energia eolica

54 Horacio Acosta Suasnbar GESTIN ENERGETICA

UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLOGICA DEL CONO SUR DE LIMA

6. ENERGIAS RENOVABLES

ENERGIA EOLICA

Energa elica es la energa obtenida del viento, es decir, la energa cintica generada por efecto de

las corrientes de aire, y que es transmutada en otras formas tiles para las actividades humanas.

En la actualidad, la energa elica es utilizada principalmente para producir energa elctrica

mediante aerogeneradores. A finales de 2011, la capacidad mundial de los generadores elicos fue de

238 gigavatios. En 2011 la elica gener alrededor del 3% del consumo de electricidad mundial (fig.

01). En Espaa la energa elica produjo un 16% del consumo elctrico en 2011.

La energa elica es un recurso abundante, renovable, limpio y ayuda a disminuir las emisiones de

gases de efecto invernadero al reemplazar termoelctricas a base de combustibles fsiles, lo que la

convierte en un tipo de energa verde. Su principal inconveniente es la intermitencia del viento.

Figura 01.Capacidad instalada de energa elica en el mundo.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/0e/Totalcapacityworld2009.jpg/450px-Totalcapacityworld2009.jpg

6.1. Cmo se produce y obtiene

La energa del viento est relacionada con el movimiento de las masas de aire que se desplazan de

reas de alta presin atmosfrica hacia reas adyacentes de baja presin, con velocidades

proporcionales al gradiente de presin.

Los vientos son generados a causa del calentamiento no uniforme de la superficie terrestre por parte

de la radiacin solar, entre el 1 y 2% de la energa proveniente del sol se convierte en viento. De da,

las masas de aire sobre los ocanos, los mares y los lagos se mantienen fras con relacin a las reas

vecinas situadas sobre las masas continentales.

Los continentes absorben una menor cantidad de luz solar, por lo tanto el aire que se encuentra sobre

la tierra se expande, y se hace por lo tanto ms liviana y se eleva. El aire ms fro y ms pesado que



proviene de los mares, ocanos y grandes lagos se pone en movimiento para ocupar el lugar dejado por

el aire caliente.

Para poder aprovechar la energa elica es importante conocer las variaciones diurnas y nocturnas y

estacionales de los vientos, la variacin de la velocidad del viento con la altura sobre el suelo, la

entidad de las rfagas en espacios de tiempo breves, y valores mximos ocurridos en series histricas

de datos con una duracin mnima de 20 aos. Es tambin importante conocer la velocidad mxima del

viento. Para poder utilizar la energa del viento, es necesario que este alcance una velocidad mnima

que depende del aerogenerador que se vaya a utilizar pero que suele empezar entre los 3 m/s (10

km/h) y los 4 m/s (14,4 km/h), velocidad llamada "cut-in speed", y que no supere los 25 m/s (90

km/h), velocidad llamada "cut-out speed".

La energa del viento es utilizada mediante el uso de mquinas elicas (o aeromotores) capaces de

transformar la energa elica en energa mecnica de rotacin utilizable (fig. 02), ya sea para accionar

directamente las mquinas operatrices, como para la produccin de energa elctrica. En este ltimo

caso, el sistema de conversin, (que comprende un generador elctrico con sus sistemas de control y

de conexin a la red) es conocido como aerogenerador.

En la actualidad se utiliza, sobre todo, para mover aerogeneradores. En estos 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 (fig. 03). Para que su instalacin resulte rentable, suelen

agruparse en concentraciones denominadas parques elicos.

Figura 02. Transformacin la energa elica en energa mecnica

http://2.bp.blogspot.com/-KIJxAkmW5U8/Tfj_rVj3t8I/AAAAAAAAAAk/MgVE00jqPhQ/s1600/image009.jpg



Figura 03. Produccin de energa elctrica a partir de energa elica.

La energa elica 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 presin en la atmsfera provocadas,

en la mayora de los casos, por variaciones de temperatura, debidas a las diferencias de la radiacin

solar en los distintos puntos de la Tierra.

Las variables que definen el rgimen de vientos en un punto determinado son:

Situacin geogrfica

Caractersticas climticas

Estructura topogrfica

Irregularidades del terreno

Altura sobre el nivel del suelo

Las mquinas elicas encargadas de este fin se llaman aerogeneradores, aeroturbinas o turbinas

elicas. En definitiva, los aerogeneradores transforman la energa mecnica del viento en energa

elctrica.

6.2. Tipos

Hay diferentes aerogeneradores:



6.2.1. Aerogeneradores de eje horizontal (fig. 04): son los ms utilizados. Deben mantenerse

paralelos al viento, lo que exige una orientacin previa, de modo que ste 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 (ms de 50 kW): Suelen tener como mximo cuatro palas de perfil aerodinmico,

aunque normalmente tienen tres. Necesitan vientos de ms de 5 m/s.

