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Energía eolica

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Mario Garcia Fajardo

on 16 October 2014

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Transcript of Energía eolica

¿Que es la energía eólica?
La energía eólica es una fuente de energía renovable que utiliza la fuerza del viento para generar electricidad. El principal medio para obtenerla son los aerogeneradores, “molinos de viento” de tamaño variable que transforman con sus aspas la energía cinética del viento en energía mecánica.
Historia de la energía eólica
Desde hace siglos el ser humano ha aprovechado la energía eólica para diferentes usos: molinos, transporte marítimo mediante barcos de vela, serrerías,... pero es en la actualidad su uso es casi exclusivo para la obtención de electricidad.
Aerogeneradores
Las máquinas eólicas encargadas de este fin se llaman aerogeneradores, aeroturbinas o turbinas eólicas. En definitiva, los aerogeneradores transforman la energía mecánica del viento en energía eléctrica.
Diseño de las instalaciones
En el diseño de una instalación eólica es necesario considerar tres factores:
El emplazamiento
El tamaño de la máquina
Los costes
¿Donde instalar la turbina?
Lugares altos
Libre de obstáculos
Aplicaciones
Evolución y tamaño de los aerogeneradores
Emplazamiento
El emplazamiento elegido para instalar la máquina eólica ha de cumplir dos condiciones: el viento ha de soplar con regularidad y su velocidad ha de tener un elevado valor medio.
La energía eólica tiene su origen en el viento, es decir, en el aire en movimiento. El viento se puede definir como una corriente de aire resultante de las diferencias de presión en la atmósfera provocadas, en la mayoría de los casos, por variaciones de temperatura, debidas a las diferencias de la radiación solar en los distintos puntos de la Tierra.
Sólo un 2 % de la energía solar que llega a la Tierra se convierte en energía eólica y por diversos motivos, sólo una pequeña parte de esta energía es aprovechable. A pesar de ello, se ha calculado que el potencial energético de esta fuente de energía es unas 20 veces el actual consumo mundial de energía, lo que hace de la energía eólica una de las fuentes de energía renovables de primera magnitud.
El diámetro de rotor es el
diámetro del área circular
barrida por las palas
Funcionamiento, partes y tipos.
El funcionamiento es el siguiente:
El viento incide sobre las palas del aerogenerador y lo hace girar, este movimiento de rotación se transmite al generador a través de un sistema multiplicador de velocidad. El generador producirá corriente eléctrica que se deriva hasta las líneas de transporte.
Para asegurar en todo momento el suministro eléctrico,
es necesario disponer de acumuladores.
Las variables que definen el régimen de vientos en un punto determinado son:

Situación geográfica
Características climáticas
Estructura topográfica
Irregularidades del terreno
Altura sobre el nivel del suelo
Funcionamiento
Partes de una turbina
Los elementos de que consta una máquina eólica son los siguientes:
Soportes (torres o tirantes)
Sistema de captación (rotor)
Sistema de orientación
Sistema de regulación (controlan la velocidad de rotación)
Sistema de transmisión (ejes y multiplicador)
Sistema de generación (generador)
Torre
Elementos de una turbina eólica.
Soporta la góndola y el rotor. Generalmente es una ventaja disponer de una torre alta, dado que la velocidad del viento aumenta conforme nos alejamos del nivel del suelo. Una turbina moderna de 600 kW tendrá una torre de 40 a 60 metros (la altura de un edificio de 13 a 20 plantas).
Las torres pueden ser bien torres tubulares (como la mostrada en el dibujo) o torres de celosía. Las torres tubulares son más seguras para el personal de mantenimiento de las turbinas ya que pueden usar una escalera interior para acceder a la parte superior de la turbina. La principal ventaja de las torres de celosía es que son más baratas.
El rotor
Es el elemento que capta la energía del viento y la transforma en energía mecánica. A su vez, el rotor se compone de tres partes fundamentales:
las palas
(que capturan la energía contenida en el viento),
el eje
(que transmite el movimiento giratorio de las palas al aerogenerador)
el buje
(que fija las palas al eje de baja velocidad).
