PORTADA
ESCUELA ESPECIALIZADA EN INGENIERIA ITCA FEPADE
CENTRO REGIONAL SANTA ANA
ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
TÉCNICO EN INGENIERÍA ELÉCTRICA
TEMA:
ENERGÍA EÓLICA
TUTOR:
ING. DANIEL ZEPEDA
PRESENTADO POR:
ALISSON BRAIAN AQUINO BRAVO
FERNANDO JOSÉ HERNANDEZ CRUZ
DOUGLAS ANTONIO MURGAS ALVARADO
JOSÉ LEONEL RODRÍGUEZ ARQUETA
SANTA ANA, 2012
PORTADA
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Tabla de contenido
PORTADA ......................................................................................................................................... 1
TABLA DE CONTENIDO ................................................................................................................ 2
INTRODUCCIÓN.............................................................................................................................. 4
OBJETIVOS ...................................................................................................................................... 5
GENERAL.............................................................................................................................. 5
ESPECÍFICOS ...................................................................................................................... 5
FUENTE............................................................................................................................................. 6
La Escala de Beaufort ................................................................................................................. 7
GENERACIÓN .................................................................................................................................. 9
¿Qué es la Energía Eólica? ........................................................................................................ 9
Generación de la electricidad en los Aerogeneradores ......................................................... 9
Generadores de inducción: ............................................................................................. 9
Generadores síncronos: ................................................................................................ 10
Componentes de un aerogenerador........................................................................................ 10
La góndola ....................................................................................................................... 10
Las palas del rotor .......................................................................................................... 10
El buje............................................................................................................................... 11
El eje de baja velocidad................................................................................................. 11
El multiplicador................................................................................................................ 11
El eje de alta velocidad.................................................................................................. 11
El generador eléctrico .................................................................................................... 11
El controlador electrónico.............................................................................................. 11
La unidad de refrigeración ............................................................................................ 11
La torre ............................................................................................................................. 12
El mecanismo de orientación........................................................................................ 12
El anemómetro y la veleta............................................................................................. 12
Tipos de Aerogeneradores ....................................................................................................... 12
1. Por la posición del aerogenerador:.............................................................................. 12
2. Por la posición del equipo con respecto al viento: .................................................... 13
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3. Por el número de palas: ................................................................................................ 14
4. Por la manera de adecuar la orientación del equipo a la dirección delviento encada momento: ....................................................................................................................... 15
TIPOS DE VOLTAJE ..................................................................................................................... 16
Capacidad del Sistema:............................................................................................................. 17
Torres: .......................................................................................................................................... 17
DIAGRAMA ..................................................................................................................................... 18
Esquema de una turbina eólica:............................................................................................... 18
Estructura interna del Aerogenerador ..................................................................................... 19
CONCLUCIÓN ................................................................................................................................ 20
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INTRODUCCIÓN
El presente se ha hecho para poder explicar de forma clara que es la energía eólica su
uso y aplicaciones. El viento es energía en movimiento. El ser humano ha utilizado esta
energía de diversas maneras a lo largo de su historia: barcos a vela, molinos, extracción
de agua de pozos subterráneos.
En la actualidad, el viento se usa también para producir electricidad. Al soplar, el viento
mueve las aspas de un molino. Esta energía cinética se transforma, mediante un
generador, en energía eléctrica.
En algunos países, como Dinamarca y Alemania, existen granjas eólicas, en las que
cientos de molinos son impulsados por el viento, produciéndose electricidad suficiente
para alimentar ciudades completas.
La energía eólica se considera una forma indirecta de energía solar, puesto que el sol, al
calentar las masas de aire, produce un incremento de la presión atmosférica y con ello el
desplazamiento de estas masas a zonas de menor presión. Así se da origen a los vientos
como un resultado de este movimiento, cuya energía cinética puede transformarse en
energía útil, tanto mecánica como eléctrica.
La energía eólica, transformada en energía mecánica ha sido históricamente
aprovechada, pero su uso para la generación de energía eléctrica es más reciente,
existiendo aplicaciones de mayor escala desde mediados de la década del 70 en
respuesta a la crisis del petróleo y a los impactos ambientales derivados del uso de
combustibles fósiles.
