Energía Eólica - Facultad de Ingeniería Mecánica

FACULTAD DE INGENIERÍA MECANICA
CLASE FUENTES ALTERNAS DE ENERGÍA
“ENERGÍA EÓLICA”
Dr. Erasmo Cadenas Calderón
Mayo del 2013
Objetivos:
1. Introducir a los participantes en el tema de
la Energía Eólica
2. Generar el planteamiento de una línea de
investigación básica de Energía Eólica en
el CIDEM
Fuentes Renovables de Energía
• Energía
– Actualmente, más del 75% de la energía utilizada
en el mundo proviene del consumo de
combustibles fósiles: petróleo, carbón y gas
natural. En particular, el uso del carbón y del
petróleo provoca alta contaminación ambiental.
• Energía renovable
– Fuente de energía que se encuentra disponible en
forma abundante y posee una condición cíclica de
renovación ejemplo: eólica, leña o biomasa, sol,
otros.
Fuentes Renovables de Energía
• Agotable o no renovable
– Aquella que no podemos reponer una vez gastada
o se requerirán millones de años para que se
produzcan nuevamente como es el caso del
carbón, el petróleo, el gas natural, el uranio, etc.
• Inagotable
– Son las que nunca se agotan como por ejemplo el
sol, el agua de los ríos y el viento. Eso es según si
debe ser procesado o no para ser utilizada.
Fuentes Renovables de Energía
• Protección del Medio Ambiente
• Están integradas al Medio Ambiente
• Carácter inagotable
Integración al Medio Ambiente
• Eólica
• Solar
• Biomasa
• Geotermia
• Hidráulica
Energía Eólica
•
•
•
•
•
La naturaleza del viento
Determinación del recurso eólico
Estaciones de medición
Ejemplo de Mediciones de la velocidad del viento
Tratamiento estadístico de la información
La Naturaleza del Viento
•
•
•
•
La Tierra no es un esfera perfecta.
Ecuador, se engrosa 21 km.
Polo Norte está dilatada 10 m.
Polo Sur está hundida unos 31 m.
La Atmósfera
• Mezcla de gases que rodea a un objeto celeste
• Tiene un grosor aproximada de 1,100 km
• Aproximadamente la mitad de su masa se concentra
en los 5.6 km más bajos
• Los gases que la componen son:
– Nitrógeno (78%).
– Oxígeno (21%).
– Argón (0.9%).
– Dióxido de carbono (0.03%).
– Vapor de agua, trazas de hidrógeno, ozono,
metano, monóxido de carbono, helio, neón,
kriptón y xenón.
La Naturaleza del Viento
• El movimiento horizontal propio de la atmósfera, se le
llama aire en movimiento o viento
• Los movimiento verticales o casi verticales se llaman
corrientes
• Los vientos se producen por diferencias de presión
atmosférica, atribuidas, sobre todo, a diferencias de
temperatura
• Las variaciones en la distribución de presión y
temperatura se deben en gran medida, a la
distribución desigual del calentamiento solar, junto
a las diferentes propiedades térmicas de las superficies
terrestres y oceánicas
• Los vientos pueden clasificarse en cuatro clases
principales: dominantes, estacionales, locales y, por
último, ciclónicos y anticiclónicos
Vientos Globales
..\..\Videos Viento\Wind Map.mp4
..\..\Videos Viento\Aquarius studies
Ocean and Wind Flows Animation
[HD].mp4
Dirección del Viento Dominante
• Los vientos están mucho más influenciados por la
superficie terrestre a altitudes de hasta 100 metros
• El viento es frenado por la rugosidad de la superficie de
la tierra y por los obstáculos
• Tratándose de energía eólica interesará conocer los
vientos de superficie y cómo calcular la energía
aprovechable del viento
Datos Históricos
• El hombre aprovecha la energía del viento desde la
antigüedad y no es raro ya que el 20 % de la energía
del sol que llega a la Tierra se convierte en viento
•
La primera utilización de la capacidad energética del
viento la constituye la navegación a vela
•
Los molinos movidos por el viento tienen un origen
remoto. En el siglo VII d.C. ya se utilizaban molinos
elementales en Persia (hoy, Irán) para el riego y moler
el grano
•
En Europa los primeros molinos aparecieron en el
siglo XII en Francia e Inglaterra y se distribuyeron por el
continente.
Datos Históricos
• El uso de las turbinas de viento para generar
electricidad comenzó en Dinamarca a finales del
siglo pasado y se ha extendido por todo el mundo.
• Los molinos para el bombeo de agua se emplearon
a gran escala durante el asentamiento en las
regiones áridas del oeste de Estados Unidos.
• Pequeñas turbinas de viento generadoras de
electricidad abastecían a numerosas comunidades
rurales hasta la década de los años treinta, cuando
en Estados Unidos se extendieron las redes
eléctricas. También se construyeron grandes turbinas
de viento en esta época.
Determinación del
Recurso Eólico
• Colección de datos empíricos
• Mediciones anemométricas
• Correlaciones
• Adquisición de datos en tiempo real
Colección de Datos Empíricos
Mapas Eólicos
Mediciones Anemométricas
Estación de Medición
Adquisición de Datos
Velocidad y Potencia
• La potencia del viento está definida de la
siguiente manera:
P 1 3
 u
A 2
Características del Terreno
• Rugosidad (orografía)
• Cizallamiento (Perfil de velocidades)
Sistemas Conversores de
Energía Eólica
• Sistemas de Eje Vertical
• Sistemas de Eje Horizontal
Aplicaciones de los SCEE
Centrales eoloeléctricas
Generación de
potencia para servicio
de energía eléctrica
Generación distribuida
Sistemas aislados híbridos
Aplicación de la
energía eólica
Orientadas al uso
final (sistemas
aislados)
Bombeo de agua
Molienda y trituración
Refrigeración
Producción de hielo
Calefacción
Usos residenciales
Desalación de agua
Compresión de aire
Señalización y telemetría
Protección catódica
Producción de hidrógeno
Procesos electroquímicos
Etc.
Aerogeneración
Central Eólica en Terreno Plano
En el Mar (offshore)
EJERCICIO
El viento atraviesa el círculo que describe el
rotor de un aerogenerador de radio de 25
metros. Calcula la potencia cinética del viento
a las velocidades siguientes:
V1= 10 m/s
V2= 11 m/s
V3= 12 m/s
V4= 25 m/s