Energia Del Viento Y Diseño De Turbinas Eolicas

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ENERGIA DEL VIENTO Y DISEÑO DE -- TURBINAS EOLICAS - ------- -u.

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flexión. Esta propiedad m esestmcturalmente ventajosa pero su eficiencia aerodinámica es rnAxima s61o en el vientre o ecuador de la curva pero nula en los polos ya que el rendimiento depende de su distancia al eje de rotacirin.

Cuando la turbina excede el niimero de revoluciones de dismo k e m centrifuga produce el plegado de las palas, levantando el peso P. Ai plegarse palas, la captación de energfa disminuye y por lo tanto reduce su rotación. Variando e] peso P se puede cambiar la velocidad de giro y de este modo muy fAcilmente se puede modificar la velocidad de rotaci6n nominal. Además, si eventualmente aumenta la carga eldctrica, por un aumento del consumo, la turbina tiende a desacelerarse. Al disminuir la rotación disminuye la fuerza centrlfuga y las paias se enderezan, bajando el pesú P. En estas condiciones la captación aumenta, encontrando una nueva posición de equilibrio geometrico para esta mayor carga.

El principio de funcionamiento de las turbinas tipo Darriws, puede observarse en la Fig 5.4 donde se muestra d corte de un rotor de tres palas.

Las cicloturbinas intentan salvar este dltimo problema colocando las palas rectas a igual distancia del eje. Con esto se logra una mayor eficiencia en la captación de la energla del viento pero por supuesto, por acci6n de la fuerza centrffuga, las palas se ven sometidas a flexibn. Otro modelo interesante de este tipo de turbinas es el autoregulado. Estos, tienen paias rectas articuladas en su punto medio y ademh poseen un peso P en su parte inferior que puede deslizarse sobre el eje de rotación, Fig. 5.3.

Figura 5.3 Turbina Autoqdada

Figura 5.4

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REFERENCIAS DEL CAPITULO 5

La cupfa pducida por una pata, en la posici6n 18, es

1.- Templin R. J., "Aerodynanic Performance Theory for the NRC Vertical-Axis Wind Turbine", Nationd,Rmch Couficil of Canada, LTR-LA-160,19'74.

2.-WiFwcon R. E.,Lissaman P. B. S., "AppEied: Aerodynamics of Wind Powered Machines", Oregoa State Univ,, 1974. Para obtener la cupla total producida en el eje del rotor debido a las N palas de la turbina, primero se debe calcular la cupIa media registrada en un ciclo mmplero drededor del eje y luego multiplicarla por N. Si los vaIores de T(0) son calculados en un número n, de incrementos iguala de 8, el valor medio de la cupla total ser6

donde

La potencia geneda sera entonces

y el coeficiente de potencia del rotor Cp, ser4

3 .- Wilson R. E., Lissaman P. B. S.,Walker S. N-,"Aerdynamics Performance of Wind Turbines", Oregon State Univ., NSFIR4-760228,1976.

R. E., Blachell B. E., "Aerodynamic ChamSetistics of Four Symmetrical Airfoil Sections t h u g h 180 Dqrees Angle of Attack at Low Reynolds Numbers", Sandia Laboratories, Procaedings of the Vertical-Axis Wind Tuthine Technology Workshop, SAND 76-5585, 1976. 4.- Sheldahl

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ina velocidad aproximadamente igud a la de rotacidn del flujo. Por esta rszán un numr de induaidn no p u d e arrastrar una carga a la velocidad de sincronismo y debe iacerIos siempre a una velocidad menor. Por esto se lo llama psincrónico. Cumdo al motor de inducción se le retira la carga, su velocidad de rotación ,menta hasta un valor apmximadamente igual a la velocidad de sincmnisrno. Si ixternameote se proporciona una cupla mecánica que hace girar al eje a una velocidad kdn mayor, el mtor irá m$ rApido que el flujo magn6tico genecado por el esrator. :onqecuentaoente, la fuerza elecmmotriz inducida en el m m y la corriente elktrica lue circula en el mismo invierten su sentido, generando energfa eleetrica en d ata02.

Esta nueva simcuacibn corresponde a la del generador de induccidn que recibe rnergfa mscdnica a tmv& del eje del mtor y In transforma en rnergla elktrica que hora es entregada a la red. Camo se observa, el estator está siempre c o n d o a la red elBctrica. Esta iuministra la corriente de excitacidn, fijando la frecuencia de la corriente generada. La forma general de Ia curva cupla-velocidad de rotacidn de una máquina isincrdnica est$ dada en la Fig. 7.6.