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OBJETIVOS
GENERAL
El objetivo del trabajo es para nosotros investigar y dar a conocer la energíaeólica, tanto sus ventajas como sus desventajas, beneficios medioambientales,
aplicaciones y sus diferencias con las demás energías. Así como también, la
forma en donde puede ser utilizada este tipo de energía en el mundo
ESPECÍFICOS
o Conocer como se ha ido desarrollando la energía eólica en el mundo
o Comprender porque es una forma de generación de energía limpia
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FUENTE
La fuente de energía con la que se alimenta una turbina eólica es la llamada "energía
cinética" del viento, es decir la del movimiento de aire. Obviamente esto se aplica tanto a
los molinos de viento antiguos como a los modernos, aerogeneradores de hoy día.
Esta energía cinética se puede expresar en una fórmula física. Sin excepción, todas las
características, y por tanto la producción, los riesgos y los costes de las turbinas eólicas
son resultado de ésta fórmula física. Es ésta formula la que determina la cantidad de
energía cinética producida.
La formula es: Es = f . mspec . v3
De donde:
Es: es la energía cinética por segundo proporcionada por el aire que se mueve.
f: es un factor de cálculo que nos permite tener en cuenta, entre otros, el diámetro
del círculo de rotación de la punta de las aspas de la hélice.
mspec: la masa específica del aire que se empuja.
v3: el cubo de la velocidad del viento.
La masa específica del aire mspec, que expresa la masa por metro cúbico, es
excepcionalmente pequeña: no más de 1,18 kg/m3. Comparado con la masa específica
del agua, que es 1.000 kg/m3, el aire es 900 veces más ligero.
De acuerdo con estos conceptos técnicos, y comparado con otros medios motrices
aplicados a otros métodos de obtención de energía, la velocidad del viento es también
extremadamente pequeña.
Por tanto, la potencia de una turbina eólica, varía fuertemente como resultado de la
variable: velocidad del viento y el factor v3 entre un valor máximo y un cero o casi cero.
Ese cubo es el golpe mortal para la producción estable de electricidad mediante turbinas
eólicas.
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Es imposible, para una turbina eólica, producir corriente de una intensidad útil a partir de
una fuerza de viento Beaufort (2 ó 3), esto debido a que la energía cinética bajo estas
condiciones es mínima.
Afirmar lo contrario es un "cuento de hadas" propagandístico, sea el modelo de
aerogenerador que sea, grande o pequeño, con un eje horizontal o vertical. Con tan poco
viento, los aerogeneradores simplemente se quedan quietos.
La Escala de Beaufort
Es una medida empírica para la intensidad del viento, basada principalmente en el estado
del mar, de sus olas y la fuerza del viento. Su nombre completo es Escala de Beaufort de
la Fuerza de los Vientos. Fue creada por Sir Francis Beaufort (oficial naval e hidrógrafo),
alrededor de 1805.
Número deBeaufort
Velocidad delviento (km/h)
Nudos (millasnáuticas/h)
Denominación Aspecto del mar Efectos en tierra
0 0 a 1 < 1 Calma DespejadoCalma, el humo asciende
verticalmente
1 2 a 5 1 a 3 VentolinaPequeñas olas,
pero sin espuma
El humo indica la
dirección del viento
2 6 a 11 4 a 6Flojito (Brisa
muy débil)
Crestas de
apariencia vítrea,
sin romper
Se mueven las hojas de
los árboles, empiezan a
moverse los molinos
3 12 a 19 7 a 10Flojo (Brisa
Ligera)
Pequeñas olas,
crestas
rompientes.
Se agitan las hojas,
ondulan las banderas
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GENERACIÓN
¿Qué es la Energía Eólica?
La energía eólica es la energía cuyo origen proviene del movimiento de masa de aire, es
decir, del viento.
En la tierra el movimiento de las masas de aire se deben principalmente a la diferencia de
presiones existentes en distintos lugares de esta, moviéndose de alta a baja presión, este
tipo de viento se llama viento geo estrófico.
