2. Energia Eolica y Rectificación

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energía eólica/hidráulica
“1er TORNEO DE EFICIENCIA Y AHORRO ENERGÉTICA
PARA ESTUDIANTES DE ENSEÑANZA MEDIA ”
Investigador: Juan Pablo Guajardo Ortega
Fuentes de Energías Renovables
Son aquellas energías interminables, independiente
del paso del tiempo.
Algunas de ellas son:
– Energía Solar
– Energía Eólica (derivada de la E. Solar)
– Energía Hidráulica (derivada de la E. Solar)
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Introducción
• "Eólica" viene de Eolo, dios griego del viento. 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.
3/21
Conozcamos la energía eólica
• La energía eólica se le considera una forma indirecta de energía solar, ya que entre el 1 y 2 % de
la energía proveniente del Sol se convierte en viento, debido al movimiento del aire producido
por el desigual calentamiento de la superficie terrestre.
• La energía procedente de la radiación solar que la Tierra absorbe en un año, equivale a unas ¡20
veces! la energía almacenada en todas las reservas de combustibles fósiles del mundo (carbón,
petróleo y gas ).
• Si se pudiera aprovechar tan solo el 0,005% de dicha radiación mediante aerogeneradores,
turbinas, paneles solares y otros procedimientos tecnológicos "renovables", se obtendría más
energía útil en un año que la que se consigue quemando carbón, petróleo y gas.
• Y con una gran e importante diferencia: las energías renovables no se agotan.
• La energía cinética del viento puede transformarse en energía útil, tanto mecánica como eléctrica.
• La energía eólica, transformada en 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.
4/21
Fuente: Comisión Nacional de Energía
Tipos de turbinas eólicas
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Anatomía de una turbina eólica
1.
Aspas de 20 m de largo.
Capturan la energía del viento.
2. Buje.
3. Eje de baja velocidad (25 rpm).
4. Multiplicador. Amplifica el giro
en un factor 50.
5. Sistema hidráulico.
6. Eje de alta velocidad. Hace
funcionar el generador.
7. Mecanismo de orientación del
molino.
8. Generador eléctrico (de 500 a
1500 KW).
9. Controlador electrónico.
Supervisa el buen
funcionamiento del molino.
10. Unidad de refrigeración.
11. Anemómetro y veleta.
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Las ventajas de la energía eólica
frente a otras fuentes energéticas
•
•
•
•
•
Se renueva en forma continua.
Es inagotable.
Es limpia, por lo cual no contamina.
Es autóctona y universal (existe en todo el mundo).
Cada vez es más barata conforme avanza la
tecnología.
• Permite el desarrollo, respetando el medio ambiente.
• Las instalaciones son fácilmente reversibles (no
dejan huella).
• Es gratuita y solo requiere una inversión inicial en
la instalación y el posterior mantenimiento.
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Fuente: Comisión Nacional de Energía
Algunos inconvenientes de
la energía eólica
• Es irregular e intermitente.
• Las hélices representan un peligro para las aves.
• Los aerogeneradores producen interferencias en
las ondas de radio y TV.
• Los aerogeneradores alteran la estética del paisaje
y su instalación requiere realizar carreteras de
acceso.
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Potencial del recurso eólico de Chile
•
•
•
En 1992,se hizo una recopilación de la mayoría de la información de viento disponible a esa
fecha, a partir de la cual se evaluó el recurso eólico en lugares con información confiable
(Evaluación del potencial de energía eólica en Chile, CORFO). Dada la baja densidad y
características de las estaciones meteorológicas disponibles, el estudio no permitió tener una
visualización integra del potencial eólico de Chile.
Por otro lado, el NREL desarrolló para CNE un mapa preliminar del potencial eólico del
archipiélago de Chiloé orientado a la evaluación del recurso para aplicaciones rurales no
conectadas a red. Este mapa ha permitido elaborar una cartera de proyectos híbridos Eólico Diesel para abastecer a más de 3100 familias distribuidas en 32 islas del Archipiélago.
A pesar de la escasa información disponible sobre el potencial explotable del recurso, y dadas las
características geográficas de Chile, es posible identificar zonas que pueden contar con niveles de
viento que permitan su aprovechamiento con fines de generación eléctrica. Entre ellas están:
–
–
–
–
–
Zona de Calama en la II Región y, eventualmente, otras zonas altiplánicas.
Sector costero y zonas de cerros de la IV Región y, eventualmente, de las otras regiones del norte del país.
Puntas que penetran al océano en la costa de la zona norte y central.
Islas esporádicas.
Zonas costeras abiertas al océano y zonas abiertas hacia las pampas patagónicas en las regiones XI y XII:
Estas últimas han demostrado tener un excelente recurso eólico.