Tiene uso industrial, disponindose en parques o centrales elicas.

Figura 04. Aerogeneradores de eje horizontal

6.2.2. Aerogeneradores de eje vertical (fig.

05): Su desarrollo tecnolgico est menos

avanzado que las anteriores y su uso es

escaso, aunque tiene perspectivas de

crecimiento. No necesitan orientacin 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 rotacin se transmite al

generador a travs de un sistema

multiplicador de velocidad. El generador

producir corriente elctrica que se

deriva hasta las lneas de transporte.

Para asegurar en todo momento el suministro

elctrico, es necesario disponer de

acumuladores.

Figura 05. Aerogeneradores de eje vertical



6.3. Aplicaciones.

Energa mecnica: Bombeo de agua y riego

Energa trmica: Acondicionamiento y refrigeracin de almacenes, refrigeracin de productos

agrarios, secado de cosechas, calentamiento de agua

Energa elctrica: aplicacin ms frecuente, pero que obliga a su almacenamiento o a la

interconexin del sistema de generacin autnomo con la red de distribucin elctrica

6.4. Ventajas e inconvenientes.

6.5. Potencia de Entrada y de Salida para un aerogenerador.

La potencia, P, de entrada de un aerogenerador, va a depender de una serie de factores,

como son:

Velocidad del viento, v (m/s)

Superficie de captacin, S (m2)

Densidad del aire, (kg/m3)

De la siguiente manera:

P = 1/2 S v3

Obteniendo un valor para la potencia en Watts (w) Para obtener la potencia de salida, simplemente debemos tener en cuenta el coeficiente de

aprovechamiento.

Problemas de energa elica

1. Calcular la densidad de potencia que corresponde a un viento de 40 Km/h. Justificar si

dicho viento es eficaz para mover un aerogenerador.

P = 1/2 S v3

Ventajas Inconvenientes

Es una energa limpia, no emite residuos

Es gratuita e inagotable

Reduce el consumo de combustibles

fsiles, por lo que contribuye a evitar el efecto invernadero y la lluvia cida, es decir, reduce el cambio climtico

El parque elico exige construir infinidad de ellas, lo cual es costoso.

La produccin de energa es irregular,

depende del viento, su velocidad y duracin. La instalacin slo puede realizarse en zonas de vientos fuertes y regulares. El terreno no puede ser muy abrupto.

Puede afectar a la fauna, especialmente aves, por impacto con las palas

Contaminacin acstica y visual



s

m

s

hx

Km

mx

h

Km12,11

3600

1

1

1040

3

La densidad del viento es = 1,225 Kg/m3

2

3

321,84212,11225,1

2

1

m

watts

s

mx

m

Kgx

S

Pviento

La densidad de potencia es de 842,21 w/m2

En la actualidad es posible aprovechar vientos de tal slo 4 m/s, que equivale a una

densidad de potencia de 39,2 w/m2.

Resolver los siguientes problemas

1. Calcular la potencia til aprovechada por la hlice de un aerogenerador de 20 m de

dimetro cuando el viento sopla a 15 m/s si su coeficiente de aprovechamiento es de 0,35.

2. Determinar la potencia til de una aeroturbina sobre la cual acta un viento de 50 Km/h. El

radio de cada pala es de 4 m. Se supone un rendimiento del 90%. Qu energa genera la

aeroturbina en 10 horas?

3. Un aerogenerador tiene una potencia nominal de 5.000 W (100%) y una curva de

rendimiento como la del grfico siguiente. El dimetro de la hlice es de 5,9 metros.

Averiguar:

a. El % de la energa del viento que aprovecha cuando gira a 8,5 m/s.

b. La potencia que suministra con un viento de 24 km/h.

c. Los kwh que suministrar diariamente en una zona con vientos medios de 7 m/s.

4. En un parque elico se han instalado 60 aeroturbinas. Suponiendo que hubiese un viento de

50 km/h o mayor durante 180 das al ao y que el dimetro de las aeroturbinas sea de 63

m, determinar:

a. Potencia del viento a nivel de captacin.

b. Potencia til de cada uno de los generadores si = 0,9.



c. Energa generada por cada aerogenerador al ao.

d. Tiempo que se tarda en amortizar cada aerogenerador sabiendo que cada uno ha

costado medio milln de euros. El precio del Kwh es de 0,09 .

REFERENCIA

Energa elica. http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_e%C3%B3lica

Tecnologa Industrial. Energa elica. http://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2011/10/08_0_fuentes-de-energc3ada-energc3ada-ec3b3lica.pdf

energia eolica

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