Para la generación de energía eléctrica a partir de la energía del viento a nosotros nos
interesa mucho más el origen de los vientos en zonas más específicas del planeta, estos
vientos son los llamados vientos locales, entre estos están:
Las brisas marinas: que son debida a la diferencia de temperatura entre el mar y la
tierra.
Vientos de montaña: que se producen por el calentamiento de las montañas y esto
afecta en la densidad del aire y hace que el viento suba por la ladera de la
montaña o baje, y esto dependerá si es de noche o de día.
Generación de la electricidad en los Aerogeneradores
Generadores de inducción:
Los generadores de inducción presentan un rotor llamado rotor de jaula de ardilla el cual
consta de barras cortocircuitadas. Si hacemos girar al generador de inducción el estator
inducirá corrientes en el rotor y con esto se generara electricidad.
Una característica importante de los generadores de inducción es la variable llamada
deslizamiento que la diferencia entre la velocidad de giro versus la velocidad de
sincronismo.
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Generadores síncronos:
Son llamados así porque la frecuencia que inducen es proporcional a la velocidad de giro
del rotor, el rotor debe estar excitado con corriente continua o con un imán.
Aerogenerador
Es un generador eléctrico movido por una turbina accionada por el viento (turbina eólica).
Sus precedentes directos son los molinos de viento que se empleaban para la molienda y
obtención de harina.
En este caso, la energía eólica, en realidad la energía cinética del aire en movimiento,
proporciona energía mecánica a un rotor hélice que, a través de un sistema de
transmisión mecánico, hace girar el rotor de un generador, normalmente
un alternador trifásico, que convierte la energía mecánica rotacional en energía eléctrica.
Los aerogeneradores pueden trabajar de manera aislada o agrupados en parques
eólicos o plantas de generación eólica, distanciados unos de otros, en función del impacto
ambiental y de las turbulencias generadas por el movimiento de las palas.
Para aportar energía a la red eléctrica, los aerogeneradores deben estar dotados de un
sistema de sincronización para que la frecuencia de la corriente generada se mantenga
perfectamente sincronizada con la frecuencia de la red.
Componentes de un aerogenerador
La góndola
Contiene los componentes clave del aerogenerador, incluyendo el multiplicador y el
generador eléctrico. El personal de servicio puede entrar en la góndola desde la torre de
la turbina. A la izquierda de la góndola tenemos el rotor del aerogenerador, es decir las
palas y el buje.
Las palas del rotor
Capturan el viento y transmiten su potencia hacia el buje. En un aerogenerador moderno
de 600 KW. Cada pala mide alrededor de 20 metros de longitud y su diseño es muy
parecido al del ala de un avión.
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El buje
El buje del rotor está acoplado al eje de baja velocidad del aerogenerador.
El eje de baja velocidad
Conecta el buje del rotor al multiplicador. En un aerogenerador moderno de 600 Kw. El
rotor gira muy lento, a unas 19 a 30 revoluciones por minuto (r.p.m.) El eje contiene
conductos del sistema hidráulico para permitir el funcionamiento de los frenos
aerodinámicos.
El multiplicador
Tiene a su izquierda el eje de baja velocidad. Permite que el eje de alta velocidad que
está a su derecha gire 50 veces más rápido que el eje de baja velocidad.
El 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.
El generador eléctrico
Suele ser un generador asíncrono o de inducción. En los aerogeneradores modernos la
potencia máxima suele estar entre 500 y 1.500 KW.
El controlador electrónico
Es un ordenador que continuamente monitoriza las condiciones del aerogenerador y que
controla el mecanismo de orientación. En caso de cualquier disfunción (por ejemplo, un
sobrecalentamiento en el multiplicador o en el generador), automáticamente para el
aerogenerador y llama al ordenador del operario encargado de la turbina a través de un
enlace telefónico mediante modem.
La unidad de refrigeración
Contiene un ventilador eléctrico utilizado para enfriar el generador eléctrico. Además
contiene una unidad refrigerante por aceite empleada para enfriar el aceite del
multiplicador. Algunas turbinas tienen generadores refrigerados por agua.
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La torre
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 mecanismo de orientación
Está activado por el controlador electrónico, que vigila la dirección del viento utilizando la
veleta.
