneles solares y convertirla en calor el cual puede destinarse a satisfacer numerosas necesidades. Por ejemplo, se puede obtener agua caliente para consumo doméstico o industrial, o bien para dar calefacción a hogares, hoteles, colegios o fábricas. También, se podrá conseguir refrigeración durante las épocas cálidas. En agricultura se pueden conseguir otro tipo de aplicaciones como invernaderos solares que favorecieran las mejoras de las cosechas en calidad y cantidad, los secaderos agrícolas que consumen mucha menos energía si se combinan con un sistema solar, y plantas de purificación o desalinización de aguas sin consumir ningún tipo de combustible. Con este tipo de energía se podría reducir más del 25 % del consumo de energía convencional en viviendas de nueva construcción con la consiguiente reducción de quema de combustibles fósiles y deterioro ambiental. La obtención de agua caliente supone en torno al 28% del consumo de energía en las viviendas y que éstas, a su vez, demandan algo más del 12% de la energía en España.
Energía solar La energía solar es una fuente de vida y origen de la mayoría de las demás formas de energía en la Tierra. Cada año la radiación solar aporta a la Tierra la energía equivalente a varios miles de veces la cantidad de energía que consume la humanidad. Recogiendo de forma adecuada la radiación solar, esta puede transformarse en otras formas de energía como energía térmica o energía eléctrica utilizandopaneles solares.
Mediante colectores solares, la energía solar puede transformarse en energía térmica, y utilizando paneles fotovoltaicos la energía luminosapuede transformarse en energía eléctrica. Ambos procesos nada tienen que ver entre sí en cuanto a su
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tecnología. Así mismo, en lascentrales térmicas solares se utiliza la energía térmica de los colectores solares para generar electricidad Se distinguen dos componentes en la radiación solar: la radiación directa y la radiación difusa. La radiación directa es la que llega directamente del foco solar, sin reflexiones o refracciones intermedias. La difusa es la emitida por la bóveda celeste diurna gracias a los múltiples fenómenos de reflexión y refracción solar en la atmósfera, en las nubes, y el resto de elementos atmosféricos y terrestres. La radiación directa puede reflejarse y concentrarse para su utilización, mientras que no es posible concentrar la luz difusa que proviene de todas direcciones. Sin embargo, tanto la radiación directa como la radiación difusa son aprovechables.
Energía eólica La energía eólica es la energía obtenida de la fuerza del viento, es decir, mediante la utilización de la energía cinética generada por las corrientes de aire.Se obtiene a través de una turbinas eólicas son las que convierten la energía cinética del viento en electricidad por medio de aspas o hélices que hacen girar un eje central conectado, a través de una serie engranajes (la transmisión) a un generador eléctrico.
El término eólico viene del latín Aeolicus(griego antiguo Αἴολος / Aiolos), perteneciente o relativo a Éolo o Eolo, dios de los vientos en la mitología griega y, por tanto, perteneciente o relativo al viento. La energía eólica ha sido aprovechada desde la antigüedad para mover los barcos impulsados por velas o hacer funcionar la maquinaria de molinos al mover sus aspas. Es un tipo de energía verde. La energía del viento está relacionada con el movimiento de las masas de aire que desplazan de áreas de alta presión atmosférica hacia áreas adyacentes de baja presión, con velocidades proporcionales (gradiente de presión). El aerogenerador es un generador de corriente eléctrica a partir de la energía cinética del viento, es una energía limpia y también la menos costosa de producir, lo que explica el fuerte entusiasmo por esta tecnología. Actualmente se utiliza para su transformación en energía eléctrica a través de la instalación de aerogeneradores o turbinas de viento. De entre todas las aplicaciones existentes de la energía eólica, la más extendida, y la que cuenta con un mayor crecimiento es la de los parques eólicos para producción eléctrica. Estos aerogeneradores suelen medir unos 40-50 metros dependiendo de la orografía del lugar, pero pueden ser incluso más altos. Este es uno de los grandes problemas que afecta a las poblaciones desde el punto de vista estético. Los aerogeneradores pueden trabajar solos o en parques eólicos, sobre tierra formando las granjas eólicas, sobre la costa del mar o incluso pueden ser instalados sobre las aguas a cierta distancia de la costa en lo que se llama granja eólica marina, la cual está generando grandes conflictos en todas aquellas costas en las que se pretende construir parques eólicos. El gran beneficio medioambiental que reporta el aprovechamiento del viento para la generación de energía eléctrica viene dado, en primer lugar, por los niveles de emisiones gaseosas evitados, en comparación con los producidos en centrales térmicas. En definitiva, contribuye a la estabilidad climática del planeta.
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IV.
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ESPECIFICACIONES DE EQUIPOS, INSTRUMENTOS Y MATERIALES Anemómetro
Radiómetro
TBH y TBS
Voltímetro (pinza Amperimétrica)
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V.
