Este documento presenta información sobre los parámetros de diseño de aerogeneradores. Explica las partes fundamentales de un aerogenerador y su función. Además, describe conceptos clave como la relación de velocidad periférica, las relaciones entre los coeficientes de sustentación y arrastre, y el rendimiento aerodinámico máximo del 59% establecido por el límite de Betz. Finalmente, resume los factores más importantes que afectan el coeficiente de potencia de un aerogenerador.
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Este documento presenta información sobre los parámetros de diseño de aerogeneradores. Explica las partes fundamentales de un aerogenerador y su función. Además, describe conceptos clave como la relación de velocidad periférica, las relaciones entre los coeficientes de sustentación y arrastre, y el rendimiento aerodinámico máximo del 59% establecido por el límite de Betz. Finalmente, resume los factores más importantes que afectan el coeficiente de potencia de un aerogenerador.
Este documento presenta información sobre los parámetros de diseño de aerogeneradores. Explica las partes fundamentales de un aerogenerador y su función. Además, describe conceptos clave como la relación de velocidad periférica, las relaciones entre los coeficientes de sustentación y arrastre, y el rendimiento aerodinámico máximo del 59% establecido por el límite de Betz. Finalmente, resume los factores más importantes que afectan el coeficiente de potencia de un aerogenerador.
Este documento presenta información sobre los parámetros de diseño de aerogeneradores. Explica las partes fundamentales de un aerogenerador y su función. Además, describe conceptos clave como la relación de velocidad periférica, las relaciones entre los coeficientes de sustentación y arrastre, y el rendimiento aerodinámico máximo del 59% establecido por el límite de Betz. Finalmente, resume los factores más importantes que afectan el coeficiente de potencia de un aerogenerador.
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Ingeniería en Energías Renovables
Maestro: M. en E.S. Luis Eduardo Salcedo Sánchez
Asignatura: Diseño de sistemas eólicos.
ER-EDSE-1802-B1-001
Unidad: 2,Número de actividad: 1
Nombre de la actividad: Parámetros de diseño de aerogeneradores
Fecha: 6 de agosto 2018
Introducción:
Un conocimiento general de un aerogenerador nos permite identificar las partes y su
funcionamiento, así como las características y parámetros mínimos necesarios para su buen y correcto funcionamiento. Desde un aerogenerador pequeño para alimentar a una casa con todos sus servicios hasta un parque de ellos que alimentan a ciudades o se interconectan con la red de distribución de energía eléctrica de una nación.
En esta unidad se conocen las características y funcionamiento de un aerogenerador y se
interpretan sus detalles para poder conocer y diseñar un sistema ya sea de tipo horizontal o vertical.
Desarrollo:
1. Entra en la siguiente liga (en googlechrome) http://energy.gov/eere/wind/inside-
wind-turbine-0 Con el botón derecho traduce al español la página (solo funciona con googlechrome) y ve pasando cada diapositiva, lee cada una de las partes del aerogenerador. Para tu actividad coloca un esquema de un aerogenerador donde aparezcan sus partes con su nombre, y explica que función cumple cada parte.
(Energy.gov, s.f.)
Una turbina eólica genera electricidad al hacer girar un generador eléctrico, por efectos del viento que mueven sus aspas. Partes del aerogenerador Anemómetro (Anemometer):
Mide la velocidad del viento y transmite datos de velocidad del viento al controlador.
Cuchillas (Blades) hojas del aspa:
Se eleva y gira cuando se sopla viento sobre ellos, haciendo que el rotor gire. La mayoría de las turbinas tienen dos o tres cuchillas.
Freno (Brake):
Detiene el rotor mecánica, eléctrica o hidráulicamente en caso de emergencia por falla o por exceso de velocidad del viento.
Controlador(Controller):
Inicia el funcionamiento del aerogenerador a velocidades del viento de aproximadamente 8 a 16
millas por hora (mph) (12.87 a 25.75 km/h)y apaga la máquina a aproximadamente 55 mph (88.51 km/h). Las turbinas no funcionan a velocidades del viento superiores a 55 mph (88.51 km/h)porque pueden dañarse por los fuertes vientos.
Caja de cambios(Gear box):
Conecta el eje de baja velocidad al eje de alta velocidad y aumenta las velocidades de rotación de aproximadamente 30-60 rotaciones por minuto (rpm), a aproximadamente 1,000-1,800 rpm; esta es la velocidad de rotación requerida por la mayoría de los generadores para producir electricidad. La caja de cambios es una parte costosa (y pesada) de la turbina eólica y los ingenieros están explorando generadores de "accionamiento directo" que operan a velocidades de giro más bajas y no necesitan cajas de engranajes.