El anemómetro y la veleta
Las señales electrónicas de anemómetro son utilizadas por el controlador electrónico del
aerogenerador para conectarlo cuando el viento alcanza aproximadamente 5 m/s. El
ordenador parará el aerogenerador automáticamente si la velocidad del viento excede de
25 m/s, con el fin de proteger a la turbina y sus alrededores. Las señales de la veleta son
utilizadas por el controlador electrónico para girar el aerogenerador en contra del viento,
utilizando el mecanismo de orientación.
Tipos de Aerogeneradores
En la actualidad existe toda una enorme variedad de modelos de aerogeneradores,
diferentes entre sí tanto por la potencia proporcionada, como por el número de palas o
incluso por la manera de producir energía eléctrica (aisladamente o en conexión directa
con la red de distribución convencional). Pueden clasificarse, pues, atendiendo a distintos
criterios:
1. Por la posición del aerogenerador:
Eje Vertical
Su característica principal es que el eje de rotación se encuentra en posición
perpendicular al suelo. Son también llamados "VAWTs", que corresponde a las siglas de
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la denominación inglesa "vertical axis wind turbines". Existen tres tipos de estos
aerogeneradores:
a) Darrieus:
Consisten en dos o tres arcos que giran alrededor del eje.
b) Panemonas:
Cuatro o más semicírculos unidos al eje central. Su rendimiento es bajo.
c) Sabonius:
Dos o más filas de semicilindros colocados opuestamente.
Eje horizontal
Son los más habituales y en ellos se ha centrado el mayor esfuerzo de diseño en los
últimos años. Se los denomina también "HAWTs", que corresponde a las siglas de la
denominación inglesa "horizontal axis wind turbines". Un prototipo de potencia generada
1'5 Mw. Se presenta en la figura.
2. Por la posición del equipo con respecto al viento:
A barlovento:
Las máquinas corriente arriba tienen el rotor de cara al viento. La principal ventaja de los
diseños corriente arriba es que se evita el abrigo del viento tras la torre. Con mucho la
mayoría de los aerogeneradores tienen este diseño.
Por otro lado, también hay algo de abrigo enfrente de la torre, es decir, el viento empieza
a desviarse de la torre antes de alcanzarla, incluso si la torre es redonda y lisa. Así pues,
cada vez que el rotor pasa por la torre, la potencia del aerogenerador cae ligeramente.
El principal inconveniente de los diseños corriente arriba es que el rotor necesita ser
bastante inflexible, y estar situado a una cierta distancia de la torre. Además una máquina
corriente arriba necesita un mecanismo de orientación para mantener el rotor de cara al
viento.
A sotavento:
Las máquinas corriente abajo tienen el rotor situado en la cara a sotavento de la torre.
La ventaja teórica que tienen es que pueden ser construidos sin un mecanismo de
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orientación, si el rotor y la góndola tienen un diseño apropiado que hace que la góndola
siga al viento pasivamente.
Sin embargo, en grandes máquinas ésta es una ventaja algo dudosa, pues se necesitan
cables para conducir la corriente fuera del generador. Si la máquina ha estado
orientándose de forma pasiva en la misma dirección durante un largo periodo de tiempo y
no dispone de un mecanismo de orientación, los cables pueden llegar a sufrir una torsión
excesiva.
Un aspecto más importante es que el rotor puede hacerse más flexible. Esto supone una
ventaja tanto en cuestión de peso como de dinámica de potencia de la máquina, es decir,
las palas se curvarán a altas velocidades del viento, con lo que quitarán parte de la carga
a la torre.
El inconveniente principal es la fluctuación de la potencia eólica, debida al paso del rotor a
través del abrigo de la torre. Esto puede crear más cargas de fatiga en la turbina que con
un diseño corriente arriba.
3. Por el número de palas:
Una pala
Al tener sólo una pala estos aerogeneradores precisan un contrapeso en el otro extremo
para equilibrar. La velocidad de giro es muy elevada. Su gran inconveniente es que
introducen en el eje unos esfuerzos muy variables, lo que acorta la vida de la instalación.