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Cuando la velocidad de rotaciún es menor que la de sincmnisrno q, la niquina consume energfa eléctrica de la red y funciona como motor. Cuando la retocidad supera a n,, la máquina entrega electricidad y su funcionamiento ~rrespondeaI de un generador.

El generador asincrdnim o de induecidn ar un equipo mbusto y pesado qi para igual regimen de vientos produce menos energia que un generador sincr6nio Sin embargo, ofrece significativas ventajas cuando se lo debe utilizar conectado a red. Su mnexibn es simple y la frecuencia de rotación In mantiene la lfnu*e ~c su inercia impide al generador girar a otra revolucan que no sea Ia atablecida p h frecuencia de la red. Si hay mucho v i e ~ t ola haice tratara de girar m& r@ido p e ~ la enorme inercia de la I f n a se lo impedir8 multando una mayor entrega de energi pero siempre a la misma frecuencia. Si por el contrario, hay poco viento, 4 tenderá a disminuir sus revoluciones pero la corriente de la linm 1 mantiene girando a su frecuencia operando como mmr y consumiendo emrgta. Para que esto Iltimo no ocurra, un dispmitivo elecMnioo aisla al sistema d la red a la que está conectado y $610vuelve a conectarlo cuando las condiciones d viento suficients se hayan restablecido. Por el mmario, el generador de inducción no puede usase para instaiaciune aisladas pues el atator necesita mar conectada a una fuente capar de mantener si tensiún.

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Cuando la hdlice gira a una velocidad n, el alternador gira a n, = j n, y a velocidad de giro genera la corriente i. Se tiene entonces que

Esta es la cupla que debe vencer la hdlice con el generador a plena carga. Para el caso general y agregando la cupla por arrastre de los mecanismos, se tiene:

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Habfamas visto que de acuerdo con el andlisis del coeficiente de potencia, se podfa elegir un determinado paso de la helice, Ahora es necesario comprobar si con

la helice en este paso, la N r h h es capaz de arrancar a la velocidad de wrte inferior, que vamos a suponer de 4 mlseg.' Para ello trazamos las curvas de cupla motriz para V = 4 m/seg y la cupra resistente, ambas en función de n,, Fig. 8.7, Es necesario verificar que en la zona de bajas revoluciones la cupla motriz sea siempre superior a 1s cupta resistente. La curva con p = 5" satisface esta condicidn, A continuaci6n deben trazarse las mismas curvas para la velocidad de viento nominal, Fig. 8.8. En esta curva puede apreciarse que si el paso elegido fuese p = S', la mpla motriz cortarla a la curva de la cupla resistente cuando n, = 330 rpm y como este es un punto de funcionamiento estable, la turbina se mantendrá a a t a velocidad de giro mientras la velocidad de viento se mantenga constante. Si V aumenta, la cupla motriz alimenta y el punto de funcionamiento se desplaza a la derecha incrementandose el número de revoluciones de la hdlice. Aqul deber4 comenzar a funcionar el sistema de control.

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COMPARACION DEL COSTO DE LA EblERGlA REFERENCIAS DEL C A m O 9

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1.- Bastianon R. "Estimacionessobre el Fumo Aprovechamiento de In Energfa del Viento", Workshop on Materirils Science and Physics of NooConventionll Energy Sources, International Center for Thmretical Physics, Comisión Nacional de Energla Atbmica, Buenos Aires, Sept. 1992. .

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4 6 Velocidad Media del Viento (rn/seg)

En algunas consideraciones sobre las ventajas de la energla dlica se puede afirmar que no produce contamintrci6n ambiental. Tambidn: se puede afirmar que las turbinas de viento no consumen los ya escasos combustibles folsiies y en el largo plazo esta razdn será decisiva. Sin embargo, la rubn actual pos la cual las turbinas e6licas se están a>nstniyendo y vendiendo en caqi todo el mundo, es porque la energla generada con el viento resulta mas mn6mica que fa generada por otros medios. Esto queda claramente demostrado observando las Figuras 9.3, 9.4 y 9.5. Si en una regidn, la velocidad media anual del viento supera los valores de m c e de estas figuras, entonees, el KWh generado Con una turbina &lica, es el m& barato.

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