Generador (Generator):
Produce electricidad de CA de 60 ciclos; usualmente es un generador de inducción comercial.
Eje de alta velocidad(High-speedshaft):
Velocidad de funcionamiento del generador.
Eje de baja velocidad(Low-speedshaft):
Giro del eje a la velocidad que da el aspa con el viento de entre 30-60 rpm.
Góndola (Nacelle):
Se encuentra encima de la torre y contiene la caja de cambios, ejes de baja y alta velocidad, generador, controlador y freno. Algunas góndolas son lo suficientemente grandes como para que aterrice un helicóptero. Sistema de paso (Pitch system):
Gira (o inclina) las hojas del viento para controlar la velocidad del rotor y para evitar que el rotor gire en los vientos que son demasiado altos o demasiado bajos para producir electricidad.
Rotor (Rotor):
Las cuchillas y el cubo forman juntos el rotor quien transmite el movimiento al interior de la góndola para adaptarlo a las necesidades del generador.
Torre (Tower):
Hecho de acero tubular (que se muestra aquí), concreto o celosía de acero. Admite la estructura de la turbina. Debido a que la velocidad del viento aumenta con la altura, las torres más altas permiten que las turbinas capturen más energía y generen más electricidad.
Dirección del viento (Winddirection):
Determina el diseño de la turbina. Las turbinas en dirección contraria al viento, como la que se muestra aquí, están orientadas hacia el viento, mientras que las turbinas a favor del viento se enfrentan.
Veleta de viento(Wind vane):
Mide la dirección del viento y se comunica con la unidad de control de orientación para orientar la turbina adecuadamente con respecto al viento.
Unidad de orientación:
Orienta las turbinas en dirección contraria al viento para mantenerlas frente al viento cuando cambia la dirección. Las turbinas a sotavento no requieren una unidad de orientación ya que el viento expulsa el rotor manualmente.
Motor de orientación:
Alimenta la unidad de orientación.
2. Realiza un resumen muy puntual (usando viñetas) de los aspectos y características más importantes del apunte de la unidad 2. Esto no debe sobrepasar de una cuartilla (una página). Podrás colocar ecuaciones importantes (deberás usar el editor de ecuaciones), explicando cada una y no olvides las unidades. Parámetros de diseño de los aerogeneradores. Partes fundamentales de un aerogenerador. Relación de velocidad periférica. La relación de velocidad periférica (𝜆) también conocida como velocidad específica en la punta de la pala, es una relación entre la velocidad del rotor (𝜔𝑟) en la punta de la pala y la velocidad del viento referida al 𝜔𝑟 centro del buje del rotor (𝑈𝑑), 𝜆 = 𝑈𝑑 Relaciones entre CD y CL El cociente entre el coeficiente de sustentación CL y el de arrastre CDes un parámetro de diseño de la pala, porque influye en el parámetro de potencia del aerogenerador. Esta relación 𝐶𝐿 /𝐶𝐷 mide la capacidad de sustentación frente a la resistencia llegando a tener valores ideales de 150 y prácticos inferiores a 100. El factor de actividad (FA) es uno de los parámetros relacionados con la geometría del rotor eólico y, junto con el número de palas, indica la solidez del mismo, determinando cualitativamente la forma en la planta de la pala. Mediante la teoría BEM se determina la geometría óptima de la pala, la cual debe estar acompañada con criterios relacionados con la facilidad en la manufactura y también con criterios 100000 1 estructurales.𝐹𝐴 = 16𝐷 ∫𝑥𝑟 𝑐(𝑥)𝑥 3 𝑑𝑥 Rendimiento aerodinámico. El rotor es el elemento que convierte la energía cinética del viento en energía mecánica. Sólo un porcentaje de la energía del viento que pasa por una determinada sección transversal puede transformarse, se le conoce como límite de Betz y que alcanza el 59%. El torque o par (𝑀)en el eje del rotor de un aerogenerador se relaciona con la potencia (𝑃) que transmite el rotor al eje a través de la siguiente ecuación:𝑃 = 𝑀𝜔. Dimensiones de un rotor eólico. Una de las clasificaciones de los aerogeneradores obedece a la posición del eje de giro del rotor eólico con respecto a la dirección del viento. Atendiendo a ello se tienen dos tipos de aerogeneradores: de eje vertical y de eje horizontal. El correcto funcionamiento del aerogenerador está dado por diversos factores que afectan su coeficiente de potencia, entre ellos los siguientes 1. Diámetro del rotor, número de palas, tipo de perfil seleccionado, forma de la planta, espesor relativo y ángulo de torsión. 