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DATOS EXPERIMENTALES. Tabla N° 01 PUNTOS TIEMPO
VELOCIDAD DEL VIENTO(m/s)
TBH(°C) TBS (°C) VOLTAJE
1
08:00
1.8
21
19.8
81.53
2
08:15
2
20
19.7
82.52
3
08:30
1.7
20.5
20.2
82
4
08:45
2.1
20
20.4
83
5
09:00
1.9
22.4
20.6
81.4
6
09:15
1.9
19
20.3
81.4
7
09:30
3.0
18.5
21.8
89
8
09:45
1.8
18.5
20.4
91.1
9
10:00
3.2
19
21.5
93.4
10
10:15
2.5
18.5
21.1
100.2
11
10:30
2.3
19
20.9
97.3
12
10:45
2.7
19
21
85.2
13
11:00
2.5
19.2
21.2
67
14
11:15
2.0
19
20.8
70.7
15
11:30
2.4
19
20.3
116.8
16
11:45
3
19.1
22.2
107.4
17
12:00
2.6
19
21.8
101.5
18
12:15
3.4
19.2
20.8
98.3
19
12:30
2.9
19.5
20.8
97
20
12:45
3.4
19.8
21.6
97.3
21
13:00
3.0
19
21.4
96.9
22
13:15
2.6
20
21
70.7
23
13:30
2.7
19.9
20.7
67.5
24
13:45
2.9
21
20.8
85.9
25
14:00
2.5
20
21
51.1
26
14:15
2.2
19.9
21.4
54.0
27
14:30
3.8
19.3
20.7
75.3
28
14:45
3.2
19.5
21
79.9
29
15:00
3.2
20
21
87.5
30
15:15
2.6
21.5
22.7
86.5
31
15:30
3.9
20.5
21.6
84.3
32
15:45
3.6
20
21.4
79.9
33
16:00
3.9
20.4
21.9
74.7
34
16:15
4.0
20.6
21.9
68.0
35
16:30
4.4
20
20.8
55.6
36
16:45
4.3
20
20.4
46.5
37
17:00
4.9
19.9
19.9
30.3
38
17:15
3.5
18.4
19
9.77
39
17:30
3.3
18.7
18.9
7.23
40
17:45
3.3
18.5
18.9
2.35
41
18:00
3.3
18.3
18.9
2.15
Laboratorio de Ingeniería Mecánica I
VI.
UNPRG - FIME
PROCEDIMIENTO: Actividades previas al ensayo Se realizo un recorrido de un tramo en la playa de San Jose, donde se verifico el estado operativo de los principales instrumentos. Se ubico un lugar estratégico donde ubicamos el radiómetro y donde se realizaron las mediciones de velocidad del viendo
Ejecución del ensayo El mismo día 15 de julio a las ocho de la mañana se dieron inicio a realizar las diferentes mediciones culminando nuestro grupo a la 01:00 seguidamente dar lugar al siguiente grupo para continuar con las mediciones respectivas durante el día con un intervalo de 15 minutos cada medida Aquí se presenta el procedimiento que se realizo para la medición
VII.
Instalar el radiómetro digital . Tomamos la temperatura del termómetro de bulbo seco y el húmedo y anotamos datos. Cada 15 minutos se registró la generación de la radiación solar. Con el anemómetro digital vamos midiendo la velocidad del viento en el mismo intervalo de tiempo que el de la radiación
CÁLCULOS Y RESULTADOS Los datos se tomaron el día viernes, 02 de noviembre del año 2012 por los integrantes del grupo de trabajo N° 06 del curso de laboratorio de ingeniería mecánica y eléctrica obteniéndose los siguientes datos. Para calcular la radiación se tiene en cuenta la siguiente equivalencia:
≈ Por lo tanto: ó = × ( ) [⁄ ]
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Tabla N° 02 VOLTAJE
RADIACION(W/m2)
PUNTOS
TIEMPO
V (m/s)
TBH(°C)
TBS (°C)
1
08:00
1.8
21
19.8
81.53
815.3
2
08:15
2
20
19.7
82.52
825.2
3
08:30
1.7
20.5
20.2
82
820
4
08:45
2.1
20
20.4
83
830
5
09:00
1.9
22.4
20.6
81.4
814
6
09:15
1.9
19
20.3
81.4
814
7
09:30
3.0
18.5
21.8
89
890
8
09:45
1.8
18.5
20.4
91.1
911
9
10:00
3.2
19
21.5
93.4
934
10
10:15
2.5
18.5
21.1
100.2
11
10:30
2.3
19
20.9
97.3
973
12
10:45
2.7
19
21
85.2
852
13
11:00
2.5
19.2
21.2
67
670
14
11:15
2.0
19
20.8
70.7
707
15
11:30
2.4
19
20.3
116.8
1168
16
11:45
3
19.1
22.2
107.4
1074
17
12:00
2.6
19
21.8
101.5
1015
18
12:15
3.4
19.2
20.8
98.3
983
19
12:30
2.9
19.5
20.8
97
970
20
12:45
3.4
19.8
21.6
97.3
973
21
13:00
3.0
19
21.4
96.9
969
22
13:15
2.6
20
21
70.7
707
23
13:30
2.7
19.9
20.7
67.5
675
24
13:45
2.9
21
20.8
85.9
859
25
14:00
2.5
20
21
51.1
511
26
14:15
2.2
19.9
21.4
54.0
540
27
14:30
3.8
19.3
20.7
75.3
753
28
14:45
3.2
19.5
21
79.9
799
29
15:00
3.2
20
21
87.5
875
30
15:15
2.6
21.5
22.7
86.5
865
31
15:30
3.9
20.5
21.6
84.3
843
32
15:45
3.6
20
21.4
79.9
799
33
16:00
3.9
20.4
21.9
74.7
747
34
16:15
4.0
20.6
21.9
68.0
680
35
16:30
4.4
20
20.8
55.6
556
36
16:45
4.3
20
20.4
46.5
465
37
17:00
4.9
19.9
19.9
30.3
303
38
17:15
3.5
18.4
19
9.77
97.7
39
17:30
3.3
18.7
18.9
7.23
72.3
40
17:45
3.3
18.5
18.9
2.35
23.5
1002
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3.3
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18.3
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21.5
A Continuación presentamos los resultados obtenidos Tabla N° 03 VARIABLES
velocidad promedio del viendo durante el día (m/s voltaje promedio durante el día (m/s) temperatura promedio de bulbo seco (°C) temperatura promedio de bulbo húmedo (°C) promedio de radiación durante el día (°C)
RESULTADOS 2.92439 79.42488 20.89756 19.73415 794.2488
Tabla N° 04 VARIABLES
velocidad máxima alcanzada (m/s) velocidad mínima (m/s) voltaje máximo (mV) voltaje mínimo (mV) TBS máximo (°C) TBS mínimo (°C) TBH máximo (°C) TBH mínimo (°C)
VIII.