Dos palas
Los diseños bipala de aerogeneradores tienen la ventaja de ahorrar el coste de una pala
y, por supuesto, su peso. Sin embargo, suelen tener dificultades para penetrar en el
mercado, en parte porque necesitan una mayor velocidad de giro para producir la misma
energía de salida. Esto supone una desventaja tanto en lo que respecta al ruido como al
aspecto visual.
Tres palas
La mayoría de los aerogeneradores modernos tienen este diseño, con el rotor mantenido
en la posición corriente arriba, usando motores eléctricos en sus mecanismos de
orientación. Este diseño tiende a imponerse como estándar al resto de los conceptos
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evaluados. La gran mayoría de las turbinas vendidas en los mercados mundiales poseen
este diseño.
Multipalas
Con un número superior de palas o multipalas. Se trata del llamado modelo americano,
debido a que una de sus primeras aplicaciones fue la extracción de agua en pozos de las
grandes llanuras de aquel continente.
4. Por la manera de adecuar la orientación del equipo a la dirección del vientoen cada momento:
El mecanismo de orientación de un aerogenerador es utilizado para girar el rotor de la
turbina en contra del viento. Se dice que la turbina tiene un error de orientación si el rotor
no está perpendicular al viento.
Un error de orientación implica que una menor proporción de la energía del viento pasará
a través del área del rotor (esta proporción disminuirá con el coseno del error de
orientación) Por tanto, la eficiencia del mecanismo de orientación es fundamental para
mantener el rendimiento de la instalación.
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TIPOS DE VOLTAJELa energía producida por el generador eólico se almacena en el banco de baterías. El
generador eólico transforma la energía del viento en corriente directa a 12 o 24 voltios DC
y se conecta directamente al banco de baterías. Posee un sofisticado regulador
electrónico de voltaje que vigila permanentemente el estado de carga de las baterías,
mantiene un riguroso control sobre su velocidad de giro y compensa las pérdidas de
tensión en la línea de conducción.
Generador: para la producción de corriente directa (DC) dinamo y para la producción de
corriente alterna (AC) alternador, este puede ser síncrono o asíncrono.
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Capacidad del Sistema:
La autonomía del sistema puede ser estimada de acuerdo a las tablas de potencia
suministradas por el fabricante o mediante curvas estadísticas como la distribución. La
siguiente tabla resume la potencia esperada de un generador de 1000 vatios bajo
diferentes regímenes de viento.
Velocidad
promedio
del viento (mph)
Descripción
Estimado
en
KWH/mes
Estimado
en
KWH/día
8 Brisa suave intermitente 60 2.0
9 Brisa suave y constante 90 3.0
10 Brisa moderada intermitente 125 4.2
11 Brisa moderada constante 160 5.3
12Brisa moderada a fuerte
intermitente190 6.3
13 Brisa moderada a fuerte constante 215 7.2
14 Brisa fuerte 265 8.8
Torres:
El generador eólico se instala a campo abierto en una torre tensada (inclinable) de tubería
de hierro galvanizada de 3". Es necesario tender red eléctrica entre el generador y el
centro de consumo.
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DIAGRAMA
Esquema de una turbina eólica:
1. Suelo2. Conexión a la red eléctrica3. Torre de contención4. Escalera de acceso5. Sistema de orientación6. Góndola7. Generador
8. Anemómetro9. Freno10. Transmisión11. Palas12. Inclinación de la pala hacia laderecha13. Buje
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Estructura interna del Aerogenerador
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CONCLUCIÓN
En conclusión, podemos decir que la ocupación de la energía eólica en diferentes partes delmundo, está siendo utilizada como alternativa energética, ya que esta energía es una de lasque menos contaminan, no daña la capa de ozono, no destruye el suelo ni contamina el aire.La producción de este tipo de energía se puede obtener mediante varios mecanismos encombinación con otros de variados tipos. Pero emite otro tipo de contaminación como laacústica, además de la alteración del paisaje natural así como las bastas extensiones deterreno que ocupan los parques eólicos.
Este tipo de energía proporciona muchos benéficos ya que es limpia con el ecosistema utilizauna fuente inagotable y no es tan contaminantes como otros tipos de generaciones como laque se genera mediante el petróleo, que es contaminante y muy caro a diferencia de laenergía eólica.
TABLA DE CONTENIDO