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Fuente: Comisión Nacional de Energía
Datos para tener en cuenta
• Cada KWh (kilowatt hora) de electricidad generada por energía eólica en lugar de carbón, evita la
emisión de un Kilogramo de dióxido de carbono (CO2) a la atmósfera.
• Generar 20 kilowatt de energía limpia, tiene el mismo efecto, desde el punto de la contaminación
atmosférica, que plantar un árbol.
• La electricidad producida por un aerogenerador evita que se quemen diariamente 3.150 Kg. de lignito
negro (un tipo de carbón mineral) en una central térmica.
• Ese mismo generador produce idéntica cantidad de energía eléctrica que la obtenida por quemar
diariamente 1.000 Kg. de petróleo.
• Al no quemarse esos Kg. de carbón, se evita la emisión de 4.109 Kg. de CO2, lográndose un efecto
similar al producido por 200 árboles .
• Se impide también la emisión de 66 Kg. de dióxido de azufre (SO2) y de 10 Kg de óxido de
nitrógeno (NOx), principales causantes de la lluvia ácida .
• Actualmente existen alrededor de 30.000 generadores eólicos repartidos por el planeta.
• La industria eólica emplea directamente a más de 4.000 personas, y existen unas 30 empresas que
fabrican aerogeneradores.
• Los científicos calculan que hasta un 10% de la electricidad mundial se podría obtener de
generadores de energía eólica a mediados del siglo XXI.
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Fuente: Comisión Nacional de Energía
Capacidad Instalada (MW)
(data del 2006)
Alemania
18.428
España
10.027
EE.UU.
9.149
India
4.430
Dinamarca
3.122
Italia
1.717
UK
1.353
Holanda
1.219
China
1.260
Japón
1.078
Brasil
31
Argentina
28
Colombia
19
Chile
2
TOTAL MUNDIAL: 55.500 MW
11/21
Conclusiones
b
• El planeta necesita de innovadores, creadores e inventores que potencien
las alternativas de generación de Energías limpias.
• Teniendo presente que son fuentes de energías inagotables y limpias.
• Permitiendo una renovación de forma continua, a bajo costo.
• Por lo tanto es indispensable trabajar con una visión clara de generar
valor, respetando y aprovechando las energías de nuestro medio ambiente.
• En Chile, la historia está recién comenzando...
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GENERADORES
&
Rectificación CA / CC
Tipos de Generadores
• Dínamo:
– Generan Corriente Continua
• Alternador:
– Generan Corriente Alterna
– Se necesita RECTIFICAR la Corriente Alterna para
convertirla en Corriente Continua.
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Rectificador de Media Onda
a
Fuente
de CA
D
C
Vab
Voltage
de la
Fuente
R
Vc
b
t
Vc
Voltage
“Rectificado”
t
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Rectificador de Onda Completa
a
D1
D2
c
Fuente
de CA
D3
D4
C
R
Vc
b
Vc
t
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EXTRA:
Doblador de Voltaje
A
Fuente
de CA
C1
D2
D1
C2
R
Vc
B
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Circuitos varios propuestos
para
Stepper Motors @ 4 VDC y 1.1 Ampere
de 2 fases
(marca VEXTA)
Rectificadores en Serie para Stepper Motor
(para cargar baterías de 12V)
Fuente de CA
Verde
Fuente de CA
Negro
+
-
Azul
Rectificadores
Rojo
+
de 1 Ampere c/u
C
4.7 ? F 400 V
R
(carga)
Vc
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Rectificadores en Paralelo para Stepper Motor
(para cargar batería de 6V)
Fuente de CA
Verde
Fuente de CA
Negro
+
-
Azul
Rectificadores
de 1 Ampere c/u
Rojo
+
-
C
3.3 ? F
400 V
R
Vc
(carga)
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Construcción del Cargador de Baterías
• Para maximizar la vida útil de la batería debe limitar la corriente Io a 1/10 de la capacidad de la
misma, y someterla a 14 hrs. de carga, eligiendo un R apropiado.
• Una batería descargada se cargará elevando su tensión hasta que su voltaje Vo (voltaje de servicio) se
iguale al voltaje Vc (voltaje regulado del cargador).
Vcarga = 1,183 * 12 = 14,2V (baterías corriente de auto)
Vcarga = 1,25 * Vo (baterías de ciclo profundo)
• Para generar un voltaje Vc constante se puede utilizar un regulador de Voltaje adecuado (7808 para
regular a 8 Volts; 7815 para regular a 15 volts).
• Si quiere cargar una batería de ciclo profundo de 12V, deberá co nstruir un voltage de carga de 14,5V.
Eso se logra usando el LM7815 con un diodo en la salida del regulador.
LM78015
OUT (+)
SALIDA
(ej. 14,5V)
IN (+)
IN/OUT (-)
ENTRADA
(ej. 18,8V)
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