Es la estructura en la que se resguardan los elementos básicos de transformación de la energía, es decir: multiplicador, eje del rotor, generador y sistemas auxiliares (chasis).
Góndola
Multiplicador
Es un elemento conectado al rotor que multiplica la velocidad de rotación del eje (unas50 veces) para alcanzar el elevado número de revoluciones que necesitan las dinamos y los alternadores. Dentro de los multiplicadores se distinguen dos tipos
Multiplicadores de poleas dentada : Se utilizan para rotores de baja potencia
Multiplicadores de engranaje: En este tipo de multiplicadores los engranajes están protegidos en cajas blindadas para evitar su desajuste y desengrasado.
Sistema hidráulico
Utilizado para restaurar los frenos aerodinámicos del aerogenerador.
Eje de alta velocidad
Gira aproximadamente a 1.500 r.p.m., lo que permite el funcionamiento del generador eléctrico. Está equipado con un freno de disco mecánico de emergencia. El freno mecánico se utiliza en caso de fallo del freno aerodinámico, o durante las
labores de mantenimiento de la turbina
Generador
La función del generador es transformar la energía mecánica en energía eléctrica. En función de la potencia del aerogenerador se utilizan dinamos (son generadores de corriente continua y se usan en aerogeneradores de pequeña potencia, que almacenan la energía eléctrica en baterías) o alternadores (son generadores de corriente alterna). La potencia máxima suele estar entre 500 y 4000 kilovatios (kW).
Mecanismo de orientación
Activado por el controlador electrónico, que vigila la dirección del viento utilizando la veleta. Normalmente, la turbina sólo se orientará unos pocos grados cada vez, cuando el viento cambia de dirección.
Contiene un ventilador eléctrico utilizado para enfriar el generador eléctrico. Además contiene una unidad de refrigeración de aceite empleada para enfriar el aceite del multiplicador. Algunas turbinas tienen generadores enfriados por agua.
Unidad de refrigeración
Anemómetro y la veleta
Se utilizan para medir la velocidad y la dirección del viento. Las señales electrónicas del anemómetro son utilizadas por el controlador electrónico del aerogenerador para conectar el aerogenerador cuando el viento alcanza aproximadamente 5 m/s (18 km/h). El ordenador parará el aerogenerador automáticamente si la velocidad del viento excede de 25 m/s (90km/h), con el fin de proteger a la turbina y sus alrededores. Las señales de la veleta son utilizadas por el controlador electrónico del aerogenerador para girar al aerogenerador en contra del viento, utilizando el mecanismo de orientación.
Tipos de aerogeneradores
Aerogeneradores de eje horizontal
Son los más utilizados. Deben mantenerse paralelos al viento, lo que exige una orientación previa, de modo que éste incida sobre las palas y haga girar el eje. Estos aerogeneradores pueden ser:
De potencia baja o media (hasta 50 kW): Suelen tener muchas palas (hasta veinticuatro).Se utilizan en el medio rural y como complemento para viviendas.
De alta potencia (más de 50 kW): Suelen tener como máximo cuatro palas de perfil aerodinámico, aunque normalmente tienen tres. Necesitan vientos de más de 5 m/s. Tiene uso industrial, disponiéndose en parques o centrales eólicas
Aerogeneradores de eje vertical
Su desarrollo tecnológico está menos avanzado que las anteriores y su uso es escaso, aunque tiene perspectivas de crecimiento. No necesitan orientación y ofrecen menos resistencia al viento.
El funcionamiento de este tipo de aerogeneradores es similar al de los de eje horizontal. El viento incide sobre las palas del aerogenerador y lo hace girar, este movimiento de rotación se transmite al generador a través de un sistema multiplicador de velocidad. El generador producirá corriente eléctrica que se deriva hasta las líneas de transporte. Para asegurar en todo momento el suministro eléctrico, es necesario disponer de acumuladores.
