PASOS PARA REALIZAR UNA INSTALACION DE UN AEROGENERADOR:

1). Conseguir datos confiables del viento (consultar rosa de los vientos)2). Conocer el tipo de orografía del sitio (obstáculos y rugosidad del terreno)3). Tener datos de la altura del montaje4). Elegir el sitio de emplazamiento o instalación5). Dimensionar la producción de energía

1). DATOS DEL VIENTO

Los datos del viento se refieren a la velocidad expresada en (m/s), y la dirección del viento que se expresa en grados (ª), la rosa de los vientos es esencial para conocer y determinar el sitio de la instalación del aerogenerador, su principal utilidad radica en que proporciona la dirección o direcciones dominantes del viento y conocer la que tiene mayor potencia (W/m2)

Por ejemplo:

En esta imagen se puede ver que aunque existen 2 direcciones del viento dominante la NNE y la SE esta última es la que tiene más potencia (W/m2), por eso se decide de esta forma ubicar el aerogenerador en esta posición del viento ya que es la más dominante.

2). OROGRAFÍA DEL SITIO

Los accidentes del terreno tales como colinas o vaguadas, influyen positivamente en la aceleración del viento, por ejemplo una colina de pendiente suave acelera el viento, en la cima es donde hay mayor velocidad, en cambio en una vaguada la energía del viento se disipa debido a que se generan turbulencias por lo que no es conveniente instalar un aerogenerador.

En la mayoría de los casos los obstáculos son los arboles y edificios que desvían el viento y producen turbulencias, por lo que deben ser evitados y buscar la mejor ubicación, hay dos tipos de obstáculos: los porosos que dejan pasar el viento y los no porosos que lo evitan, los porosos pueden ser. arboles, rejas, vallas, torres, u otros aerogeneradores, se aconseja instalar el aerogenerador entre 7 a 10 veces el diámetro del obstáculo.

Los obstáculos porosos pueden ser: casa, muros, arboladas densas, vallas, que no dejen pasar el viento y formen turbulencias, es conveniente colocar el aerogenerador barlovento (por delante)

La rugosidad del terreno determina como aumenta la velocidad del viento con la altura respecto del terreno, esta relación es logarítmica, y el perfil del viento es distinto para cada tipo de suelo, pero en general la velocidad del viento aumenta con la altura, con el aumento de la rugosidad disminuye la velocidad del viento, por ejemplo la mínima rugosidad de 0 se da en el mar, la máxima rugosidad de 3 se da en las áreas urbanas o cercanías de los bosques.

3). ALTURA DEL MONTAJE

A la altura del montaje se le llama “altura del buje”, esta debe ser como mínimo de 10 m, esta altura se toma en cuenta si el aerogenerador está situado dentro de un área de vegetación especifica, y coincide con la altura media de la vegetación circundante, si se trata de una vegetación muy densa se toma el total de la altura de la vegetación.

Para optimizar el rendimiento del aerogenerador y prolongar su vida útil, el emplazamiento debe estar bien expuesto al aire y evitar las turbulencias, los emplazamientos en áreas urbanas debe ser en edificios altos, cuando hay varios generadores deben agruparse en una hilera perpendicular a la dirección principal del viento.

4). DIMENSION Y ESTIMACION DE LA PRODUCCION

En la estimación de la producción del aerogenerador es importante la altura de la medición del viento, que coincida con la altura del montaje, para esto se toma en cuenta los siguientes auxiliares:

A). La curva de potencia del aerogenerador proporcionada por el fabricante la cual debe ser con la Norma UNE-EN-61-400-12.

B). Distribución del viento al menos en un año

C). Croquis o plano del entorno del emplazamiento del aerogenerador, en función de la rugosidad.

D). Calculo de la producción, para esto se elabora una tabla probabilística del viento (curva de Weibull) junto con la curva de potencia, ambos parámetros deben estar en función de la velocidad del viento y de que el año tiene 8.760 horas.

De esta producción se deduce un 5% para cumplir con la curva de potencia. Si todas las direcciones están libres de obstáculos, se deduce un 15% como margen de seguridad, para tener en cuenta la fluctuación anual del viento por lo que la formula en este ejemplo quedaría así:

PRODUCCION (Kwh) = 38.508 (1 – 0.05) (1 – 0.15) = 31.095 Kwh

En caso de obtener la medición del viento en un punto de referencia, que no es el lugar de montaje del aerogenerador, se toma en cuenta la rugosidad del terreno y los obstáculos, y se aplica un margen se seguridad adicional de 25% por lo que quedaría así:

PRODUCCION (Kwh) = 38.508 (1 – 0.05) (1 – 0.15) (1 – 0.25) = 23.321 Kwh

TIPOS DE INSTALACIONES EOLICAS:

Las instalaciones eólicas pueden clasificarse en aisladas a la red eléctrica o conectadas a la red eléctrica, entre estas puede haber instalaciones mixtas como las eólicas-fotovoltaicas con equipos auxiliares y las eólicas simples conectadas a la red.

