Recurso eólicos

Recurso eólicos

Naturalezay clasificacióndel viento
1. La escala de Beaufort clasifica los vientos en 13 categorias que van del 0 al 12
2. La escala de las velocidades del viento puede utiliza unidades en m/s y nudos
3. Los vientos tienen distinto origen o naturaleza según la escala geográfica en la que varían
  1. Variación a escala global, ∼10.000 km(vientos geostróficos)Variación en la macroescala, ∼1.000 kmVariación en la mesoescala, ∼100 kmVariación en la microescala, ∼10 km
4. Causas del viento a escala global
  1. Las regiones alrededor del ecuador, a 0°de latitud, son calentadas por el sol más que las zonas del resto del globo
  2. El aire caliente es más ligero que el aire frío, por lo que subiráhasta alcanzar una altura aproximada de 10 kmy se extenderáhacia el norte y hacia el sur
5. La fuerza de Coriolis
  1. La fuerza de Coriolis es por tanto una fuerza ficticia o “inercial”que explica el efecto descrito cuando se obvia que el observador (nosotros) estágirando.
  2. La fuerza de Coriolis es un fenómeno visible. Las vías del ferrocarril se desgastan más rápidamente de un lado que del otro.
6. Influencia en el viento de la fuerza de CoriolisDebido
  1. El viento sube desde el ecuador y se desplaza hacia el norte y hacia el sur en las capas más altas de la atmósfera.
  2. Alrededor de los 30°de latitud en ambos hemisferios la fuerza de Coriolisevita que el viento se desplace más allá.
7. VariaciVariacióón del viento a escala global
  1. Vientos polares, corrintes de chorro,Aliseos
8. Variación del viento en la macro-escala
  1. combinación de fuerzas de presión y de Coriolis
9. Variación del viento en la meso-escala
  1. brisa marina.
  2. monzón del sureste
10. Variación del viento en la meso meso-escala: vientos de montaña
  1. viento del valle
Potencia eólica
1. La potencia del viento nos da un primer límite para la potencia de un aerogenerador
2. Para calcularla, evaluamos la energía cinética (EK) de la masa de aire (m) que atraviesa, por unidad de tiempo, la sección barrida por las palas (A).
3. Potencia= =Trabajo/ t = Ek/ t = ½m V^2 / t
4. Potencia de una turbina: coeficiente de potencia Cp
  1. La fracción de la energía del viento que una turbina convierte en la práctica en energía mecánica de rotación se llama “coeficiente de potencia”(CP) de esa turbina.
  2. Potencia de una turbina= CP * Potencia del viento= Cp (½) (ρ) (V)^3
  3. una turbina nunca puede extraer toda la energía cinética del viento, puesto que el aire no se para al atravesar la turbina (es decir, CP < 1).
Límite de Betz
1. Una turbina eólica puede convertir en energía mecánica como máximo un 59,26 % de la energía cinética del viento que incide sobre ella.
2. La teoría de Betz es una simplificación ya que no tiene presente algunos aspectos existentes en la práctica como resistencia aerodinámica de las palas, pérdida de energía por turbulencia de la estela, la compresibilidad del aire y la propia interferencia entre las palas.
3. La ley de Betz dice que sólo puede convertirse menos de 16/27 (el 59 %) de la energía cinética en energía mecánica usando un aerogenerador
4. La ley de Betz fue formulada por primera vez por el físico alemán Albert Betz en 1919. Su libro "Wind-Energie", publicado en 1926
5. Rendimiento global del aerogenerador
  1. La ecuación de Betzproporciona el límite superior de las posibilidades de un aerogenerador, pero es todavía poco realista al no tener en cuenta una serie de factores como
    1. La resistencia aerodinámica de las palas
    2. La pérdida de energía por la estela generada en la rotación
    3. La compresibilidad del fluido
    4. La interferencia de las palas
Variabilidadde la de velocidadvelocidaddel del vientoviento
1. Variabilidad del viento a corto plazo
  1. La velocidad del viento estásiempre fluctuando, por lo que el contenido energético del viento varía continuamente.