Tamaño
El tamaño de la máquina condiciona fuertemente los problemas técnicos. En el caso de las grandes plantas eólicas, el objetivo principal es conseguir unidades tan grandes como sea posible, con el fin de reducir los costes por kW obtenido, pero las grandes máquinas presentan problemas estructurales que sólo los puede resolver la industria aeronáutica. Para las pequeñas aeroturbinas, el problema es diferente; el objetivo técnico principal es la reducción
de su mantenimiento, ya que su aplicación suele estar dirigida a usos en zonas aisladas.
El coste
Si se desea producir energía eléctrica para distribuir a la red, es lógico diseñar una planta eólica mediana o grande, mientras que si se trata de utilizar esta energía de forma aislada, será más adecuado la construcción de una máquina pequeña, o acaso mediana.
El tamaño de la planta eólica determina el nivel de producción y, por tanto, influye en los costes de la instalación, dentro de los que cabe distinguir entre el coste de la planta (coste por
kW) y el coste de la energía (coste por kWh)
Es necesario disponer de una información meteorológica detallada sobre la estructura y distribución de los vientos. Las mediciones estadísticas deben realizarse durante un período mínimo de tres años, para poder obtener unos valores fiables, que una vez procesados permiten elaborar:
Proporcionan una información de ámbito global del nivel medio de los vientos en una determinada área geográfica, situando las zonas más idóneas bajo el punto de vista energético.
Mapas eólicos
Estudio a escala zonal de un mapa eólico, que proporciona el número de horas al año en que el viento tiene una dirección y una velocidad determinadas
Distribuciones de velocidad
Variación de la velocidad del viento con la altura respecto al suelo, obtenido por un estudio puntual.
Perfiles de velocidad
Energía mecánica: Bombeo de agua y riego
Energía térmica: Acondicionamiento y refrigeración de almacenes, refrigeración de productos agrarios, secado de cosechas, calentamiento de agua
Energía eléctrica: aplicación más frecuente, pero que obliga a su almacenamiento o a la interconexión del sistema de generación autónomo con la red de distribución eléctrica
Ventajas e inconvenientes
Ventajas
Desventajas
¿Cuanto cuesta un sistema de energía eólica?
Puede costar, dependiendo del sitio, de 30,000 a 35,000 dolares ya instalado, tomando en cuenta su tamaño, su aplicación y los acuerdos tomados de servicio con el vendedor (La asociación Americana de energía eólica indica que un sistema para uso domestico de unos 10kW cuesta aproximadamente 32,000 dolares, lo cual es mucho mas barato que la opción de considerar un sistema fotovoltaico, que para la misma capacidad costaría unos 80,000 dolares .
Vida útil de una turbina eólica
La vida útil estimada de un generador eólico es de 20 a 25 años. La expectativa de vida puede prolongar a medida que la tecnología continúe madurando. Sin embargo, debido a la juventud de la industria y la repotenciación de las plantas con la última tecnología de turbinas, pocas turbinas han existido el tiempo suficiente como para poner a prueba esta suposición. Debido a la extensa pruebas y certificación, la confiabilidad de las turbinas de viento (la proporción del tiempo que están técnicamente disponible para la operación) es de alrededor de 99%.
La producción de electricidad de una turbina es aproximadamente proporcional al área del rotor, por lo tanto los rotores más grandes (de las torres más altas) utilizan el recurso eólico más eficientemente que muchos de menor tamaño. Las turbinas eólicas más grandes hoy en día son 5-6MW con un diámetro de rotor de hasta 126 metros. Las turbinas se han duplicado en tamaño cada cinco años aproximadamente, pero una desaceleración en este ritmo es probablemente debido a las turbinas cercanas a las costa, dada las limitaciones de transporte, el peso y la instalación
Número de palas del rotor
Las turbinas eólicas pueden tener diferentes números de palas del rotor. La regla del principio es: el más bajo número de palas produce los giros más rápidos del rotor. La medida para esto es llamada velocidad de punta de pala 8, que se define como la velocidad de punta del rotor dividido por la
velocidad del viento. Si 8 = 1, la velocidad de punta de la pala es tan alta como la velocidad del viento.