COSTO DE UNA INSTALACION AISLADA

El costo de una instalación aislada es el siguiente:

Para definir la potencia requerida de un aerogenerador es necesario conocer la potencia eléctrica necesaria para una vivienda donde va a generar la electricidad y la potencia eólica de la zona donde se va instalar

ESTUDIO ENERGETICO DE LA VIVIENDA

El estudio de la potencia eléctrica requerida por la vivienda consiste en sumar las potencias de todos los aparatos eléctricos de la casa detellanda la potencia que consumen y las horas que se estiman que estén conectadas por dia estimando las que estén conectadas

PASOS PARA INSTALAR UN AEROGENERADOR

1). Medir cantidad de energía necesaria por día (W/h).2). Conocer la velocidad del viento en el mejor sitio posible:

Velocidad del viento promedio diario Continuidad del viento (cuantas horas sopla y a qué velocidad)

3). Seleccionar el aerogenerador adecuado De acuerdo a necesidades de energía Calcular la producción de energía en rango de velocidad del viento en el

lugar. Las pérdidas de energía del sistema La altura de la torre Tener la relación de costo/energía producida por unidad de tiempo Tener información de la calidad, mantenimiento, vida, disponibilidad de

repuestos para el aerogenerador.4). Seleccionar el tipo y cantidad del baterías

Cuánto tiempo puede durar sin energía del viento la bateria Que profundidad de descarga tiene (50% máximo) Calidad/ precio tomando en cuenta los años de vida que se espera dure

CALCULO DE DE UN AEROGENERADOR

1). Carga del viento.

La energía cinética de la masa del aire que se desplaza està determinada por la “Ley del cubo”:

E = ½ ρ A V 3

Donde:

E = energía por unidad de tiempo (W)A = área de barrido (m2)ρ = densidad del aire (Kg/m3)V = velocidad del viento (m/s)

Como cualquier gas la densidad del aire varia con la temperatura y la presión asi como con el nivel del mar, a continuación veremos unas graficas.

Tabla 1. Variación de la densidad con la altura del nivel del mar

La torre del aerogenerador ofrece una resistencia al paso del viento, por lo tanto la fuerza que ejerce el viento sobre de ella se obtiene con la ecuación:

Resistencia aerodinámica = ½ Cd ρ V2 L D

Donde:

Cd = coeficiente de resistenciaρ = densidad del aire (Kg/m3)V = velocidad del viento (m/s)L = longitud de la torreD = diámetro exterior de la torre

Para un cilindro que esté sometido al flujo del aire el coeficiente de resistencia (Cd) se expresa en función de longitud entre el diámetro de la torre (L/D) según la siguiente tabla:

Tabla No. 2 Coeficiente de resistencia del cilindro

PERFIL DE VELOCIDAD

Con el perfil de velocidad se puede obtener la variación de velocidad del viento respecto de la altura del suelo, ya que con torres altas y esbeltas se reduce la rigidez, la distribución de velocidad está en función de la altura en forma exponencial con la ecuación.

(V1/V0) = (h1/h0)γ

Donde:

V1 = velocidad del viento a la altura h1 (m/s)V0 = velocidad del viento a la altura h0 (m/s)h0 = altura de referencia de los mapas eólicos = 10 mh1 = altura de la torre (m)γ = coeficiente según la topografía del terrenoValores típicos del coeficiente γ:

Área descubierta = 0.14 a 0.34Área boscosa = 0.35 a 0.60Área edificada = 0.60 a 0.80

PERFILES DE VELOCIDAD DEL VIENTO

DESCUBIERTA BOSCOSA EDIFICADA

Con el perfil de velocidad se puede decidir a qué altura es la más adecuada para instalar el aerogenerador, en función del costo de cada metro de torre y el aumento de la ganancia energética.

CARGA DE LA GONDOLA

El peso de la góndola y las palas es diferente para cada torre dependiendo de la potencia del aerogenerador por ejemplo para torres cilíndricas y troncocónicas de acero:

Para torres medianas (40 m) con potencia de 500 kW el peso de góndola y palas es de 40 ToneladasPara torres grandes (75 m) con potencia 1800 kW, el peso de góndola y palas es de 150 Toneladas

PANDEO POSIBLE DE LA TORRE

Este cálculo se basa en normas básicas de edificación para ciertos aceros en piezas sometidas a compresión, y se obtiene con la siguiente formula:

σ* = N * ω/AC ≤ σU

Donde:

σ* = resistencia por pandeo de la estructuraσU = resistencia del acero ( 860 MPa)N* = esfuerzo por compresiónAc = área cortante de la torreω = coeficiente de pandeo según esbeltez de la torreλ = esbeltez mecánica según tipo de acero

PESO DE LA TORRE

M = ρ * V

Donde:

M = masa o peso de la torreρ = densidad del acero = 7900 Kg/cm3

V = volumen de la torre

SELECCIÓN DEL AEROGENERADOR

RENDIMIENTOS DE AEROGENERADORES

POTENCIA EÓLICA SEGÚN DIAMETRO:

POTENCIA ELECTRICA DEL AEROGENERADOR

PELECTRICA = η SISTEMA CP PEOLICA

Donde:

Peléctrica = potencia eléctrica del aerogenerador (Kw)

η SISTEMA = rendimiento del sistemaCP = coeficiente de resistenciaPeolica = potencia eólica (kW)D = diámetro del rotor (m)

CALCULO DE TAMAÑO DEL AEROGENERADOR

VELOCIDAD EN LA PUNTA DE LAS PALAS (Vpp)

VPP = (velocidad de giro)( 2π/60)(diámetro de las palas)

VELOCIDAD ESPECIFICA (λ)

λ = VPP/ V

VPP = velocidad en la punta de las palasV = velocidad del viento

NUMERO DE PALAS DEL AEROGENERADOR

FACTOR DE CAPACIDAD (FC)