GRAFICOS
1) Voltaje vs tiempo
voltaje - tiempo 140 120 )100 V m ( 80 E J A T L 60 O V 40
20 0 TIEMPO(hrs)
RESULTADOS 4.9 1.7 116.8 9.77 22.7 19 22.4 18.4
Laboratorio de Ingeniería Mecánica I
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2) Radiación vs tiempo
RADIACION - TIEMPO 1400 1200 ) 2 1000 m / 800 W ( N600 O I C A400 I D A200 R 0 TIEMPO (hrs)
3) Temperatura de bulbo seco vs tiempo
TBS - tiempo ) C ° 25 ( O C E S 20 O S L U 15 B E D A 10 R U T A R5 E P M E0 T
y = -1.0035x + 21.336 R² = 0.0197
0:00
2:24
4:48
7:12
9:36 TIEMPO(hrs)
12:00
14:24
16:48
19:12
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4) Temperatura de bulbo húmedo vs tiempo
TBH - tiempo ) 30 C ° ( O25 D E M20 U H15 O B L U10 B E D 5 A R U 0 T A 0:00 R E P M E T
y = 34.428x R² = -24.37
2:24
4:48
7:12
9:36
12:00
14:24
16:48
19:12
TIEMPO(hrs)
5) Velocidad del aire vs tiempo
VELOCIDAD - TIEMPO 6 s 5 / m ( E 4 R I A L E D3 D A D I 2 C O L E V1
y = 4.8569x + 0.3009 R² = 0.6029
0 0:00
2:24
4:48
7:12
9:36 TIEMPO(hrs)
12:00
14:24
16:48
19:12
Laboratorio de Ingeniería Mecánica I
IX.
X.
UNPRG - FIME
CONCLUSIONES La velocidad promedio del viento en la playa de San Jose durante el día realizado la práctica fue de 8.075609756m/s, siendo la velocidad máxima de 13.9m/s. con una velocidad mínima de 2.2m/s.
El voltaje promedio obtenido fue de79.42488 mV, siendo el voltaje mínimo de 9.77mV, llegando a un máximo de 116.8 mV.
La temperatura promedio de bulbo seco 20.89756 fue de °C siendo la temperatura mínima de 19 y la máxima temperatura de 22.7 °C.
La temperatura promedio de bulbo húmedo fue de mínima de 18.4°C y una máxima de22.4 °C.
Todos estos parámetros medidos durante el ensayo para determinar la velocidad del viento en la playa de San Jose se mantuvieron en condiciones estables.
19.73415 °C
con una
RECOMENDACIONES Para obtener datos con mayor realce se debe hacer mediciones en cada estación del año, realizándose los ensayos como mínimo de dos semanas por estación hasta un mes.
XI.
Realizando los respectivos ensayos con el periodo de tiempo mencionado en el ítem anterior se puede determinar la variación que existe de la velocidad del viendo durante un año.
Para la instalación de aerogeneradores se deben realizar en lugares donde exite mayor demanda de velocidad de viento y con una variabilidad significativa para no tener problemas durante las estaciones del año.
BIBLIOGRAFÍA IDAE (1999). Plan de Fomento de las Energías Renovables en España. Madrid.
Johansson, T. B. et el (1993): Renewable Energy, Island Press, Washington; D. Deudney y C. Flavin: «Renewable energy: The power to Choose», New York, Norton, 1983.
Goldemberg et al.: Energy for a sustainable world, John Wiley and sons, New Delhi, 1988.
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ANEXOS
Medición del viento Medición de la temperatura (
Procedimiento de ensayo
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Medición de la radiación
Medición de la temperatura