Turbinas eólicas tripalas
Modernas turbinas eólicas con rotores tripalas son los más comunes en todo el mundo. La razón principal para usar tres palas es el momento de inercia constante del rotor la cual no tiene ningún momento de inercia cuando gira, por consiguiente no induce carga a la estructura de la turbina.
Turbinas Eólicas Bipalas
Una pala del rotor menos de la normal turbina eólica tripala ofreció la oportunidad de reducir el costo para el rotor, pero desgraciadamente los funcionamientos dinámicos del rotor bipala causaron esfuerzos técnicos
adicionales que aumentaron nuevamente el costo global. Diferente
al rotor tripala, una turbina bipala tiene para los movimientos, una inercia en contra al respecto del eje longitudinal de la torre. Esto causa cargas adicionales que sólo pueden ser reducidas por un balanceo del
centro.
Turbinas Eólicas Monopalas
La razón para una turbina eólica monopala es disminuir con una alta velocidad rotatoria el número de palas del rotor, la tendencia de rotación del y por este las masas de la maquinaria.
Por otro lado, un rotor monopala tiene principalmente un desequilibrio aerodinámico, que introduce movimientos adicionales, causa cargas y construcciones complicadas en el centro,(bisagras, apagadores, etc.) para tener los movimientos bajo control.
Energía eólica
El viento es un recurso inagotable, es decir es una energía renovable. Es una energía limpia, no contaminante y cada MW eólico instalado evita cada año la emisión en la atmósfera de 2.900 toneladas de dióxido de carbono. Los parques eólicos son fáciles de desmontar y de reutilizar el terreno. Contribuye a frenar el cambio climático.
Medioambientales
Impulsa la educación y la formación de los jóvenes de la zona, es compatible con otras actividades como la selvicultura, ganadería, etc. Crea 5 veces más puestos de trabajo que las energías convencionales e incrementa la capacidad de crear trabajos indirectos. Incrementa el PIB por transferencia de rentas.
Económicas
Produce independencia de otras energías, porque es una energía autóctona, es decir, no hace falta importarla. Todos los consumos que produce los compensa con las ganancias de su energía producida. Permite el ahorro de la compra de combustible. España es la líder en todo el mundo de la energía eólica y esta instalada en otros países como China. En un año 10 molinos generan energía para abastecer 19.000 hogares. Un molino de viento evita la emisión de 6.375 toneladas anuales de CO2
Otros puntos positivos
La densidad energética del viento es muy baja, la generación de cantidades significativas de electricidad por métodos eólicos requiere el uso de grandes extensiones de tierra. Los sitios adecuados para la generación eólica, especialmente el mar abierto, están remotos y lejos de la concentración de demanda para la electricidad.
Medioambientales
Al ser el aire fluido implica producir molinos de gran envergadura, eso conlleva la necesidad de mayor terreno para la construcción y un mayor coste de construcción. Produce un impacto visual inevitable.
Otras desventajas
Integrantes:
Mario Jesús García Fajardo
Heydi Gabriela Alfaro Chable
Eleacer Hernández López
Sergio Augusto Corcino Cruz
José Antonio Hernández Calix
Yessica Torres Hernández
Norma Shalisa Cuellar Bonilla

Instituto Tecnológico de Villahermosa
Potencial nominal y consumo
A continuación se presenta una tabla de Potencial nominal de algunos aparatos electrodomésticos utilizados en una vivienda, tanto rural como urbana. Los equipos aquí listados comúnmente operan con corriente alterna (CA) o con corriente
continua (CC).
Para evaluar el consumo de energía de cada electrodoméstico se multiplica la potencia nominal por el número de horas de uso diario (o fracciones de hora). Para obtener el consumo total diario de energía se suman los consumos individuales de los aparatos. El consumo será expresado en vatio-hora o kilovatio-hora.
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