2. Velocidad de giro del aerogenerador y el ángulo de paso de la pala y 3. Densidad, viscosidad y velocidad del viento. Tamaño de las palas y coeficiente de solidez. La solidez (𝜎) del rotor expresa la relación porcentual entre la suma de las áreas de las palas (área efectiva, 𝐴𝑒) y el 𝐴𝑒 𝐵(𝐴𝑔) área total barrida por él (área de una circunferencia de radio R). 𝜎 = 𝐴𝑏 = 𝜋𝑑2 4 Se debe notar que un aumento en el número de palas, mas de tres no mejora el coeficiente de potencia máximo del rotor. Fuerza centrífuga. El origen de la fuerza centrífuga que actúa sobre un rotor eólico está en la rotación de las palas. Es una fuerza que actúa hacia afuera tendiendo a desprender las palas del buje del rotor. Resistencia aerodinámica de la pala. La acción del viento provoca cargas aerodinámicas sobre los rotores eólicos. Existen diversas teorías para sus cálculos, una de ellas se basa en el modelo del disco actuador; otra es la teoría del momento del elemento de la pala (BEM). 3. Entra en la siguiente liga: Diseño de aerogeneradores Video 2 https://youtu.be/S4sjkdigbtQ
5. Crea 10 preguntas con sus respuestas con lo visto en el vídeo, las cuales deberán ser de opción múltiple, falso-verdadero, de relación, de completa la línea y abierta. Para las preguntas abiertas se muy claro en la pregunta.
1. ¿Cuál es el objetivo de un generador eólico? R:es tomar energia del viento
reduciendo su velocidad en este proceso se logra una extracción de energia cinéticaY el resultado es la conversión de energia cinética a energia mecánica.
2. ¿Qué es una fuerza de arrastre?R:fuerza que experimenta un objeto que tiene
la misma dirección del fluido que la provoca.
3. ¿Menciona de que depende el coeficiente de arrastre y de sustentación?R:de la
figurageométrica y de su ángulo de ataque con relación a la velocidad del fluido.
4. El funcionamiento de un aerogenerador es resultado de la presión Dinámica del
viento. a) Estática, b) Dinámica, c) Eólica.
5. Cuáles son las unidades del SI para medir la densidad del aire en un aerogenerador: Kg/m3 a) m/s2, b) kg/m2, c) Kg/m3
6. La relación de velocidad de punta (TSR) nos indica“la capacidad de conversión de
la velocidad del viento a una cantidad de RPM del sistema eólico.”¿Falso o verdadero?R: Verdadero
7. ¿El torque depende de la fuerza aplicada o del brazo (radio) de palanca?
a) Fuerza, b) Brazo de palanca, c) ambas, d) ninguna R: c) ambas
8. Magnitud mecánica que puede modificar la cantidad de movimiento o deformar los
materiales.R:a: Fuerza
a) Fuerza, b) densidad, c) Empuje, d) Torsión.
9. Fuerza que se aplica a una palanca y hace girar un objeto:R: Torque
a) Centrifuga,b) Torque, c) equivalente
10. Escribe la ecuación del torque: R: 𝝉 =𝑭∗𝑹
Conclusiones:
Es importante conocer todas las partes de un aerogenerador para identificar sus
partes y conocer su funcionamiento y poder entender todo lo que hace y la forma en que podemos obtener un beneficio para alimentar de electricidad lo necesario, sea una casa, una colonia, una población o interconectarse a la red eléctrica de un país entero.
Reconozco que en la actividad de viñetas y descripción de las partes mas
importantes es imposible tomar en cuenta lo máximo ya que es mucho lo que contiene el tema para poderlo contemplar.
Referencias Diseño de generadores eolicos parte 2. (7 de diciembre de 2015). Recuperado el 5 de agosto de 2018, de Tecnodesarrollos.com: https://www.youtube.com/watch?v=suRB_mPIadk&feature=youtu.be
Energy.gov. (s.f.). Oficina de tecnologias de energía eólica. Recuperado el 5 de agosto de 2018, de