  2. La producción de energía de una turbina eólica variaráconforme varíe el viento, aunque las variaciones más rápidas serán hasta cierto punto compensadas por la inercia del rotor de la turbina eólica.
2. Variaciones diurnas (noche y día) del viento
  1. En la mayoría de localizaciones del planeta el viento sopla más fuerte durante el día que durante la noche
  2. Desde el punto de vista de los propietarios de aerogeneradores, el hecho de que la mayor parte de la energía eólica se produzca durante el día es una ventaja, ya que el consumo de energía entonces es mayor que durante la noche.
3. Variación estacional en la energía eólicaEn
  1. En zonas templadas los vientos de verano son generalmente más débiles que los de invierno
  2. El consumo de electricidad es generalmente mayor en invierno que en verano en estas regiones
4. Descripción de las variaciones del viento: distribución de WeibullSi
  1. La velocidad del viento cambia continuamente, por lo que es necesario describirlo de forma estadística.
  2. Es conveniente establecer un modelo de las frecuencias de las velocidades del viento que venga descrito por una función matemática continua en vez de por una tabla de valores discretos.
  3. Hay varias funciones que se pueden utilizar para describir la frecuencia de la distribución de velocidades del viento. Las más utilizadas son las funciones de Weibull y Rayleigh
Curva de potencia de un aerogenerador
1. Función de densidad de potencia
  1. la potencia del viento varía proporcionalmente con el cubo de la velocidad del viento (la tercera potencia), y proporcionalmente a la densidad del aire (su masa por unidad de volumen).
  2. Ahora podemos combinar todo lo que hemos aprendido hasta el momento: si multiplicamos la potencia de cada velocidad del viento con la probabilidad correspondiente en la gráfica de Weibull, habremos calculado la distribución de energía eólica a diferentes velocidades del viento = la densidad de potencia.
2. Revisitandoel coeficiente de potencia
  1. el coeficiente de potencia indica con quéeficiencia el aerogenerador convierte la energía del viento en electricidad.
3. Curva de potencia de un aerogenerador
  1. La curva de potencia de un aerogenerador es un gráfico que indica cuál serála potencia eléctrica disponible en el aerogenerador a diferentes velocidades del viento. Dos velocidades características en estas curvas son:
    1. Velocidad de conexión
      1. Normalmente, los aerogeneradores están diseñados para empezar a girar a velocidades alrededor de 3-5 m/s. Es la llamada velocidad de conexión.
    2. Velocidad de corte
      1. El aerogenerador se programarápara pararse a altas velocidades del viento, de unos 25 m/s, para evitar posibles daños el la turbina o en sus alrededores.
    3. Las curvas de potencia se obtienen a partir de medidas realizadas en campo, dónde un anemómetro es situado sobre un mástil relativamente cerca del aerogenerador (no sobre el mismo aerogenerador ni demasiado cerca de él, pues el rotor del aerogenerador puede crear turbulencia, y hacer que la medidade la velocidad del viento sea poco fiable).
4. Incertidumbre en mediciones de curvas de potencia
  1. Las curvas de potencia están basadas en medidas realizadas en zonas de baja intensidad de turbulencias , y con el viento viniendo directamente hacia la parte delantera de la turbina. Las turbulencia locales y los terrenos complejos (p.e. aerogeneradores situados en una pendiente rugosa) pueden implicar que ráfagas de viento golpeen el rotor desde diversas direcciones. Porlo tanto, puede ser difícil reproducir exactamente la curva en una localización cualquiera dada.
5. El factor de carga
  1. Otra forma de conocer la producción anual de energía de un aerogenerador es mirar el factor de carga de una turbinaen su localización particular. Con factor de carga queremos decir la producción anual de energía dividida por la producción teórica máxima, si la máquina estuviera funcionando a su potencia nominal (máxima) durante las 8766 horas del año.

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